mysql数据页结构

阳光穿透心脏的1/2处 2021-12-19 00:21 266阅读 0赞

## 数据页结构 ##

mysql默认每个数据页为16KB，InnoDB引擎的Compact行记录结构由以下字段组成：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>变长字段长度列表</th> 
   <th>null值列表</th> 
   <th>记录头信息</th> 
   <th>列数据1</th> 
   <th>列数据N</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>不定长</td> 
   <td>不定长</td> 
   <td>5字节</td> 
   <td></td> 
   <td></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 变长字段长度列表 ####

对于非固定长度的字段类型，例如`varchar`、`text`、`blob`、多字节编码的`char`等，通过变长字段长度列表记录当前行记录的对应字段值的长度（列顺序倒序存放）。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>列名</th> 
   <th>值</th> 
   <th>值长度(10进制)</th> 
   <th>值长度(16进制)</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>a</code></td> 
   <td><code>'aaa'</code></td> 
   <td><code>3</code></td> 
   <td><code>0x03</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>b</code></td> 
   <td><code>'b'</code></td> 
   <td><code>1</code></td> 
   <td><code>0x01</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>c</code></td> 
   <td><code>'ccccc'</code></td> 
   <td><code>5</code></td> 
   <td><code>0x05</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

则示例的变长字段长度列表的值为`05 01 03`。

#### null值列表 ####

如果记录的列允许为null，则在该值中记录当前行中值为null的字段（列顺序倒序存放）。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>列名</th> 
   <th>允许为null</th> 
   <th>是否为null</th> 
   <th>值(2进制)</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>a</code></td> 
   <td><code>true</code></td> 
   <td><code>true</code></td> 
   <td><code>1</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>b</code></td> 
   <td><code>false</code></td> 
   <td>-</td> 
   <td>-</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>c</code></td> 
   <td><code>true</code></td> 
   <td><code>true</code></td> 
   <td><code>1</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>d</code></td> 
   <td><code>true</code></td> 
   <td><code>false</code></td> 
   <td><code>0</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

则示例的null值列表的值为`011`(二进制)，又由于该值必须为整数字节，所以高位补0后的值为`00000011`即`0x03`。如果表中允许为null的列超过8个，则null值列表的值长度大于1字节。

#### 记录头信息 ####

记录头占固定长度5字节：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>名称</th> 
   <th>大小(bit)</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>()</code></td> 
   <td>1</td> 
   <td>未知</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>()</code></td> 
   <td>1</td> 
   <td>未知</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>deleted_flag</code></td> 
   <td>1</td> 
   <td>该行是否已被删除</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>min_rec_flag</code></td> 
   <td>1</td> 
   <td>为1，如果该记录是预先定义为最小的记录</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>n_owned</code></td> 
   <td>4</td> 
   <td>该记录拥有的记录数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>heap_no</code></td> 
   <td>13</td> 
   <td>索引堆中该条记录的排序记录</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>record_tye</code></td> 
   <td>3</td> 
   <td>记录类型，000表示普通，001表示B+树节点指针，010表示Infimum，011表示Supremum，1xx表示保留</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>next_record</code></td> 
   <td>16</td> 
   <td>页中下一条记录的相对位置</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 案例 ##

查看mysq目录下的文件`user_info.ibd`，通过命令`hexdump -Cv user_info.ibd > user_info.txt`或者使用软件例如`UltraEdit`查看二进制数据。

#### 普通记录 ####

`0x0000C078`位置

![在这里插入图片描述][2019070120195526.png]

08                      变长字段address的长度为8
    03                      变长字段name的长度为3
    00                      null值字段列表
    00 00 10 FF F0          记录头信息(5字节)
    80 00 00 01             RowID:主键id的值为1
    00 00 00 1D 4B 93       事务ID(6字节)
    E7 00 00 80 31 01 10    回滚指针(7字节)
    74 6F 6D                字段name的值:tom
    80 00 00 12             字段age的值:18
    73 68 61 6E 67 68 61 69 字段address的值:shanghai

#### 最大/最小记录 ####

数据页的每行数据以单向链表的形式连接，因此需要有链表头和链表尾。最小记录就是该单向链表的链表头，最大记录则是该单向记录的链表尾，且两者的记录位置固定不变。

最小记录的位置为`0x0000C063`，其值固定为`infimum`。

![在这里插入图片描述][20190701202009853.png]

01 00 02 00 1D          记录头信息(5字节)
    69 6E 66 69 6D 75 6D    最小记录(固定值infimum)

最大记录的位置为`0x0000C070`，其值固定为`supremum`。

![在这里插入图片描述][20190701202311374.png]

02 00 0B 00 00          记录头信息(5字节)
    73 75 70 72 65 6D 75 6D 最大记录(固定值supremum)

#### Page Directory ####

`Page Directory`中存放了当前数据页中部分数据的相对位置，即  
`Page Directory`是当前数据页数据的目录，mysql通过`Page Directory`使用二分法减少查询时间。

`Page Directory`中每个相对位置占2个字节长度，且相对位置从`0x0000FFF7`倒序排序。其中至少有最小记录和最大记录的相对位置，如下图：

`00 63` 表示 `0x0000C063`，`00 70` 表示 `0x0000C070`。

![在这里插入图片描述][20190701202325105.png]

