Mysql系列-4.Mysql存储引擎-InnoDB(上)

本文涉及的产品
云数据库 RDS MySQL Serverless,0.5-2RCU 50GB
简介: Mysql系列-4.Mysql存储引擎-InnoDB

InnoDB引擎


逻辑存储结构


InnoDB的逻辑存储结构如下图所示:

1). 表空间


表空间是InnoDB存储引擎逻辑结构的最高层, 如果用户启用了参数 innodb_file_per_table(在8.0版本中默认开启) ,则每张表都会有一个表空间(xxx.ibd),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。


2). 段


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)。


3). 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。


4). 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。


5). 行


行,InnoDB 存储引擎数据是按行进行存放的。


在行中,默认有两个隐藏字段:


  • 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


概述


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。


内存结构


在左侧的内存结构中,主要分为这么四大块儿: Buffer Pool、Change Buffer、Adaptive Hash Index、Log Buffer。 接下来介绍一下这四个部分。


1). Buffer Pool


InnoDB存储引擎基于磁盘文件存储,访问物理硬盘和在内存中进行访问,速度相差很大,为了尽可能弥补这两者之间的I/O效率的差值,就需要把经常使用的数据加载到缓冲池中,避免每次访问都进行磁盘I/O。


在InnoDB的缓冲池中不仅缓存了索引页和数据页,还包含了undo页、插入缓存、自适应哈希索引以及InnoDB的锁信息等等。


缓冲池 Buffer Pool,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IO,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。


在专用服务器上,通常将多达80%的物理内存分配给缓冲池 。参数设置: show variables like ‘innodb_buffer_pool_size’;

2). Change Buffer


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。(相当于懒加载策略)


Change Buffer的意义是什么呢?


先来看一幅图,这个是二级索引的结构图:

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。


3). Adaptive Hash Index


自适应hash索引,用于优化对Buffer Pool数据的查询。MySQL的innoDB引擎中虽然没有直接支持hash索引,但是给我们提供了一个功能就是这个自适应hash索引。hash索引在进行等值匹配时,一般性能是要高于B+树的,因为hash索引一般只需要一次IO即可,而B+树,可能需要几次匹配,所以hash索引的效率要高,但是hash索引又不适合做范围查询、模糊匹配等。


InnoDB存储引擎会监控对表上各索引页的查询,如果观察到在特定的条件下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


4). Log Buffer


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,取值主要包含以下三个:


  • 1: 日志在每次事务提交时写入并刷新到磁盘,默认值。
  • 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


接下来,再来看看InnoDB体系结构的右边部分,也就是磁盘结构:

1). System Tablespace


系统表空间是更改缓冲区的存储区域。如果表是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

系统表空间,默认的文件名叫 ibdata1。


2). File-Per-Table Tablespaces


如果开启了innodb_file_per_table开关 ,则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。


开关参数:innodb_file_per_table ,该参数默认开启。

那也就是说,我们没创建一个表,都会产生一个表空间文件,如图:

3). 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。不同于File-Per-Table Tablespaces ,需要在创建表的时候自己指定。

A. 创建表空间

CREATE TABLESPACE ts_name ADD DATAFILE 'file_name' ENGINE = engine_name;

B. 创建表时指定表空间

CREATE TABLE xxx ... TABLESPACE ts_name;

4). 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。


undo log 和 redo log 都是用来恢复数据库的工具,但它们起作用的时间和方式不同。


Undo log 是用来回滚事务的,当一个事务需要回滚时,可以使用 undo log 中的信息将数据恢复到事务开始之前的状态。Undo log 记录了数据在事务执行过程中被修改的历史记录,包括旧值、新值、修改时间等。当事务回滚时,undo log 中的信息会被使用,将数据恢复到事务开始之前的状态。


5). 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。


6). 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。


7). Redo Log


Redo Log日志是数据库系统中非常重要的一种日志类型,它记录了所有事务所进行的修改操作,也就是对数据进行插入、更新和删除等操作时所产生的变化,以实现事务的持久性和恢复能力。


具体来说,Redo Log 日志会把每一个修改操作都记录下来,并写入到磁盘中。当数据库发生宕机等异常情况导致数据丢失时,可以通过 Redo Log 中的记录来恢复数据。


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。


前面我们介绍了InnoDB的内存结构,以及磁盘结构,那么内存中我们所更新的数据,又是如何到磁盘中的呢? 此时,就涉及到一组后台线程,接下来,就来介绍一些InnoDB中涉及到的后台线程。


