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019:InnoDB 表空间内部组织结构

时间:2018-01-04 18:01:24      阅读:580      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:设置   eset   影响   mysql 5.6   开头   db文件   and   方式   output   

019:InnoDB 表空间内部组织结构


一. 表空间内部组织结构

表空间
内部有多个段对象(Segment) 组成
每个段(Segment)由区(Extent) 组成
每个区(Extent)由页(Page)组成
每个页里面报存数据 (或者叫记录 Row)

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  1. 段对用户来说是透明的

  2. 段也是一个 逻辑概念

  3. 目前为止在 information_schema 中无法找到段的概念

  4. 重点需要理解区(Extent) 和页(Page) 的概念

1. 表空间 – 区

  • 区是最小的空间申请单位

  • 区的大小固定为1M

  • page_size= 16K 就是1M * 1024 / 16 = 64 个页

  • 同理 page_size= 8K 就是 128个页

  • 同理 page_size= 4K 就是 256个页

  • 通常说来,一次申请4个区(4M) 的大小(存在一次申请5个区的时候,但是绝大部分情况就是申请4个区)

  • 单个区的 1M 空间内,物理上是连续 的(一次申请的4个区的空间之间(1M和1M之间)不保证连续)

2. 表空间 – 页

1).页的定义

  • 页是 最小的I/O操作单位

  • data 的最小单位不是页,而是页中的 记录(row)

  • 普通用户表中MySQL 默认 的每个页为 16K

  • 从MySQL5.6开始使用 innodb_page_size 可以控制页大小(模板中设置为 8K )

  • 一旦数据库通过 innodb_page_size 创建完成,则后续无法更改

  • innodb_page_size 是针对 普通表 的, 压缩表 不受其限制

2).如何定位到页

  • 每个 表空间 都 对应 一个 SpaceID ,而 表空间 又对应一个 ibd文件 ,那么一个 ibd文件 也对应一个 SpaceID

  • 因为 表空间 <-> idb文件 , 表空间 <-> SpaceID ,所以 ibd文件 <-> SpaceID

  • ibdata1 对应的 SpaceID 为 0

  • 每创建一个表空间(ibd文件) , SpaceID 自增长(全局)

  • PageNumber

  • 在一个表空间中,第几 个16K的页(假设 innodb_page_size = 16K) 即为 PageNumber

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每个表空间中,都是从0开始递增,且仅仅是表空间内唯一

每次读取 Page 时,都是通过 SpaceID 和 PageNumber 进行读取;

可以简单理解为从表空间的开头读多少个 PageNumber * PageSize 的字节(偏移量)

想像成数组,数组的名字就是 SpaceID, 数组的下标就是PageNumber

  1. 可以通过( SpaceID , PageNumber )定位到某一个页

  2. 在一个 SpaceID (ibd文件)中, PageNumber 是唯一且自增 的

  3. 这里的区(extent) 的概念已经弱化。在这个例子中,第一个区的PageNumber是(0~63) 且这 64个页在物理上是连续 的;第二个区的PageNumber是(64~127) 且这 64个页在物理上也是连续 的;但是(0~63) 和(64~127)之间 在物理上则不一定是连续的 ,因为区和区之间在物理上不一定是连续的。

  4. 删除表的时候, SpaceID不会回收 ,SpaceID是全局自增长的。

mysql> select * from information_schema.innodb_sys_tables limit 1\G ;  -- INNODB_SYS_TABLES 表
*************************** 1. row ***************************
   TABLE_ID: 14
       NAME: SYS_DATAFILES
       FLAG: 0
     N_COLS: 5
      SPACE: 0
FILE_FORMAT: Antelope
 ROW_FORMAT: Redundant
ZIP_PAGE_SIZE: 0
 SPACE_TYPE: System
1 row in set (0.01 sec)

mysql>select name, space,table_id from information_schema.innodb_sys_tables where space=0 ;
+------------------+-------+----------+
| name             | space | table_id |
+------------------+-------+----------+
| SYS_DATAFILES    |     0 |       14 |
| SYS_FOREIGN      |     0 |       11 |
| SYS_FOREIGN_COLS |     0 |       12 |
| SYS_TABLESPACES  |     0 |       13 |
| SYS_VIRTUAL      |     0 |       15 |
+------------------+-------+----------+
5 rows in set (0.01 sec)
mysql> select name, space,table_id from information_schema.innodb_sys_tables where space<>0 limit 5 ;
+-----------------------------+-------+----------+
| name                        | space | table_id |
+-----------------------------+-------+----------+
| employees/departments       |    32 |       47 |
| employees/dept_emp          |    34 |       49 |
| employees/dept_manager      |    33 |       48 |
| employees/employee_comps_1  |    48 |       63 |
| employees/employee_comps_2k |    50 |       65 |
+-----------------------------+-------+----------+
5 rows in set (0.00 sec)        