当表行数据较多时（创建了35行数据），`Page Directory`会每4~8条记录存一个相对位置，例如下图：

![在这里插入图片描述][2019070120233420.png]

`00 63` \-> `0x0000C063` \-> 最小记录

`00 F8` \-> `0x0000C0F8` \-> ID为4的记录

`01 98` \-> `0x0000C198` \-> ID为8的记录

`02 38` \-> `0x0000C238` \-> ID为12的记录

`02 D8` \-> `0x0000C2D8` \-> ID为16的记录

`03 78` \-> `0x0000C378` \-> ID为20的记录

`04 18` \-> `0x0000C418` \-> ID为24的记录

`04 B8` \-> `0x0000C4B8` \-> ID为28的记录

`00 70` \-> `0x0000C070` \-> 最大记录

## 数据链表 ##

数据页中行记录按照主键值由小到大顺序串联成一个单链表，且单链表的链表头为最小记录，链表尾为最大记录。并且为了更快速地定位到指定的行记录，通过`Page Directory`实现目录的功能，借助`Page Directory`使用二分法快速找到需要查找的行记录。

![在这里插入图片描述][20190701202348539.png]

删除表(为了清空文件防止删除的记录干扰)后重新创建表和数据：

CREATE TABLE `user_info` (
      `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
      `name` varchar(11) NOT NULL,
      `age` int(11) DEFAULT NULL,
      `address` varchar(100) DEFAULT NULL,
      PRIMARY KEY (`id`)
    ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;
    
    insert into user_info (id,name,age,address) values (3,'tom',18,'shanghai');
    insert into user_info (id,name,age,address) values (1,'peter',22,null);
    insert into user_info (id,name,age,address) values (2,'wsen',21,'beijing');

![在这里插入图片描述][20190701202430297.png]

最小记录：

01 00 02 00 44
    69 6E 66 69 6D 75 6D    最小记录(固定值infimum)

最大记录：

04 00 0B 00 00
    73 75 70 72 65 6D 75 6D 最大记录(固定值supremum)

ID为3的记录：

08                      变长字段address的长度为8
    03                      变长字段name的长度为3
    00                      null值字段列表
    00 00 10 FF F0          记录头信息(5字节)
    80 00 00 03             RowID:主键id的值为3
    00 00 00 1D 4B 80
    DB 00 00 80 2E 01 10
    74 6F 6D                字段name的值:tom
    80 00 00 12             字段age的值:18
    73 68 61 6E 67 68 61 69 字段address的值:shanghai

ID为1的记录：

05                      变长字段name的长度为5
    02                      null值字段列表:0x02 -> 00000010即address为null
    00 00 18 00 22          记录头信息(5字节)
    80 00 00 01             RowID:主键id的值为1
    00 00 00 1D 4B 81
    DC 00 00 80 1B 01 10
    70 65 74 65 72          字段name的值:peter
    80 00 00 16             字段age的值:22
                            字段address的值:null

ID为2的记录：

07                      变长字段address的长度为7
    04                      变长字段name的长度为4
    00                      null值字段列表
    00 00 20 FF B7          记录头信息(5字节)
    80 00 00 02             RowID:主键id的值为2
    00 00 00 1D 4B 86
    DF 00 00 80 2F 01 10
    77 73 65 6E             字段name的值:wsen
    80 00 00 15             字段age的值:21
    62 65 69 6A 69 6E 67    字段address的值:beijing

`Page Directory`

![在这里插入图片描述][20190701202508198.png]

最小记录的记录头信息最后2字节`00 44` \-> `0x0000C063`偏移`0x0044` \-> `0x0000C0A7`，即ID为1的记录的id位置；

ID为1的记录的记录头信息最后2字节`00 22` \-> `0x0000C0A7`偏移`0x0022` \-> `0x0000C0C9`，即ID为2的记录的id位置；

ID为2的记录的记录头信息最后2字节`FF B7` \-> `0x0000C0C9`偏移`0xFFB7` \-> `0x0000C080`，即ID为3的记录的id位置；

ID为3的记录的记录头信息最后2字节`FF F0` \-> `0x0000C080`偏移`0xFFF0` \-> `0x0000C070`，即最大记录的记录位置；

[2019070120195526.png]: /images/20211219/296ce6fa704d4077a4ba70bff870b243.png
[20190701202009853.png]: /images/20211219/130d8b5af4094771bfa51d28e4cb72c8.png
[20190701202311374.png]: /images/20211219/b45771fcb5a146379657913c1dbcb20c.png
[20190701202325105.png]: /images/20211219/a126a3aeed244fcdad9e5fa3aaf02eea.png
[2019070120233420.png]: /images/20211219/e572cc3ca5414433b9a1e91267ed4672.png
[20190701202348539.png]: /images/20211219/01382f0035df4d49bf42a1b23d8e21f8.png
[20190701202430297.png]: /images/20211219/a0d150a975204d889e6b671584c598c8.png
[20190701202508198.png]: /images/20211219/eab97351035844f68007c282aa415019.png