MySQL - 存储引擎之InnoDB磁盘结构

一、InnoDB存储结构

根据架构图可以看出，Innodb主要分为内存结构与磁盘结构两部分

二、InnoDB磁盘结构

Tables（表）

（1）表的物理组织：段（Segment）、区（Extent）、页（Page）
InnoDB通过三级结构管理表空间内的存储资源

  • 页（Page）：16KB的物理存储单元，存储行记录或索引
  • 区（Extent）：由64个连续页组成（64 × 16KB = 1MB），是分配存储资源的基本单位
  • 段（Segment）：由多个区组成，是InnoDB为特定对象（如聚簇索引、二级索引）分配的存储逻辑单元，例如：一张表的聚簇索引对应一个段，每个二级索引也对应一个独立的段
    举例说明：
    一张包含主键和两个二级索引的表，会生成3个段（主键段+两个二级索引段），每个段初始分配1个区（1MB），随着数据增长逐步扩展
    image
    （2）表的定义与存储单元
    InnoDB的表，是逻辑上的数据集合，其物理存储以页（Page）为最小单位（默认16KB）由变量innodb_page_size控制。
    页是InnoDB磁盘I/O的基本操作单元，所有数据（行记录、索引、元数据）均以页的形式存储。
    页的内部结构：
  • 文件头（File Header）：描述页的信息，占用38字节
  • 页头（Page Header）：页的状态信息，占用56字节
  • 最大和最小记录（Infimum & Supremum）：两个虚拟的行记录，占用26字节
  • 用户记录（User Records）：存储行记录内容
  • 空闲记录（Free Space）：页中还没有被使用的空间
  • 页目录（Page Directory）：存储用户记录的相对位置
  • 文件尾（File Trailer）：校验页是否完整，占用8字节

Indexes（索引）

聚簇索引
聚簇索引是InnoDB表的核心索引，其B+树结构直接存储数据行，因此一张表只能有一个聚簇索引
（1）结构特点

  • B+树层级：根节点 -> 中间节点 -> 叶子节点，根节点存储索引键的范围，中间节点用于快速定位，叶子节点存储完整数据行
  • 主键强制：聚簇索引的键必须是主键（若未显示定义主键，InnoDB会自动生成隐藏的6字节ROW_ID作为聚簇索引键）
  • 数据顺序：数据行按主键顺序物理存储（逻辑上有序，物理上可能因页分裂调整）
    （2）性能影响
  • 主键选择直接影响查询效率：短主键（如INT）可减少B+树层级（通常3-4层即可覆盖亿级数据），长主键（UUID）会导致页分裂频繁、索引碎片
  • 范围查询（如WHERE id BETWEEN 100 AND 2O0）可利用B+树的顺序特性，通过“索引扫描”高效完成
    非聚簇索引
    非聚簇索引（如普通索引、唯一索引）是独立于聚簇索引的B+树结构，其叶子节点不存储数据行，而是存储聚簇索引键的值
    （1）结构特点
  • B+树结构：与非聚簇索引的键（如name字段）关联，叶子节点存储主键值
  • 回表查询：通过非聚簇索引找到主键后，需再次通过聚簇索引查询完整数据行（称为“回表”）
  • 覆盖索引：若查询仅需非聚簇索引的键值（如SELECT id,name FROM t_user WHERE name = '张三'），则无需回表，直接通过非聚簇索引返回结果（性能最优）
    （2）设计原则
  • 高频查询字段有限：为WHERE、JOIN、ORDER BY中频繁使用的字段建索引
  • 复合索引顺序：遵循“最左匹配原则”（如索引（a，b，c）可优化WHERE a=1、WHERE a=1 AND b=2，但无法优化WHERE b=2）
  • 避免冗余索引：如已有（a,b），无需再建（a）（前者已覆盖后者）

Tablespaces（表空间）

系统表空间（System Tablespaces）

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版本当中，还会包含InnoDB数据字典以及Undolog。
涉及参数：innodb_data_file_path

每张表独立表空间（File-Per-Table Tablespaces）

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
独立表空间参数默认开始 ON，不会去放在系统表空间
涉及参数：innodb_file_per_table

通用表空间（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
创建语法：CREATE TABLESPACE xxx ADD DATAFILE '${file_name}' ENGINE = ${engine_name};
示例：
image

撤销表空间（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

临时表空间（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

双写缓冲区（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

重做日志（Redo Log）

重做日志，用来实现事务的持久性，该日志文件由两部分组成：

  1. 重做日志缓冲（redo log buffer）：在内存中
  2. 重做日志文件（redo log）：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

posted @ 2025-08-06 15:07  学弟Craze  阅读(27)  评论(0)    收藏  举报