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6.1 innoDb逻辑存储结构和架构-简介

news 2025/8/18 5:23:13

InnoDB 是 MySQL 默认的存储引擎，以其强大的事务支持、崩溃恢复能力和高效的数据处理能力广受欢迎。本文从逻辑存储结构、内存架构、磁盘结构到后台线程，逐步剖析 InnoDB 的关键概念，帮助您更好地理解和应用。

1. 逻辑存储结构

InnoDB 的数据存储采用多层次的逻辑结构，具有极高的组织性和扩展性。

表空间（Tablespace）：InnoDB 数据存储的最高层次，负责组织数据文件。
段（Segment）：表空间的子单位，分为数据段（存储表数据）、索引段（存储索引）和回滚段。
区（Extent）：每个段由多个区组成，每个区包含 64 个连续的页（Page）。
页（Page）：InnoDB 数据存储的基本单位，默认大小为 16KB。
行（Row）：页中实际存储的记录数据。

1.1 特点：

分层结构使得数据管理更高效。
页大小支持调整（4KB、8KB、16KB），以适应不同场景的需求。

1.2 逻辑存储结构图

在这里插入图片描述

2. 内存架构

内存架构是 InnoDB 高性能的核心部分。以下是主要组成部分及其作用：

2.1 缓冲池（Buffer Pool）

简介：缓冲池是用于缓存表数据和索引的区域，占用 InnoDB 的大部分内存。
作用：
1. 减少磁盘 I/O：将数据和索引页缓存在内存中，减少磁盘读写。
2. 脏页管理：修改后的页（脏页）被延迟写回磁盘，提高性能。

优化建议：

合理设置缓冲池大小（innodb_buffer_pool_size）。
查看缓冲池命中率：
```
SHOW ENGINE INNODB STATUS;
```

2.2 更改缓冲区（Change Buffer）

简介：缓存对非唯一二级索引的修改操作，减少随机写磁盘的次数。
作用：
- 延迟写入：对二级索引的插入、更新和删除操作先缓存在更改缓冲区，后续批量写入磁盘。
- 提升性能：在写密集型场景下效果显著。

2.3 自适应哈希索引（Adaptive Hash Index）

简介：基于热点数据动态生成的哈希索引，用于加速等值查询。
作用：
1. 提高 B+ 树索引的查询效率。
2. 减少多层索引节点的遍历。

查询是否开启：

SHOW VARIABLES LIKE '%hash_index%';

2.4 日志缓存区

简介：存储事务日志的内存区域。
作用：
1. 加速事务日志写入。
2. 支持崩溃恢复。

查看相关参数：

SHOW VARIABLES LIKE '%log_buffer_size%';
SHOW VARIABLES LIKE '%flush_log%';

innodb_flush_log_at_trx_commit 值的含义：

1：每次事务提交时立即写入磁盘，保证数据安全。
0：日志保存在内存中，性能高但数据不安全。
2：日志写入 OS 缓存，周期性刷盘，性能与安全性折中。

3. 磁盘结构

InnoDB 数据持久化依赖于磁盘结构，其设计确保了高效存储和事务一致性。

3.1 系统表空间

简介：存储共享元数据、Undo 数据、事务日志等。
作用：管理数据库的核心元数据。

查询指令：

SHOW VARIABLES LIKE '%innodb_data_file_path%';

3.2 独立表空间（File-Per-Table Tablespaces）

特点：每个表单独存储在一个 .ibd 文件中。
优点：
- 更灵活的备份和迁移。
- 减少单个表空间的碎片。

3.3 通用表空间

特点：支持多个表共享一个表空间。

指令：

创建表空间：

CREATE TABLESPACE ts1 ADD DATAFILE 'ts1.ibd' ENGINE=InnoDB;

表指定表空间：

CREATE TABLE employees (...) TABLESPACE ts1;

3.4 Undo 表空间

作用：存储回滚信息。
特点：在事务回滚和多版本并发控制（MVCC）中发挥重要作用。

3.5 临时表空间

简介：存储临时表的数据，仅在会话期间有效。

3.6 双写缓冲区

作用：防止写操作中断导致数据损坏。
机制：
- 数据页先写入双写缓冲区。
- 双写缓冲区再将数据写入表空间。

3.7 Redo Log 重做日志

作用：记录事务的物理变化，用于崩溃恢复。
组成：
- Redo Log Buffer：内存中的日志缓冲。
- Redo Log File：磁盘上的日志文件。

4. 后台线程

InnoDB 依靠多个后台线程管理内存、磁盘和事务。

4.1 Master Thread

作用：调度和执行主要后台任务，如脏页刷新和更改缓冲区合并。

4.2 IO Thread

作用：处理磁盘 I/O 请求。
分类：

类型	作用	默认线程数量
Read Thread	处理读请求（从缓冲池读取页）	默认 4（可配置）
Write Thread	处理写请求（刷新脏页到磁盘）	默认 4（可配置）
Insert Buffer Thread	合并插入缓冲区的更改	1
Log Thread	刷新事务日志到磁盘	1

注：

Read Thread 和 Write Thread：
数量：默认均为 4，负责处理 I/O 操作，适用于大规模的并发读写。
可配置参数：
innodb_read_io_threads：配置读线程数量。
innodb_write_io_threads：配置写线程数量。

作用：这些线程负责从磁盘读取数据页（读线程）或将脏页写入磁盘（写线程）。

Insert Buffer Thread：
数量：固定为 1，无法通过配置改变。
作用：在插入数据时，合并更改到二级索引的缓冲区。

Log Thread：
数量：固定为 1。
作用：负责将事务日志从缓冲区刷新到磁盘文件（如 redo log 文件）。
优化机制：
使用了组提交（group commit），提高日志刷新效率。