--  独立表空间的table_id 和 SpaceID 一一对应
--  共享表空间是多个table_id 对应 一个 SpaceID

3. 压缩表

官方文档

  • 基于页的压缩
  • 每个表的页大小可以不同(针对压缩表来讲)
-- ger3_space的file_block_size=4096,不是innodb_page_size的大小
-- 所在在创建 普通表 的时候,报错了

mysql> create table  test_ger (a int) tablespace=ger3_space;
ERROR 1478 (HY000): InnoDB: Tablespace `ger3_space` uses block size 4096 and cannot contain a table with physical page size 8192
-- 使用压缩表的方式

mysql> create table comps_test1 (a int) row_format=compressed, key_block_size=4; -- 1K, 2K, 4K, 8K, 16K 只有这几个页大小可以选择

Query OK, 0 rows affected (0.13 sec)
-- 在之前的ger3_space中创建压缩表

mysql> create table comps_test2 (a int)tablespace=ger3_space row_format=compressed, key_block_size=4;
-- 由于ger3_space是4K的,所以这里页大小也只能是4K Query OK, 0 rows affected (0.09 sec)
-- 修改存在的表变成压缩表

mysql> alter table t1 row_format=compressed,key_block_size=4; Query OK, 0 rows affected (0.17 sec)
Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0

注意:
虽然SQL语法中写的是 row_format=compressed ,但是压缩是针对 的,而不是记录 ;即读页 的时候解压 ,写页 的时候压缩 ,并不会在读取或写入单个记录(row)时就进行解压或压缩操作。

1.key_block_size的含义

  • key_block_size 的可选项是1k,2k,4k,8k,16k(是页大小,不是比例)

  • 不是将原来 innodb_page_size页大小的数据压缩成 key_block_size 的页大小,因为有些数据可能不能压缩,或者压缩不到那么小

  • 压缩是将原来的页的数据通过压缩算法压缩到一定的大小,然后用 key_block_size大小的页去存放。

比如原来的 innodb_page_size 大小是 16K ,现在的 key_block_size 设置为 8K ,某表的数据大小是 24k ,原先使用 2 个 16k 的页存放;压缩后,数据从 24k –> 18k ;由于现在的 key_block_size=8k 所以需要 3 个 8K 的页存放压缩后的 18k 数据多余的空间可以留给下次插入或者更新

压缩比和设置的 key_block_size 没有关系。压缩比看数据本身和算法(zlib), key_block_size 仅仅是设置存放压缩数据的页大小,不解压也能插入数据,通过在剩余空间直接存放 redo log ,然后页空间存放满后,再解压,利用 redo log 更新完成后,最后再压缩存放(此时就没有redo log 了)。减少解压和压缩的次数。

  • 查看压缩比
mysql> use employees ; 
Database changed

mysql>  create table employee_comps_1 like employees;
Query OK, 0 rows affected

mysql> alter table employee_comps_1 row_format=compressed,key_block_size=4;
Query OK, 0 rows affected


mysql> >  show create table employee_comps_1\G
*************************** 1. row ***************************
     Table: employee_comps_1
Create Table: CREATE TABLE `employee_comps_1` (
`emp_no` int(11) NOT NULL,
`birth_date` date NOT NULL,
`first_name` varchar(14) NOT NULL,
`last_name` varchar(16) NOT NULL,
`gender` enum('M','F') NOT NULL,
`hire_date` date NOT NULL,
PRIMARY KEY (`emp_no`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 ROW_FORMAT=COMPRESSED KEY_BLOCK_SIZE=4
1 row in set (0.00 sec)

