InnoDB结构与表空间文件页的详解
目录
1.InnoDB的概览
表空间文件在哪里？
为什么要设计成内存结构和磁盘结构？
表空间与表空间文件关系？
用户数据如何在表空间文件存储？
2.页
如何设置页的大小？
页的结构及在表空间的位置？
页头包含的信息：
数据行
数据行的组成信息？
数据行如何组织在一起？
如何标识新页中第一行和最后一行？遍历页中数据从哪里开始哪里结束？
向新页中插入数据是如何执行的？
要查询的数据在某一页，如何定位他的位置？是一条条遍历吗
数据页的完整结构？
总结：关于页说了什么
InnoDB如何保证页在磁盘连续性？
数据很少时如何避免空间浪费？
4.区组
不同区在磁盘上大概率是不连续的，那么InnoDB如何管理区？
5.段
1.InnoDB的概览
InnoDB主要包括内存结构和磁盘结构。
内存结构包括：缓冲池，变更缓冲区，日志缓冲区，自适应哈希。
磁盘结构包括：系统表空间，独立表空间，通用表空间，临时表空间，撤销表空间，重做日志，双写缓冲区。
表空间文件在哪里？
表空间是用来存储表中数据的文件，表空间大小由存储的数据多少决定，不同表空间存储的数据种类不同。
InnoDB创建表，默认在数据目录对应的数据库子目录中生成相应的表空间文件。以 .ibd文件结尾
为什么要设计成内存结构和磁盘结构？
磁盘结构文件是用来保存数据持久化，内存结构是用来缓存数据提升效率的。
表空间与表空间文件关系？
表空间是MySQL为了管理数据设计的一种数据结构，表空间文件时对其具体实现。
用户数据如何在表空间文件存储？
以数据行的方式存在对应表空间，表空间有段，区组，区，页，数据行组合，页是最小单位。页的大小为16KB，这个大小可以尽可能减少磁盘的IO次数，提高性能。每次从磁盘读取一页数据放入内存，下次访问的数据大概率还在这个页中（局部性原理）。
多个数据行组成页，多个页组成区，多个区组成区组，多个区组组成段。
2.页
可以根据需要自定义页大小，16KB是默认值，但是调整页大小保证是4KB的整数倍。因为操作系统的文件系统管理磁盘文件就是4KB为一个管理单元。
设置innodb_page_size值，可以是4096，8192，16384，32768，65536对应4KB, 8KB , 16KB, 32KB, 64KB.
如何设置页的大小？
进入 /etc/mysql/ 目录中，修改my.cnf文件。
页的结构及在表空间的位置？
页有多种类型，但都包括页头，页尾，存储数据和索引的叫“索引页/数据页”。页主体有数据行构成
页都有哪些？
InnoDB在不同场景有数据页，Undo Log页，Change Buffer页，Extent Descriptor页，InnoDB段信息页等等。我们需要关注数据页，InnoDB有个概念叫“索引即数据”，所以也叫“索引页”。
页头页尾包含哪些信息？
页头包含的信息：
1.页号：4Byte，相当于身份证标识，可以看出InnoDB最多有 2^(4*8)-1约42亿个页，每个大小默认16KB，一共64TB，InnoDB表空间最大容量是64TB。
2.上一页页号：FIL_PAGE_PREV
3.下一页页号：FIL_PAGE_NEXT，多个页通过这两个信息组成双向链表，即使页地址不连续但也可以通过链表链接。
4.表空间ID：FIL_PAGE_ARCH_LOG_NO_OR_SPACE_ID，当前页属于哪个表空间
5.页类型：FIL_PAGE_TYPE
6.最近次修改的LSN：FIL_PAGE_LSN，占用8Byte
7.已经刷到磁盘的LSN：FIL_PAGE_FILE_FLUSH_LSN，占用8Byte
8.校验和：FIL_PAGE_SPACE_OR_CHKSUM ，用来校验页的完整性
页尾包含信息：
1.校验和：对应页头的完整性
2.最近次修改的LSN
数据行
除了页头页尾的区域叫“页主体”，页主体中包含数据行，还有提高查询效率的页目录Page Directory和方便操作管理数据页的数据页头。
数据行的组成信息？
数据行包含两部分，一部分是存储额外信息，一部分是存储真实数据。
额外信息包含变长字段长度列表和NULL值列表两个大小不确定的区域以及固定5字节的头信息
数据行如何组织在一起？
通过头信息中的下一行地址偏移量netx_record，将所有数据行组成一个单链表，这样的好处：向左是额外信息的头信息，向右是真实数据。如图：
如何标识新页中第一行和最后一行？遍历页中数据从哪里开始哪里结束？
创建新页会自动分配两行，一个行类型为2的最小行Infimun，heap_no位置固定为0号，一个行类型为3的最大行Supremun，heap_no位置固定为1号。
新页中没有数据时，最小行Infimun的next_record与最大行直接相连。
向新页中插入数据是如何执行的？
插入数据时，heap_no会从2开始依次递增，如果是真实数据record_type为0，如果是索引数据record_type为1。将Infimun连接第一个数据行，最后一行真实数据链接Supremun。
将页中记录真实数据区域叫“用户数据区”，未被数据行占有的叫“空闲区”。
要查询的数据在某一页，如何定位他的位置？是一条条遍历吗？
为提高查询效率，InnoDB用二分查找。
页中有叫“页目录（Page Directory)”的结构，将所有页内的数据行进行分组，最小行单独一组，每组8个数据行，按照主键从小到大。同时每组的最后一行放入称为“槽”的结构中，每个槽都记录在页中，如果分组超过8个，则会新增加一组，同时魅族最后一行会用n_owned记录每组数据的个数。
后续查找数据通过二分查找找到槽，在槽内8个数据中遍历。
例如：查找主键为6的行，先对比槽中记录的主键值，定位第二个槽，然后从该槽中遍历数据。
事务索引这些东西如何在槽中记录？
事务，索引这些全部储存在数据页头中
数据页的完整结构？
其实就是一个页的完整结构：页头，页尾，页目录，数据页头，最大行，最小行，数据行。
总结：关于页说了什么
1.设置页的大小
2.页的主要分类
3.页头，页尾包含什么信息
4.页主体组成部分
5.数据行的组成部分
6.数据页头包含的统计和描述信息
3.区
InnoDB如何保证页在磁盘连续性？
在磁盘中地址不连续访问的效率会降低，于是尽可能在磁道上读取连续数据减少磁头移动，MySQL用区来管理页，大小1MB，存放64个页，就算跨页读取数据，大概率目标页也在这个区里
如果频繁读取某区中的页，可以把整个区读取到内存里，进一步提升效率。
数据很少时如何避免空间浪费？
在MySQL8.0后，一开始创建7个页放在叫碎片区的区域，不是完整的区。数据量增加申请新的页，页的数量到32个，后续申请完整的区来存储这些页。
4.区组
不同区在磁盘上大概率是不连续的，那么InnoDB如何管理区？
数据量越来越大，区越来越多。MySQL定义了区组的结构，每个区组管理256个区即256MB，这样可以高效定位到每个区。
5.段
以上数据结构还有优化的空间，就是用“段”，段的作用来区分在不同功能的区和碎片区中的页，段分为“叶子节点段” 和 “非叶子节点段”作为B+树索引中的叶子，非叶子节点提高查询效率 。非叶子节点段用来储存和管理索引树 ，叶子节点储存管理实际数据。 逻辑上呢，由“叶子节点段”和“非叶子节点段”组成表空间文件 “.ibd"
