一、邏輯儲存結構
表空間(Tablespace)：一個mysql例項，及一個資料庫例項，可以對應多個表空間(ibd檔案)，用於儲存記錄，索引等資料。
段(Segment)：分為資料段（Leaf node segment）、索引段（Non-leaf node segment）、回滾段（Rollback segment）,InnoDB是索引組織表，資料段就是B+樹的葉子節點(Leaf node segment)，索引段即為B+樹的非葉子節點(Non-leaf node segment)。段用來管理多個Extent(區)。
區(Extent)：表空間的單元結構，每個區的大小為1M, 預設情況下，InnoDB儲存引擎頁大小為16k，即一個區中一共有64個連續的頁
頁(Page)：頁是InnoDB儲存引擎磁碟管理的最小單元，每個頁大小預設為16K,為了保證頁的連續，InnoDB儲存引擎每次從磁碟申請4-5個區
行(Row)：InnoDB儲存引擎資料是按行進行存放的，Trx_id：每次對某條記錄進行改動時，都會把對應的事務id賦值給這個trx_id隱藏列。Roll_pointer：每次對某條記錄進行改動時，都會把舊的版本寫入到undo日誌中，然後這個隱藏列就相當於一個指標，透過它可以找到該記錄修改前的資訊
二、整體架構
MySQL5.5 版本開始，預設使用 InnoDB 儲存引擎，它擅長事務處理，具有崩潰恢復特性，在日常開發中使用非常廣泛，下面是 InnoDB 架構圖，左側為記憶體架構，右側為磁碟架構。
三、記憶體結構
記憶體架構中主要分為：Buffer Poll(記憶體緩衝池)、Change Buffer()、LogBuffer()、Adaptive Hash Index()四個區。
3.1 Buffer Pool
緩衝池是主記憶體中的一個區域，裡面可以快取磁碟上經常操作的真實資料，在執行增刪改查操作時，先操作緩衝池中的資料，若緩衝池沒有資料，則從磁碟載入並快取，然後再以一定頻率重新整理到磁碟，從而減少磁碟IO，加快出來速度。緩衝池以Page頁為單位，底層採用連結串列資料結構管理Page，根據狀態可以將Page分為三種型別。
-
- free page：空閒Page，未被使用。
- clean page：被使用page，資料沒有被修改過。
- dirty page：髒頁，被使用page，資料被修改過，其中資料與磁碟上的資料產生了不一致。
3.2 Change Buffer
更改緩衝區，針對與非唯一二級索引頁，在執行DML語句時，如果這些資料Page沒有在Buffer Pool中，不會直接操作磁碟，而是將資料變更存在更改緩衝區Change Buffer中，在未來資料被讀取時，再將資料合併恢復到Buffer Pool中，再講合併後的資料重新整理到磁碟中。
Change Buffer的意義：與集聚索引不同，二級索引通常是非唯一的，並且以相對隨機的順序插入二級索引，同樣，刪除和更新都可能會影響索引樹中不相鄰的二級索引頁，如果每一次都操作磁碟，會造成大量的磁碟IO，有了Change Buffer之後，我們可以在緩衝池中進行合併處理，減少磁碟IO
3.3 Adaptive Hash index
自適應hash索引，InnoDB預設是不支援hash索引的，預設支援的是B+樹的索引。因為hash索引不支援範圍查詢，僅可以用來做值匹配查詢。但是自適應hash索引，用於最佳化對Buffer Pool資料的查詢。InnoDB儲存引擎會監控對錶上各項索引頁的查詢，如果觀察到hash索引可以提升速度，則建立hash索引，稱之為自適應hash索引。
自適應雜湊索引，無需人工干預，是系統根據情況自動完成。透過 innodb_adaptive_hash_index 引數可以配置自適應hash索引的開啟和關閉。
mysql> show variables like "%innodb_adaptive_hash_index%"; +----------------------------------+-------+ | Variable_name | Value | +----------------------------------+-------+ | innodb_adaptive_hash_index | ON | | innodb_adaptive_hash_index_parts | 8 | +----------------------------------+-------+ 2 rows in set (0.00 sec)
3.4 Log Buffer