-- 插入数据                                             
mysql> insert into employee_comps_1 select * from employees;
Query OK, 300024 rows affected (6.65 sec)                       
Records: 300024  Duplicates:    0   Warnings: 0                         
-- 查看压缩比                                                
mysql> use information_schema;                              
Reading table information for completion of table and column names              
You can turn off this feature to get a quicker startup with -A              
Database changed                                        
mysql>select * from INNODB_CMP;
+-----------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
| page_size | compress_ops | compress_ops_ok | compress_time | uncompress_ops | uncompress_time |
+-----------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
|      1024 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
|      2048 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
|      4096 |        18599 |           13442 |             2 |           5157 |               0 |
|      8192 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
|     16384 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
+-----------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
5 rows in set (0.01 sec)

mysql> select 13442/18599;  -- compress_ops_ok / compress_ops       
+-------------+
| 13442/18599 |
+-------------+
|      0.7227 |    -- 压缩比在90%
+-------------+
1 row in set (0.00 sec)

mysql> select * from INNODB_CMP_RESET;                          
-- 查询INOODB_CMP_RESET,会把INNODB_CMP表中的数据复制过来,并清空INNODB_CMP               
+-----------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
| page_size | compress_ops | compress_ops_ok | compress_time | uncompress_ops | uncompress_time |
+-----------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
|      1024 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
|      2048 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
|      4096 |        18599 |           13442 |             2 |           5157 |               0 |
|      8192 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
|     16384 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
+-----------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
5 rows in set (0.00 sec)                                    
mysql> select   * from INNODB_CMP;  -- 查询该表,数据已经被清空了                        
+-----------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
| page_size | compress_ops | compress_ops_ok | compress_time | uncompress_ops | uncompress_time |
+-----------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
|      1024 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
|      2048 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
|      4096 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
|      8192 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
|     16384 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
+-----------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
5 rows in set (0.00 sec)                                    

-- 注意,这个表里面的数据是累加的,是全局信息,没法对应到某一张表
shell> ll -h employee*.ibd  # 可以看出磁盘占用还是有明显减小的

-rw-r-----. 1 mysql mysql 14M Jan  4 13:41 employee_comps_1.ibd

-rw-r-----. 1 mysql mysql 22M Dec  2 21:32 employees.ibd
mysql> show variables like "%innodb_cmp_per_index%";

+------------------------------+-------+
| Variable_name                | Value |
+------------------------------+-------+
| innodb_cmp_per_index_enabled | OFF   | -- 该功能目前是关闭的
+------------------------------+-------+
1 row in set (0.02 sec)


mysql> set global innodb_cmp_per_index_enabled=1; 
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> show variables like "%innodb_cmp_per_index%";

+------------------------------+-------+
| Variable_name                | Value |
+------------------------------+-------+
| innodb_cmp_per_index_enabled | ON    |
+------------------------------+-------+
1 row in set (0.01 sec)     


mysql> use employees

Reading table information for completion of table and column names

You can turn off this feature to get a quicker startup with -A


Database changed

mysql> create table employee_comps_2k like employees; 
Query OK, 0 rows affected (0.13 sec)

mysql> alter table employee_comps_2k row_format=compressed,key_block_size=2;  -- 设置成2K的页大小

Query OK, 0 rows affected (0.18 sec)

Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0


mysql> insert into employee_comps_2k select * from employees; -- 插入数据

Query OK, 300024 rows affected (9.68 sec)

Records: 300024  Duplicates: 0  Warnings: 0


mysql> use information_schema;

Reading table information for completion of table and column names

You can turn off this feature to get a quicker startup with -A


Database changed                                    
mysql> select * from INNODB_CMP;                                
+-----------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
| page_size | compress_ops | compress_ops_ok | compress_time | uncompress_ops | uncompress_time |
+-----------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
|      1024 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
|      2048 |        34676 |           23729 |             2 |          10947 |               0 |
|      4096 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
|      8192 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
|     16384 |            0 |               0 |             0 |              0 |               0 |
+-----------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
5 rows in set (0.01 sec)    

mysql> select   23729/34676;                                    
+-------------+
| 23729/34676 |
+-------------+
|      0.6843 | -- 2K时,压缩比是68%
+-------------+
1 row in set (0.01 sec)                                 

mysql> select * from INNODB_CMP_PER_INDEX;  -- 开启innodb_cmp_per_index_enabled才有数据                   
+---------------+-------------------+------------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
| database_name | table_name        | index_name | compress_ops | compress_ops_ok | compress_time | uncompress_ops | uncompress_time |
+---------------+-------------------+------------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
| employees     | employee_comps_2k | PRIMARY    |        34676 |           23729 |             2 |          10947 |               0 |
+---------------+-------------------+------------+--------------+-----------------+---------------+----------------+-----------------+
1 row in set (0.00 sec) 

