• MySQL 学习(五) InnoDB架构


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    表空间(ibd文件),一个MySQL实例可以对应多个表空间,用于存储记录、索引等数据。
    段,分为数据段(Leaf node segment)、索引段(Non-Leaf node segment)、回滚段(Rollback segment),InnoDB是索引组织表,数据段就是B+树的叶子节点,索引段即为B+树的非叶子节点。段用来管理多个Extent(区)。
    区,表空间的单元结构,每个区的大小为1M。默认情况下,InnoDB存储引擎页大小为16K,即一个区中一共有64个连续的页。
    页,是InnoDB存储引擎磁盘管理的最小单元,每个页的大小默认为16K。为了保证页的连续性,InnoDB存储引擎每次从磁盘申请4-5个区。
    行,InnoDB存储引擎数据是按行存放的。
     
    MySQL5.5版本开始,默认使用InnoDB存储引擎,它擅长事务处理,具有崩溃恢复特性,在日常开发中使用非常广泛。下面时InnoDB架构图,左侧为内存结构,右侧为磁盘结构。
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    内部结构
    Buffer Pool:缓冲池是主内存中的一个区域,里面可以缓存磁盘上经常操作的真实数据,在执行增删改查操作时,先操作缓冲池中的数据(若缓冲池没有数据,则从磁盘加载并缓存),然后再以一定的频率刷新到磁盘,从而减少磁盘IO,加快处理速度。
    缓冲池以Page页为为单位,底层采用链表数据结构管理Page。根据状态,将Page分为三中类型:
    1.free page:空闲page,未被使用
    2.clean page:被使用page,数据没有被修改过
    3.dirty page:脏页,被使用page,数据被修改过,页中数据与磁盘的数据产生了不一致
     
    Change Buffer:更改缓冲区(针对于非唯一索引二级索引页),在执行DML语句时,如果这些数据Page没有在Buffer Pool中,不会直接操作磁盘,而会将数据变更存在更改缓冲区 Change Buffer中,在未来数据被读取时,再将数据合并恢复到Buffer Pool中,再将合并后的数据刷新到磁盘中。
    Change Buffer的意义是什么?
    与聚集索引不同,二级索引通常是非唯一的,并且以相对随机的顺序插入二级索引。同样,删除和更新可能会影响索引树种不相邻的二级索引页,如果每一次都操作磁盘,会造成大量的磁盘IO。有了Change Buffer之后,我们可以在缓冲池中进行合并处理,减少磁盘iIO。
     
    Adaptive Hash Index:自适应hsah索引,用于优化对Buffer Pool数据的查询。InnoDB存储引擎会监控对表上各索引页的查询,如果观察到Hash索引可以提升速度,则创建Hash索引,称之为自适应Hash索引。
    自适应哈希索引,无需人工干预,是系统根据情况自动完成的。
    参数:adaptive_hash_index
     
    Log Buffer:日志缓冲区,用来保存要写入到磁盘中的log日志数据(redo log,undo log),默认大小为16M,日志缓冲区的日志会定期刷新到磁盘中。如果需要更新、插入或者删除许多行的事务,增加日志缓冲区的大小等于节省磁盘I/O。
    参数:
    innodb_log_buffer_sieze:缓冲区大小
    innodb_flush_log_at_trx_commit:日志刷新到磁盘时机 1:日志在每次事务提交时写入并刷新到磁盘 0:每秒将日志写入并刷新到磁盘一次 2:日志在每次事务提交后写入,并每秒刷新到磁盘一次。
    磁盘结构
    System Tablespace:系统表空间时更改缓冲区的存储区域。如果表时在系统表空间而不是每个表文件或通用表空间中创建的,它也可能包含表和索引数据。(在MySQL5.x版本中还包含InnoDB数据字典,undolog等)
    参数:innodb_data_file_path
    File-Per-Table Tablespace:每个表的文件表空间,包含单个InnoDB表的数据和索引,并存储在文件系统上的单个数据文件中。
    参数:innodb_file_per_table
    General Tablespaces:通用表空间,需要通过CREATE TABLESPACE语法创建通用表空间,在创建表时,可以指定该表空间。
    CREATE TABLESPACE XXX ADD DATAFILE 'file_name' ENGINE='engine_name'; -- create tablespace ts_myspace add datafile 'mytable.ibd' engine=innodb;
    创建表时,如果想要使用通用表空间的话,或者说要自己指定表空间的话,可以添加tablespace 参数来自定义指定:
    create table newtable(id int primary key auto_increment,name varchar(10)) engine=innodb tablespace ts_myspace;
    Undo Tablespace:撤销表空间,MySQL实例在初始化时会自动创建两个默认的undo表空间(初始大小为16M),用于存储undo log 日志。
    Temporary Tablespace:InnoDB使用会话临时表空间和全局临时表空间。存储用户创建的临时表等数据。
    Doublewrite Buffer Files:双写缓冲区,InnoDB引擎将数据页从Buffer Pool刷新到磁盘前,先将数据叶写入双写缓冲区文件中,便于系统异常时恢复数据。
    Redo Log:重做日志,是用来实现事务的持久性。该日志文件由两部分组成:重做日志缓冲(redo log buffer)以及重做日志文件(redo log),前者是在内存中,后者是在磁盘中。当事务提交之后,会把所有修改信息都会存到该日志中,用户在刷新脏页到磁盘发生错误时,进行数据恢复使用。
     
    后台线程
    后台线程分为以下几组:
    1.Master Thread
    核心后台线程,负责调度其他线程,还负责将缓冲池中的数据异步刷新到磁盘中,保持数据的一致性,还包括脏页的刷新,合并拆入缓存,undo页的回收等。
    2.IO Thread
    在InnoDB存储引擎中大量使用了AIO(异步非阻塞IO)来处理IO请求,这样可以极大地提高数据库的性能,而IO Thread主要负责这些IO请求的回调。
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    3.Purge Thread
    主要用户回收事务已经提交了的undo log,在事务提交之后,undo log 可能不用了,就用它来回收。
    4.Page Cleaner Thread
    协助Master Thread刷新脏页到磁盘的线程,它可以减轻 Master Thread的工作压力,减少阻塞。
     
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