日誌緩衝區，用來儲存要寫入到磁碟中的log日誌（redolog，undolog），預設大小為16M, 日誌緩衝區的日誌會定期重新整理到磁碟中，如果需要更新、插入或者刪除許多行的事務，增加日誌緩衝區的大小可以節省磁碟i/o
透過 innodb_log_buffer_size 引數可以檢視緩衝區大小
透過 innodb_flush_log_at_trx_commit 引數可以檢視重新整理到磁碟時機。這裡有0,1,2三個值：
-
-
- 0：每秒將日誌寫入並重新整理到磁碟一次。
- 1：日誌在每次事務提交時寫入並重新整理到磁碟。
- 2：日誌在每次事務提交後寫入，並每秒重新整理到磁碟一次。
-
mysql> show variables like "innodb_log_buffer_size"; +------------------------+----------+ | Variable_name | Value | +------------------------+----------+ | innodb_log_buffer_size | 16777216 | +------------------------+----------+ 1 row in set (0.00 sec) mysql> show variables like "%flush_log%"; +--------------------------------+-------+ | Variable_name | Value | +--------------------------------+-------+ | innodb_flush_log_at_timeout | 1 | | innodb_flush_log_at_trx_commit | 1 | +--------------------------------+-------+ 2 rows in set (0.00 sec)
四、磁碟架構
4.1 System Tablespace
在MySQL中，System Tablespace（系統表空間）是一個用於儲存系統表和一些特殊表的預設表空間。系統表空間包含了以下幾個重要的系統表：
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- mysql.user：儲存了MySQL中的使用者和許可權資訊。
- mysql.db：儲存了所有資料庫的資訊。
- mysql.host：儲存了允許連線到MySQL伺服器的主機資訊。
- mysql.tables_priv：儲存了表級別的許可權資訊。
- mysql.columns_priv：儲存了列級別的許可權資訊。
系統表空間還包含其他系統表，用於儲存MySQL伺服器的配置和後設資料資訊。
系統表空間預設儲存在名為`ibdata1`的共享檔案中。這個檔案通常位於MySQL的資料目錄下。
要注意的是，在InnoDB儲存引擎中，除了系統表空間（System Tablespace），還存在一個叫做表空間檔案（Tablespaces）的概念。表空間檔案用於儲存使用者建立的表和索引。每個InnoDB表都會有一個對應的表空間檔案。
需要注意的是，有時候系統表空間的大小會超過預期，導致空間不足或效能問題。在這種情況下，可以考慮調整系統表空間的大小或進行其他最佳化措施以解決問題。
總結：系統表空間是MySQL中用於儲存系統表和特殊表的預設表空間，包含了一些重要的系統表，通常儲存在名為`ibdata1`的共享檔案中。
4.2 File-Per-Table Tablespace
在預設情況下，所有的InnoDB表共享一個系統表空間，即儲存在ibdata1檔案中。而使用File-Per-Table Tablespace選項，每個InnoDB表都會有一個獨立的表空間檔案，位於資料目錄下。
File-Per-Table Tablespace的優點包括：
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- 管理：每個表有自己的表空間檔案，方便管理和維護。可以更方便地備份、恢復或遷移單個表。
- 效能：每個表具有獨立的表空間檔案，可以在磁碟上更好地分佈和組織資料，提高效能和併發訪問的能力。
- 儲存空間：使用File-Per-Table Tablespace可以更有效地使用儲存空間。當有大量小表或經常進行刪除和重建表時，每個表的表空間檔案可以更好地管理空間，避免系統表空間的不斷增長。
File-Per-Table Tablespace的缺點和注意事項包括：