-- 可以看到employees.employee_comps_2k这个表的 索引的压缩比(在INNODB中索引即数据);
-- 在page_size=2K只有一个压缩表的时候,INNODB_CMP和INNODB_CMP_PER_INDEX的值是一样的,并且能够知道是哪个表的情况
  • innodb_cmp_per_index_enabled 这个参数默认关闭,开启对性能有影响

  • key_block_size=16的含义

    • 假设innodb_page_size = 16K
    • 设置key_block_size = 16有意义
    • key_block_size的设置不影响压缩本身(只和数据本身以及zlib算法有关),只是确定压缩后的数据存放的页大小
    • 字段类型如果是varchartext等类型的数据,压缩的效果还是比较明显的
    • 设置row_format=compressed就会压缩数据, 是否压缩和设置key_block_size没有关系
      所以key_block_size=16的设置是有意义的,因为数据还是进行了压缩,压缩后的数据存放在16K大小的页中

2. 压缩后的存储以及性能

技术分享图片

从上图可以得到如下信息:

  • innodb_page_size=16k 的的数据设置 key_block_size=16 是可以压缩的,且效果比较明显;
  • 并不是 key_block_size 设置的越小,压缩率就越高,上图中 8K 和 4K 的压缩率几乎一样;
  • 在启用压缩后, 16K 和 8K 的插入性能 要好于 原来 未压缩 的插入性能,所以 启用了压缩,性能不一定会变差 ;
  • 在I/O Bound(IO密集型)的业务场景下,减少I/O操作的次数对性能提升比较明显。
  • key_block_size 的设置的值( 经验值 )通常为 innodb_page_size 的 1/2
    在MySQL的官方文档中,上面(包括之前谈的)都称之为 InnoDB Table Compression,其实不够准确,因为他是 基于页的压缩

3. 透明表空间压缩

官方文档
透明表空间压缩 官方测试

在MySQL官方文档中, 透明表空间压缩 称为 InnoDB Page Compression 以区别于原来的 InnoDB Table Compression ,但是他们其实 都是基于页(Page)的压缩 。
透明表空间压缩 应该写成 InnoDB Transparent Page Compression 更为贴切。

1. 透明表空间压缩的创建
-- 透明表空间压缩的创建
mysql> create table trans_test_1 (a int ) compression="zlib"; -- 使用zlib的压缩算法
Query OK, 0 rows affected, 1 warning (0.14 sec) -- 存在warning
mysql> create table trans_test_2 (a int ) compression="lz4"; -- 使用lz4的压缩算法
Query OK, 0 rows affected, 1 warning (0.13 sec)
mysql> alter table trans_test_2 compression="zlib";
Query OK, 0 rows affected (0.05 sec)
Records: 0 Duplicates: 0 Warnings: 0
mysql> optimize table trans_test_2; -- 官方文档中提及如果是已存在的表,需要执行optimize table操作
+------------------------+----------+----------+-------------------------------------------------------------------+
| Table | Op | Msg_type | Msg_text |
+------------------------+----------+----------+-------------------------------------------------------------------+
| burn_test.trans_test_2 | optimize | note | Table does not support optimize, doing recreate + analyze instead |
| burn_test.trans_test_2 | optimize | status | OK |
+------------------------+----------+----------+-------------------------------------------------------------------+
2 rows in set, 1 warning (0.18 sec) -- 还是有warning
mysql> show create table trans_test_1\G
*************************** 1. row ***************************
Table: trans_test_1
Create Table: CREATE TABLE `trans_test_1` (
`a` int(11) DEFAULT NULL
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMPRESSION='zlib'
1 row in set (0.00 sec)
-- zlib的压缩比更高
-- lz4的速度更快
在上述创建过程中,并 没有指定页大小 ,而是使用了文件系统(filesystem)层中 稀疏文件 的特性,来达到压缩的目的。
2. 稀疏文件

Wiki介绍

技术分享图片

如上图所示,可以简单的理解为,文件中数据连续为0的部分不占用磁盘空间

# 创建一个零时的,且数据部分全0的文件
shell> dd of=sparse-file bs=1k seek=5120 count=0 # 创建5M大小,内容全为0的文件
0+0 records in
0+0 records out
0 bytes (0 B) copied, 6.7872e-05 s, 0.0 kB/s # 无数据写入到磁盘
shell> ls -hl sparse-file 
-rw-r--r--. 1 root root 5.0M Jan 5 00:07 sparse-file # 显示该文件大小为5M
shell> du --block-size=1 sparse-file # 检查文件占用多少空间
0 sparse-file # 显示占用空间为0

