Mysql（二十二）——InnoDB页结构

这个就是InnoDB的页结构，我们上次说过不管是数据页还是目录页都是一个页，因为InnoDB数据的本质都是由一个一个16K的页组成的。

文件头

我们先来说一下文件头，这个就是描述一个页的信息的，也就相当于身份证一样，这个偏移量表示这个字段在这个内存块中的什么位置，可以理解为页就是一个内存块，当然不一定是连续的，如果这个偏移量就是指针的偏移量，可以理解为起始地址+-偏移量=字段地址的意思。

偏移量​	​字节数​	​字段名​	​十六进制表示​	​描述​	​重要性​
0	4	FIL_PAGE_SPACE_OR_CHKSUM	0x00000000~0xFFFFFFFF	页的校验和或表空间ID	⭐⭐⭐⭐ (崩溃恢复关键)
4	4	FIL_PAGE_OFFSET	0x00000000~0xFFFFFFFF	页号(在表空间内的偏移量)	⭐⭐⭐⭐⭐ (唯一标识页)
8	4	FIL_PAGE_PREV	0x00000000~0xFFFFFFFF	上一页的页号(B+树特性)	⭐⭐⭐ (索引页重要)
12	4	FIL_PAGE_NEXT	0x00000000~0xFFFFFFFF	下一页的页号(B+树特性)	⭐⭐⭐ (索引页重要)
16	4	FIL_PAGE_LSN	0x00000000~0xFFFFFFFF	该页最后被修改的LSN(日志序列号)	⭐⭐⭐⭐⭐ (ACID保障)
20	2	FIL_PAGE_TYPE	0x0000~0xFFFF	页类型(见下方类型表)	⭐⭐⭐⭐ (决定页用途)
22	4	FIL_PAGE_FILE_FLUSH_LSN	0x00000000~0xFFFFFFFF	仅文件的第一页有效，表示文件刷新LSN	⭐ (系统页专用)
26	4	FIL_PAGE_ARCH_LOG_NO_OR_SPACE_ID	0x00000000~0xFFFFFFFF	表空间ID(MySQL 5.7+)	⭐⭐⭐ (空间管理)
30	8	保留字段	-	未来扩展使用	-

这个是页类型的表格：

类型值(十六进制)​​	​常量名​	​说明​
0x0000	FIL_PAGE_TYPE_ALLOCATED	新分配的页
0x0001	FIL_PAGE_TYPE_SYS	系统页
0x0002	FIL_PAGE_TYPE_UNDO_LOG	Undo日志页
0x0003	FIL_PAGE_TYPE_INODE	索引节点页
0x0004	FIL_PAGE_TYPE_IBUF_FREE_LIST	Insert Buffer空闲列表页
0x45BF	FIL_PAGE_INDEX	B+树索引页(数据页)
0x0006	FIL_PAGE_TYPE_TRX_SYS	事务系统页
0x0007	FIL_PAGE_TYPE_FSP_HDR	表空间头页
0x0008	FIL_PAGE_TYPE_XDES	扩展描述页

我们要做的是文件之间的链式关系是存在文件头中的，页的类型也是在文件中的，文件的页ID（页号）和文件校验码和最后一次修改日志序列号在文件头中就可以了。

页头

偏移量​	​字节数​	​字段名​	​取值范围​	​描述​	​重要性​
38	2	PAGE_N_DIR_SLOTS	0~65535	页目录中的槽位数	⭐⭐⭐⭐ (二分查找基础)
40	2	PAGE_HEAP_TOP	0~16384	堆中空闲空间的起始偏移	⭐⭐⭐⭐ (空间管理)
42	2	PAGE_N_HEAP	0~65535	堆中的记录数（包括Infimum/Supremum和已删除记录）	⭐⭐⭐ (记录统计)
44	2	PAGE_FREE	0~16384	指向空闲链表头部的指针	⭐⭐⭐ (空间重用)
46	2	PAGE_GARBAGE	0~65535	已删除记录的字节总数	⭐⭐ (空间碎片)
48	2	PAGE_LAST_INSERT	0~16384	最后插入记录的位置	⭐⭐ (插入优化)
50	2	PAGE_DIRECTION	0~65535	最后插入的方向（0=未知，1=左，2=右）	⭐ (插入模式)
52	2	PAGE_N_DIRECTION	0~65535	同一方向连续插入的次数	⭐ (插入优化)
54	2	PAGE_N_RECS	0~65535	页中用户记录数（不包括系统记录和已删除记录）	⭐⭐⭐ (关键统计)
56	8	PAGE_MAX_TRX_ID	0~2⁶⁴-1	修改该页的最大事务ID（MVCC用）	⭐⭐⭐⭐ (事务隔离)
64	2	PAGE_LEVEL	0~65535	页在B+树中的层级（0表示叶子页）	⭐⭐⭐⭐⭐ (索引结构)
66	8	PAGE_INDEX_ID	0~2⁶⁴-1	索引ID（属于哪个索引）	⭐⭐⭐ (索引管理)
74	2	PAGE_BTR_SEG_LEAF	-	B+树叶子节点段的头部信息	⭐⭐ (存储引擎内部)
76	2	PAGE_BTR_SEG_TOP	-	B+树非叶子节点段的头部信息	⭐⭐ (存储引擎内部)
78	10	保留字段	-	未来扩展使用