后台线程


在InnoDB的后台线程中,分为4类,分别是:Master Thread 、IO Thread、Purge Thread、Page Cleaner Thread。


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 。


2). IO 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。

线程类型 默认个数 职责
Read thread 4 负责读操作
Write thread 4 负责写操作
Log thread 1 负责将日志缓冲区刷新到磁盘
Insert buffer thread(change buffer) 1 负责将写缓冲区内容刷新到磁盘

我们可以通过以下的这条指令,查看到InnoDB的状态信息,其中就包含IO Thread信息。

show engine innodb status \G;

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。


Mysql系列-4.Mysql存储引擎-InnoDB(下):https://developer.aliyun.com/article/1414135

相关实践学习
基于CentOS快速搭建LAMP环境
本教程介绍如何搭建LAMP环境,其中LAMP分别代表Linux、Apache、MySQL和PHP。
全面了解阿里云能为你做什么
阿里云在全球各地部署高效节能的绿色数据中心,利用清洁计算为万物互联的新世界提供源源不断的能源动力,目前开服的区域包括中国(华北、华东、华南、香港)、新加坡、美国(美东、美西)、欧洲、中东、澳大利亚、日本。目前阿里云的产品涵盖弹性计算、数据库、存储与CDN、分析与搜索、云通信、网络、管理与监控、应用服务、互联网中间件、移动服务、视频服务等。通过本课程,来了解阿里云能够为你的业务带来哪些帮助     相关的阿里云产品:云服务器ECS 云服务器 ECS(Elastic Compute Service)是一种弹性可伸缩的计算服务,助您降低 IT 成本,提升运维效率,使您更专注于核心业务创新。产品详情: https://www.aliyun.com/product/ecs
目录
相关文章
|
1月前
|
存储 关系型数据库 MySQL
MySQL InnoDB数据存储结构
MySQL InnoDB数据存储结构
|
1月前
|
存储 缓存 关系型数据库
MySQL的varchar水真的太深了——InnoDB记录存储结构
varchar(M) 能存多少个字符,为什么提示最大16383?innodb怎么知道varchar真正有多长?记录为NULL,innodb如何处理?某个列数据占用的字节数非常多怎么办?影响每行实际可用空间的因素有哪些?本篇围绕innodb默认行格式dynamic来说说原理。
803 6
MySQL的varchar水真的太深了——InnoDB记录存储结构
|
5天前
|
存储 关系型数据库 MySQL
MySQL引擎对决:深入解析MyISAM和InnoDB的区别
MySQL引擎对决:深入解析MyISAM和InnoDB的区别
13 0
|
1月前
|
存储 缓存 关系型数据库
MySQL两种存储引擎及区别
MySQL两种存储引擎及区别
20 4
MySQL两种存储引擎及区别
|
1月前
|
存储 关系型数据库 MySQL
MySQL中常见的存储引擎类型
【2月更文挑战第18天】
45 7
|
8天前
|
关系型数据库 MySQL 数据库
mysql卸载、下载、安装(window版本)
mysql卸载、下载、安装(window版本)
|
1月前
|
关系型数据库 MySQL 数据库连接
关于MySQL-ODBC的zip包安装方法
关于MySQL-ODBC的zip包安装方法
|
1月前
|
SQL 关系型数据库 MySQL
【MySQL】— —熟练掌握用SQL语句实现数据库和基本表的创建。熟练掌握MySQL的安装、客户端登录方法;熟练掌握MySQL的编码、数据类型等基础知识;掌握实体完整性的定义和维护方法、掌握参照完整性
【MySQL】— —熟练掌握用SQL语句实现数据库和基本表的创建。熟练掌握MySQL的安装、客户端登录方法;熟练掌握MySQL的编码、数据类型等基础知识;掌握实体完整性的定义和维护方法、掌握参照完整性
98 1
|
26天前
|
关系型数据库 MySQL 数据库
rds安装数据库客户端工具
安装阿里云RDS的数据库客户端涉及在本地安装对应类型(如MySQL、PostgreSQL)的客户端工具。对于MySQL,可选择MySQL Command-Line Client或图形化工具如Navicat,安装后输入RDS实例的连接参数进行连接。对于PostgreSQL,可以使用`psql`命令行工具或图形化客户端如PgAdmin。首先从阿里云控制台获取连接信息,然后按照官方文档安装客户端,最后配置客户端连接以确保遵循安全指引。
78 1
|
20天前
|
Ubuntu 关系型数据库 MySQL
Ubuntu 中apt 安装MySQL数据库
Ubuntu 中apt 安装MySQL数据库
65 0