技术分享图片

  1. 压缩后,原来16K的数据压缩成了4K;
  2. 剩余的12K空间用特殊的字符填充(比如说是0);
  3. 在写入文件系统时调用 Punching holes 写入,实则只写入4K的数据;
  4. 被填充的12K的空间,可以提供给后序的插入,更新等使用;
  5. 从innodb的角度看还是16K的页大小,只是文件系统知道该页只需要4K就能够存储(对innodb是透明的);
  6. SpaceID 和 PageNumber 的读取方式没有改变(细节由文件系统屏蔽);
  7. 由于文件系统的快大小是4K,所以压缩后存储的空间也是4K对齐的
  • 比如16K压缩成了 10K ,那就需要 3个4K 去存储
mysql> desc information_schema.INNODB_SYS_TABLESPACES;
+----------------+---------------------+------+-----+---------+-------+
| Field | Type | Null | Key | Default | Extra |
+----------------+---------------------+------+-----+---------+-------+
| SPACE | int(11) unsigned | NO | | 0 | |
| NAME | varchar(655) | NO | | | |
| FLAG | int(11) unsigned | NO | | 0 | |
| FILE_FORMAT | varchar(10) | YES | | NULL | |
| ROW_FORMAT | varchar(22) | YES | | NULL | |
| PAGE_SIZE | int(11) unsigned | NO | | 0 | |
| ZIP_PAGE_SIZE | int(11) unsigned | NO | | 0 | |
| SPACE_TYPE | varchar(10) | YES | | NULL | |
| FS_BLOCK_SIZE | int(11) unsigned | NO | | 0 | | -- 文件系统的块大小
| FILE_SIZE | bigint(21) unsigned | NO | | 0 | | -- 文件大小
| ALLOCATED_SIZE | bigint(21) unsigned | NO | | 0 | | -- 文件实际分配的大小
| COMPRESSION | varchar(5) | NO | | | |
+----------------+---------------------+------+-----+---------+-------+
12 rows in set (0.00 sec)
3. 系统以及文件系统的支持
  • 操作系统以及内核
    • RHEL7 kernel >= 3.10.0-123
    • Debian 7 kernel >= 3.2
    • Ubuntu 12.04LTS kernel >= 3.2
    • Ubuntu 14.0.4LTS kernel >= 3.13
    • Oracle和Suse可以参考官方文档
  • 文件系统
    • 支持Hole Punch
    • 比如XFS,EXT4,NTFS等
4. 关于warning
mysql> show warnings;
+---------+------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| Level | Code | Message |
+---------+------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| Warning | 138 | InnoDB: Punch hole not supported by the file system or the tablespace page size is not large enough. Compression disabled |
+---------+------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
1 row in set (0.00 sec)

-- 原因1是我的内核版本太低,不支持
-- 原因2是因为general方式安装的mysql不支持透明压缩,需要自己编译
-- http://bugs.mysql.com/bug.php?id=77974

二. 索引组织表

在InnoDB存储引擎中,表都是根据主键顺序组织存放的,这种存储方式的表称为索引组织表(index organized table),或者叫聚集索引(clustered index)

  1. 每张表都 必须有 一个 主键
  2. 根据 主键 的值构造一棵 B+树
  3. 这棵B+树的 叶子节点(leaf page) 存放 所有的记录(Row)
  4. 非叶子节点(Non-leaf page)存放的主键和指针( 若干个{主键,指针}组成一个非页节点 )
    ? 这里的 指针 其实就是 PageNumber (这里 不需要SpaceID ,因为SpaceID对应的是 ibd文件 ,我们现在是在 ibd文件内部 查找数据)

1. 主键

如果创建表的时候 没有显示指定主键 ,则InnoDB会按照如下方式选择或创建主键:

  1. 判断表中是否有 非空的唯一索引 ,如果有,该列即为主键 ;
    • 如果存在多个非空唯一索引,以创建表时 第一个定义 的非空唯一 索引 为准,而 不是(columns)定义的顺序
  2. 如果上述条件都不符合,则InnoDB自动创建一个6字节大小的指针;

2. 索引组织表与堆表

堆表

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堆表将索引和数据分开(如MyISAM),索引中叶子节点存放的是数据的位置,而不是数据本身