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- 管理複雜性：每個表都會有一個獨立的表空間檔案，這可能增加了管理的複雜性，包括備份和維護的管理操作。
- 儲存和檔案系統：使用File-Per-Table Tablespace可能涉及更多的磁碟IO操作，並可能增加檔案系統的碎片化問題。
使用File-Per-Table Tablespace可以在建立表時進行配置或在現有表上進行更改。要在建立新表時啟用File-Per-Table Tablespace，可以在建立表的DDL語句中加上ENGINE=InnoDB選項。要在已有表上啟用File-Per-Table Tablespace，可以使用MySQL的ALTER TABLE語句並設定innodb_file_per_table引數為ON。
總結：File-Per-Table Tablespace是MySQL InnoDB儲存引擎的一個選項，允許每個表使用單獨的表空間檔案儲存資料和索引。它提供了更靈活的管理、更好的效能和更高效的儲存空間利用率
4.3 General Tablespaces
General Tablespaces（通用表空間）是MySQL 5.7版本引入的一個功能，在InnoDB儲存引擎中提供了更靈活和更高階的表空間管理選項。
通用表空間允許將多個InnoDB表儲存在一個或多個共享表空間檔案中，而不是每個表都有自己的獨立表空間檔案（如File-Per-Table Tablespace中）。這些共享表空間檔案可以在執行時動態新增或刪除新的表。
通用表空間的優點包括：
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- 簡化管理：使用通用表空間可以更方便地管理和維護多個表。可以將相關的表組織在同一個共享表空間中，便於備份、恢復和遷移。
- 空間效率：通用表空間可以更有效地使用儲存空間。多個表可以共享一個表空間檔案，避免了為每個表都建立單獨的表空間檔案的開銷。
- 高效能：由於多個表共享表空間檔案，可以提高磁碟IO操作的效率。此外，共享表空間可以利用預讀機制（預讀相鄰頁）來提高查詢效能。
使用通用表空間時，可以在建立表時指定TABLESPACE子句來為表分配到指定的共享表空間，也可以使用ALTER TABLE語句將現有表移動到共享表空間中。
建立通用表空間示例：
mysql> create tablespace my_test add datafile "my_test.ibd" engine=InnoDB; Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)
建立使用通用表空間的表示例：
mysql> create table tablespace_test(id int) tablespace my_test; Query OK, 0 rows affected (0.03 sec)
說明1：此時MySQL就不會再給tablespace_test表建立單獨的表空間了，而是使用通用表空間my_test.ibd空間
將現有表移動到通用表空間語法示例：
ALTER TABLE table_name TABLESPACE tablespace_name;
說明2：`table_name`是要移動的表的名稱，`tablespace_name`是要移動到的表空間的名稱。
刪除通用表空間語法示例
ALTER TABLESPACE tablespace_name DROP DATAFILE '<path>/tablespace_file.ibd';
說明3：`tablespace_name`是要刪除的表空間的名稱，`<path>/tablespace_file.ibd`是要刪除的表空間檔案的路徑和檔名。
4.4 undo Tablespace
在MySQL中，"undo tablespace"（撤銷表空間）是用於儲存撤銷日誌資料的一種特殊型別的表空間。
撤銷日誌是 MySQL 中的一項重要功能，用於回滾或撤銷事務中所做的更改。當事務執行 UPDATE、DELETE 或 INSERT 操作時，撤銷日誌記錄了被修改或刪除的非聚集索引的舊值，以及 INSERT 操作插入的新記錄。這些撤銷日誌記錄儲存在名為 "undo log" 的資料結構中。
為了高效地管理和儲存撤銷日誌資料，MySQL引入了 "undo tablespace" 的概念。撤銷表空間是一個獨立於資料表空間的區域，用於儲存撤銷日誌資料。它可以包含一個或多個檔案，這些檔案具有固定大小（通常是小於等於1GB）和特定的命名約定，預設的是undo_001和undo_002