这个页头是索引页的页头，因为不同类型的页他对应的页头也是不同的，这边就不介绍其他也类型的页头了。就单论索引页的页头来说，我们需要记住的是：

1.记录了当前的索引id、索引的层级，槽位数量；

2.记录了空闲链表的指针、最大记录数之和（包括删除的）、最小记录数之和（不包括删除的）、最后修改的事务id（也就是最大事务id）；

3.插入信息（左插入还是右插入，同一个方向最大的插入数）。

Infimum+Supremum

这个就没什么好说的，他们是页的左右边界，告诉我们用户记录最左边的一条地址，和用户记录最右边一条的地址。

用户记录和空闲记录

用户记录

字段​	​字节数​	​描述​	​可变性​	​重要性​
​记录头(Record Header)​​	5字节	包含删除标记、记录类型等信息	固定	⭐⭐⭐⭐⭐
​事务ID(DB_TRX_ID)​​	6字节	最后修改该记录的事务ID	固定	⭐⭐⭐⭐ (MVCC)
​回滚指针(DB_ROLL_PTR)​​	7字节	指向undo日志记录的指针	固定	⭐⭐⭐⭐ (MVCC)
​列1数据​	变长	第一列实际数据	可变	⭐⭐⭐
​列2数据​	变长	第二列实际数据	可变	⭐⭐⭐
​...​​	...	...	...	...
​列N数据​	变长	最后一列实际数据	可变	⭐⭐⭐
​下条记录指针​	1-4字节	指向页内下一条记录的偏移量	可变	⭐⭐⭐⭐

这个是没一条数据的结构，很简单，我们只要记住是存一条一条记录的就可以了，记录头告诉我们当前数据是否被标记为脏页，是删除还是修改，事务id就是那一次事务操作了这个数据，回滚指针对于的就是如果要回滚应该回归到什么版本。

空闲记录

字段​	​字节数​	​描述​
​next_free​	4字节	指向下一个空闲记录的指针
​original_length​	2字节	原始记录的总长度
​original_header​	5字节	原始记录头副本
​剩余空间​	可变（看被删记录空间多大）	可被新记录重用的空间

这个其实也很好理解，如果我们删除了一个数据，这个数据并不会被真的删除，而是在用户记录的记录头中标记为删除，然后sql查询不可见这条纪律，然后这个被删除的记录会被空闲记录上一条记录的next_free指向，然后记录长度和原记录头信息，然后下次插入一条数据的时候，会先在页头中查找空闲链表，没有空闲链表了就好使用空闲链表中的空间，把原来被标记删除的数据覆盖掉。

页目录

组成部分​	​大小​	​描述​	​作用​
​槽位数组(Slot Array)​​	每槽2字节	存储指向记录的偏移量	实现二分查找
​槽位数量​	2字节	存储在页头的PAGE_N_DIR_SLOTS	记录当前槽位数
​槽位间隔​	动态	通常每4-8条记录一个槽位	平衡查找效率与空间开销

这个就是我们一直在说的槽位，就是在页目录中，具体是怎么用的我这边就不锁了，当时讲InnoDB的索引结构的时候锁的很清楚了（主包第19篇）。

文件尾

字段名​	​字节偏移​	​大小​	​数据类型​	​描述​	​重要性​
​FIL_PAGE_END_LSN​	16376	8字节	uint64	页的日志序列号(LSN)校验值	⭐⭐⭐⭐⭐

文件尾是InnoDB页结构的最后一个组成部分，位于每个16KB页的最后8字节。它主要用于崩溃恢复和数据完整性验证。

这个是文件头和文件尾记录的LSN的区别：

特性​	​文件头LSN (FIL_PAGE_LSN)​​	​文件尾LSN (FIL_PAGE_END_LSN)​​
​位置​	页的第16-23字节(文件头部分)	页的最后8字节(文件尾部分)
​写入时机​	页修改后立即更新	页写入磁盘前最后写入
​作用​	记录页的最新修改版本	验证页写入的完整性
​崩溃恢复角色​	判断是否需要redo	检测部分页写入(partial write)
​更新频率​	每次页修改都更新	仅在持久化到磁盘时更新
​校验对象​	页数据的逻辑一致性	页写入的物理完整性
​内存中状态​	常驻内存保持最新	仅在写入磁盘时生成

一句话的意思就是，文件头的LSN是页的"版本号"，动态反映页的最新状态，决定redo日志的应用范围，而文件尾的LSN是页的"校验码"，仅在持久化时生成，确保页完整写入磁盘。

总结

本篇主要讲了Mysql中InnoDB的页的结构。