索引组织表

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索引组织表将索引和数据放在了一起,索引的叶子节点(leaf page)存放了所有完整的记录(Row)。
索引即数据,数据即索引

注意:

  1. 非叶子节点(Non-leaf page)中不会存放所有的数据(Row)的 {主键, PageNumber},而是从叶子节点(leaf page)中选出一个数据的主键,将这个主键和该页的PageNumber填入到非叶节点(Non-leaf page)中
  2. 从逻辑上看,是一棵B+树,但是从物理上看都是每个页(非叶子节点和叶子节点)通过指针串在一起,使得逻辑有序。
二级索引

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二级索引中的叶子节点不存放数据本身,而是存放 主键

查询数据对比
  • 堆表查询

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  • 索引组织表以及二级索引查询

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3. Page的空间申请

  • 叶子节点(leaf page) 由 leaf page segment 进行申请空间
  • 非叶子节点(Non-leaf page) 由 Non-leaf page segment 进行申请空间

所以索引由 两个段组成

  1. leaf page segment
  2. Non-leaf page segment
    段(segment) 是由 区(extent) 组成,申请空间就按照区(extent)进行申请(一般情况下一次申请4个区)

三. 主键实验

1. 多个唯一非空键

mysql> create table test_key (
 -> a int,
 -> b int not null,
 -> c int not null,
 -> unique key(a),
 -> unique key(c),
 -> unique key(b)
 -> );
Query OK, 0 rows affected (0.16 sec)
mysql> insert into test_key values(1,2,3),(4,5,6),(7,8,9);
Query OK, 3 rows affected (0.04 sec)
Records: 3 Duplicates: 0 Warnings: 0
mysql> select * from test_key;
+------+---+---+
| a | b | c |
+------+---+---+
| 1 | 2 | 3 |
| 4 | 5 | 6 |
| 7 | 8 | 9 |
+------+---+---+
3 rows in set (0.00 sec)
mysql> select *, _rowid from test_key; -- _rowid是主键值
+------+---+---+--------+
| a | b | c | _rowid |
+------+---+---+--------+
| 1 | 2 | 3 | 3 | -- 可以发现,这里的主键是c
| 4 | 5 | 6 | 6 |
| 7 | 8 | 9 | 9 |
+------+---+---+--------+
3 rows in set (0.00 sec)
mysql> create table test_key_2 (
 -> a varchar(8), -- 使用varchar类型
 -> b varchar(8) not null,
 -> c varchar(8) not null,
 -> unique key(a),
 -> unique key(c),
 -> unique key(b)
 -> );
Query OK, 0 rows affected (0.15 sec)
mysql> insert into test_key_2 values('a','b','c'),('d','e','f'),('g','h','i');
Query OK, 3 rows affected (0.02 sec)
Records: 3 Duplicates: 0 Warnings: 0
mysql> select * from test_key_2; 
+------+---+---+
| a | b | c |
+------+---+---+
| a | b | c |
| d | e | f |
| g | h | i |
+------+---+---+
3 rows in set (0.00 sec)
mysql> select *, _rowid from test_key_2;
ERROR 1054 (42S22): Unknown column '_rowid' in 'field list' -- 报错了
-- _rowid只能是在key的类型为整型时才有效

-- 方法一

mysql> select * from information_schema.columns where table_name="test_key_2" and column_key="PRI"\G
*************************** 1. row ***************************
 TABLE_CATALOG: def
 TABLE_SCHEMA: burn_test
 TABLE_NAME: test_key_2
 COLUMN_NAME: c -- 该列的列名是 c
 ORDINAL_POSITION: 3
 COLUMN_DEFAULT: NULL
 IS_NULLABLE: NO
 DATA_TYPE: varchar
CHARACTER_MAXIMUM_LENGTH: 8
 CHARACTER_OCTET_LENGTH: 32
 NUMERIC_PRECISION: NULL
 NUMERIC_SCALE: NULL
 DATETIME_PRECISION: NULL
 CHARACTER_SET_NAME: utf8mb4
 COLLATION_NAME: utf8mb4_general_ci
 COLUMN_TYPE: varchar(8)
 COLUMN_KEY: PRI -- 该列是主键
 EXTRA: 
PRIVILEGES: select,insert,update,references
 COLUMN_COMMENT: 
 GENERATION_EXPRESSION: 
1 row in set (0.00 sec)