撤銷表空間的主要作用有以下幾個方面：
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- 提供事務的回滾能力：如果一個事務需要回滾，MySQL可以使用撤銷表空間中的撤銷日誌來還原事務執行前的資料狀態。
- 支援併發事務：撤銷表空間使得多個事務可以同時進行，並提供了事務隔離級別的支援。
- 回收空間：當事務完成時，撤銷表空間中的撤銷日誌可以被清除，空間可以被重複使用。
撤銷表空間在MySQL的配置檔案（my.cnf或my.ini）中透過innodb_undo_directory和innodb_undo_tablespaces配置項進行設定。innodb_undo_directory定義了撤銷表空間檔案的儲存目錄，而innodb_undo_tablespaces指定了要使用的撤銷表空間檔案的數量。
總結：撤銷表空間是MySQL中用於儲存撤銷日誌資料的表空間，支援事務的回滾、併發事務和空間回收。
4.5 Temporary Tablespace
在MySQL中，臨時表空間（Temporary Tablespace）是用於儲存臨時表資料和臨時結果集的一種特殊型別的表空間。臨時表空間的作用是儲存臨時表的資料，這些臨時表通常是在查詢過程中建立的。這些臨時表可能包括臨時表名、中間結果集或者用於排序和聚合的臨時資料。
預設情況下，MySQL使用系統表空間（system tablespace）來儲存臨時表資料。但是，在高併發環境下，使用單個系統表空間可能會導致效能瓶頸。為了提高效能並最佳化系統資源的使用，MySQL引入了臨時表空間的概念。透過為臨時表資料分配獨立的臨時表空間，MySQL可以更好地管理和最佳化臨時表的建立和使用。臨時表空間可以在獨立的表空間檔案中儲存臨時表資料，這些檔案可以位於不同的儲存裝置上，從而分散了IO負載。
可以透過以下配置項來設定臨時表空間：既可以寫在MySQL配置檔案中也可以在MySQL互動介面上使用set 指令設定
-`tmp_table_size`：用於設定每個臨時表的記憶體大小。如果臨時表大小超過此值，則會將其儲存到臨時表空間中。
-`max_heap_table_size`：用於設定只在記憶體中儲存的臨時表的最大大小。
-`tmpdir`：用於設定臨時表空間的目錄。
使用臨時表空間可以提升查詢效能，減少對系統表空間的負載，並提供更好的系統擴充套件性和可維護性。
總結：臨時表空間是MySQL中用於儲存臨時表資料和臨時結果集的表空間。它可以提高查詢效能，並分散IO負載，提供更好的系統資源利用和擴充套件性。
4.6 Doublewrite Buffer Files
4.7 Redo Log
在MySQL中，Redo Log（重做日誌）是用於實現事務的永續性和恢復能力的關鍵元件之一。它記錄了發生在資料庫中的資料更改操作，以確保在系統崩潰或斷電時，能夠將未完成的事務重新應用到資料庫中，以保持資料的一致性。
Redo Log是迴圈寫入的，意味著當日志檔案寫滿後，會重新從開頭開始覆蓋之前的日誌。所有的修改操作都會先寫入到Redo Log，然後非同步地重新整理到磁碟上的資料檔案。這樣即使在寫操作還未重新整理到磁碟上的資料檔案時發生崩潰，透過Redo Log的回放可以重新執行未完成的事務，確保資料的永續性。
Redo Log是以邏輯方式記錄的，而不是物理方式。它記錄了事務引起的資料修改，而不是實際的資料變化。透過記錄這些邏輯操作，MySQL可以在恢復時重新執行所需的操作。
在MySQL中，Redo Log由兩個檔案組成，通常為`ib_logfile0`和`ib_logfile1`。這些檔案的大小由配置引數`innodb_log_file_size`控制，預設情況下為`48MB`。可以在MySQL配置檔案中進行修改。
使用Redo Log的一個重要注意事項是，寫入Redo Log會引起磁碟IO操作，因此對於事務密集型負載，合理調整Redo Log的大小和I/O效能是很重要的。過小的Redo Log可能導致頻繁的重新整理和IO延遲，而過大的Redo Log可能對記憶體和磁碟空間帶來負擔。
總結：Redo Log是MySQL中用於實現事務的永續性和恢復的關鍵元件，它記錄了資料的修改操作，保證在系統崩潰或斷電後，能夠重新應用未完成的事務。Redo Log由兩個檔案組成，透過迴圈寫入的方式記錄資料修改。合理調整Redo Log的大小和I/O效能對於資料庫效能和永續性是重要的。
