MySQL InnoDB引擎架构

逻辑存储结构：

• 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16KB。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进行存放的。（Trx_id:每次对某条记录进行改动时，都会把对应的事务id赋值给trx_id隐藏列；Roll_pointer:每次对某条引记录进行改动时，都会把旧的版本写入到undo日志中，然后这个隐藏列就相当于一个指针，可以通过它来找到该记录修改前的信息。）

架构

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。下面是InnoDB架构图，左侧为内存结构，右侧为磁盘结构。 

内存架构

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），然后再以一定频率刷新到磁盘，从而减少磁盘I0，加快处理速度。

缓冲池以Page页为单位，底层采用链表数据结构管理Page。根据状态，将Page分为三种类型:

• free page：空闲page，未被使用。
• clean page：被使用page，数据没有被修改过。
• dirty page：脏页，被使用page，数据被修改过，也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中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ChangeBuffer之后，我们可以在缓冲池中进行合并处理，减少磁盘IO。

Adaptive Hash Index

自适应hash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，则建立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。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16MB，日志缓冲区的日志会定期刷新到磁盘中。如果需要更新、插入或删除许多行的事务，增加日志缓冲区的大小可以节省磁盘I/O。

参数:

• innodb log buffer size: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）

架构-磁盘结构

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' ENGNE=engine_name;

CREATE TABLE XXX... TABLESPACE ts_name;

Undo Tablespaces：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16M)，用于存储undo log日志 。

Temporary Tablespaces：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

将数据页写入双写缓冲区文件中，便于系统异常时恢复数据。

#ib_16384 0.dblwT

#ib_16384_1.dblwt

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，用于在刷新脏页到磁盘时，发生错误时，进行数据恢复使用。

以循环方式写入重做日志文件，涉及两个文件：ib_logfile0

ib_logile1

架构-后台线程

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、合并插入缓存、undo页的回收。

I0 Thread

在InnoDB存储引擎中大量使用了AIO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。

3. Purge Thread

主要用于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。