-- 方法二

mysql> desc test_key_2;
+-------+------------+------+-----+---------+-------+
| Field | Type | Null | Key | Default | Extra |
+-------+------------+------+-----+---------+-------+
| a | varchar(8) | YES | UNI | NULL | |
| b | varchar(8) | NO | UNI | NULL | |
| c | varchar(8) | NO | PRI | NULL | | -- key 是PRI ,就可以知道 c 列是主键
+-------+------------+------+-----+---------+-------+
3 rows in set (0.00 sec)

2. 系统定义主键(系统rowid)

当用户表中没有显示的指定主键,且没有非空唯一键时,系统会 自定义 一个 主键 (6个字节,int型,全局,隐藏)

mysql> create table test_key_3(
 -> a int,
 -> b int,
 -> c int);
Query OK, 0 rows affected (0.11 sec)
mysql> insert into test_key_3 values(1,2,3),(4,5,6),(7,8,9);
Query OK, 3 rows affected (0.02 sec)
Records: 3 Duplicates: 0 Warnings: 0
mysql> select *,_rowid from test_key_3; 
ERROR 1054 (42S22): Unknown column '_rowid' in 'field list' --这里无法用_rowid查看,因为系统rowid对用户是透明的

假设有 a 和 b 两张表都使用了系统定义的主键,则系统定义的主键的ID 不是表内 进行 单独递增 的,而是 全局递增
该系统的rowid是定义在 ibdata1.ibd 中的 sys_rowid 中,全局自增
6个字节表示的数据量为 2^48 ,通常意义上是够用的

注意:强烈建议自己显示定义主键

四. 页的结构

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  1. File Header

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在一个页中不仅仅只有记录,还有 File Header , Page Header , File Trailer 等

五. 记录

1. ROW_FORMAT

? REDUDENT: 兼容老版本的InnoDB,MySQL 4.1版本之前
? COMPACT: MySQL 5.6 版本的默认格式
? COMPRESSED:支持压缩
? DYNAMIC:大对象记录优化, MySQL 5.7 版本默认格式

2. COMPACT 结构

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? variable string length list
    - 变长字段 列表,表示有 多少个 变长字段,且序号 逆序 显示
? NULL flag
    - 是否有NULL值
? rowid
    - B+树索引键值
? trx id
    - 事物ID,6个字节
? roll pointer
    - 回滚指针,7个字节
    

3. COMPACT 示例

  1. 创建mytest表,格式为compact,且没有显示定义主键和非空唯一键,故使用系统定义的ROWID。并插入三条记录。
    技术分享图片
  2. 将mytest表结构进行dump

图中红色部分对应第一条记录,黄色部分对应第二条记录,深蓝色部分对应第三条记录

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  1. 将红色部分对应的第一条记录进行解析

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    • variable string length list
      • 03 02 01 ,表示有三个变长字段(varchar,varbinary,text等),且逆序存放(为了提高CPU的cache的命中率)
    • NULL flag
      • 00 , 这条记录中不存在NULL
    • Record Header
      • 5个字节,比较底层(比如看该记录有没有被删除)
    • RowID
      • 主键ID, 00 00 00 2b 68 00,从这个值可以看出,不是每张表从1开始递增的,是全局的ROWID
    • TransactionID
      • 事物ID
    • Roll Pointer
      • 回滚指针

        3.1. char 和 varchar 的区别

        详细的操作可以参看之前的笔记(008:数据类型)

结果:
在 多字节字符集 (如UTF8mb4)下:

  1. char(N) 中存储的数据的长度 范围 是 N ~ 4N ,当存储数据的长度 M , 未达到N 时,则填充空格(0x20),且空格的长度 取最小 的长度 N-M ,而 不是4N-M
  2. varchar(N) 则 不填充空格
    注意: char 数据类型本来是定长数据,但是在 多字节字符集 下,表现的行为和 varchar 类似,失去了原来的优势,当数据更新变长后可能无法 原地更新

3.2. 原地更新(in place update)

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  • 原地更新不会占用新的存储空间
  • 非原地更新需要删除(物理删除)原来的空间的数据,然后将更新后的数据插入到页的后面
  • 删除的数据的空间,会插入到 Free_List 链表的 头部
  • 原地更新 不会触发页的分裂

    Free_List 是将页中被删除的空间串联在一起(组成一个 链表 ),当有数据被插到页内时,先看一下Free_list中 第一个空间 的大小,如果 空间合适 ,就将该记录 插入 到 第一个空间 中去,如果 不合适 ,直接插入到 页的尾部 的剩余空间。( 不会去看Free_list的第二个空间 )
    当该页的数据被插满了,不会马上进行分页,而是进行 reorganize 操作,即将页内的数据在 内存 中进行整理,然后覆盖原来的页(不影响性能),所以InnoDB 不需要碎片整理 。

3.3 Reorganize

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4. DYNAMIC

官方文档

DYNAMIC相比COMPACT,优化了大对象记录的存储。
假设有一条记录有A,B,C,D 四列,其中D列的是text类型,且含有2W个字节的长度。

  • COMPACT

    COMPACT会存储text中的前768个字节的数据,剩余的数据通过20个字节的指针指向溢出页

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相对COMPACT,DYNAMIC在一个页中存储的 记录数 更多(因为有768字节的prefix,一条记录的字节假设是800字节,那16K的页只能存放20条记录,而之前我们测算可以存放80条记录),这样一来,B+树的高度可能会变高,读取的IO次数可能会变多。

一个页能存放的记录越多,则性能越优

六. heap number

  • heap_number表示页中每个 记录插入 的顺序 序号

    • 假设 插入 的数据是 a, b, d, e, g ;则对应的 heap_number 为 2,3,4,5,6

    • 0 和 1 被 infimum 和 supermum 所使用

      • infimum 对应最小的heap_number

      • supermum 对应最大的heap_number,随着数据的插入,该值会更新

    • update对heap_number没有影响

    • heap_number是物理的,存储在row的 record_header 字段中

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-- ==终端1==

mysql> create table test_heap(a int primary key); Query OK, 0 rows affected (0.13 sec)

mysql> insert into test_heap values (1);  -- 插入a=1的记录

Query OK, 1 row affected (0.03 sec)


mysql> begin;  -- 开启事物

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)


mysql> delete from test_heap where a=1;  -- 删除a=1的记录,此时加上了锁

Query OK, 1 row affected (0.00 sec)

-- 终端2


mysql>mysql> show variables like "%innodb_status_output_locks%";

+----------------------------   +   -------+
| Variable_name |   Value |
+----------------------------   +   -------+
| innodb_status_output_locks |  OFF  |
+----------------------------   +   -------+


mysql> set global innodb_status_output_locks=1; Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> pager less -- 使用类似linux中的less命令方式进行查看,可上下翻页

PAGER set to 'less'


mysql> show engine innodb status\G

-- -----------省略其他输出-------------

TABLE LOCK table `burn_test`.`test_heap` trx id 16943 lock mode IX

RECORD LOCKS space id 122 page no 3 n bits 72 index PRIMARY of table `burn_test`.`test_heap` trx id 16943 lock_mode X locks rec but not gap Record lock, heap no 2 PHYSICAL RECORD: n_fields 3; compact format; info bits 32

0: len 4; hex 80000001; asc ;;  -- 插入的主键a=1,8的二进制1000,最高位为1,表示有符号的

1: len 6; hex 00000000422f; asc B/;;  -- 0x422f的 十进制就是16943 ,表示事物id(trx id)

2: len 7; hex 2c000000450dcf; asc , E  ;;  -- roll pointer(回滚指针)

--  -----------省略其他输出-------------

--  space id 122  : 表空间id是122
--  page no 3    : 对应的页号是3 (表示第4个页,是root页)
--  heap no 2    : heap number是2 (表示是新插入的第一条记录)
--  heap no = 1 的一种情况
-- 终端1

mysql> rollback;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)


mysql> set tx_isolation='repeatable-read'; Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> select * from test_heap where a>1 for update; Empty set (0.00 sec)
-- 终端2

mysql> show engine innodb status\G

-- -----------省略其他输出-------------

Record lock, heap no 1 PHYSICAL RECORD: n_fields 1; compact format; info bits 0

0: len 8; hex 73757072656d756d; asc supremum;;  -- 一条伪记录


Record lock, heap no 2 PHYSICAL RECORD: n_fields 3; compact format; info bits 0

0: len 4;   hex 80000001; asc   ;;  
1: len  6;  hex 00000000422e; asc       B.;;
2: len  7;  hex ab000000470110; asc G  ;;

-- -----------省略其他输出-------------

019:InnoDB 表空间内部组织结构

标签:设置   eset   影响   mysql 5.6   开头   db文件   and   方式   output   

原文地址:https://www.cnblogs.com/gczheng/p/8194212.html

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