MySQL运行原理[数据页]

文章根据《MySQL技术内幕：InnoDB存储引擎（第二版）》、掘金小册《MySQL是怎样运行的：从根儿上理解MySQL》 两本书得到的总结

概述

之前在介绍表的那篇文章里，简单的介绍到了 数据页 ，关于数据页一点半点的文字根本介绍不清楚，所以单开一篇文章来介绍数据页。

一切对数据库的操作归根到底就是对索引页（Index page，文章中的数据页都指的是索引页）的操作，常见的页类型有数据页、undo页、系统页、事务数据页、插入缓冲位图页等等，我们这篇文章只单单介绍数据页。

页结构

数据页包括七个部分，数据页文件头，数据页头，最大最小记录，用户记录，空闲空间，数据目录，数据页尾部。数据页简单的分为两大部分，一部分存储数据记录，按照记录的大小通过记录的指针连接起来，另一部分存储数据页的目录。

文件头(File Header)

File Header 主要用于存储表空间相关信息，组成部分如下：

• FIL_PAGE_SPACE_OR_CHKSUM：主要用于存储数据页的 checksum


• FIL_PAGE_OFFSET：这个对应数据页的 page number，每个表空间从 0 开始


• FIL_PAGE_ARCH_LOG_NO_OR_SPACE_ID：现版本用于存储 spaceid

数据页头（Page Header）

Page Header 主要用于存储数据页的元信息，组成部分如下：

• PAGE_N_DIR_SLOTS：用于存放数据页条目的个数，一个新建的初始数据页就会有两条记录，分别指向最大最小记录，在非空的数据页中，第一条记录永远指向最小记录，最后一条永远指向最大记录


• PAGE_HEAP_TOP：指向数据页中空闲空间的起始地址，由于有 PAGE_FREE 的记录存在，小于 PAGE_HEAP_TOP 地址的也可以被重用


• PAGE_N_HEAP：目前数据页空间中的记录数量，正常来说记录着正常记录和删除记录，所以说这个数不会减小只会增加，一个新建的初始数据页的 PAGE_N_HEAP 的默认值为 2 ，即为最大最小记录


• PAGE_FREE：记录被删除会进入这个删除链表，如果有记录插入，可以先从这个空间进行分配，若这个空间不够用，则在 PAGE_HEAP_TOP 空间中分配


• PAGE_DIRECTION：最后一个记录插入的方向，从左插入从右插入，为了加速后续插入速度


• PAGE_N_RECS：该页中记录的数量，不包括最大值最小值两条记录数

最大最小记录（Infimum and superfimum records）

每个数据页中有两个虚拟行记录用来限定记录的边界，infimum record 是数据页上最小的记录，所有用户的记录都大于它，superfimum record 是数据页上最大的记录，所有用户的记录都小于它，即他们两为数据页上的最大值最小值的边界。

用户记录（User record）

用户所有插入的数据记录都被存放在此，每个数据记录都有指向下一个记录的指针，但是没有指向上一个记录的指针。记录按照主键顺序排序，即用户可以从最小数据记录开始遍历，直到最大数据记录，其中包括了所有正常数据记录和被 delete-mark 的记录，但是不会访问到被标记删除的记录。

空闲空间（Free space）

在一条数据记录被删除后，该空间会被加入到空闲链表中。从 PAGE_HEAP_TOP 开始到最后一个数据目录，这之间就是空闲空间，都被重置为 0，当用户插入记录的时候会首先从被删除的记录空间中查找，若没有合适的位置，则从空闲空间中分配，插入记录后会递增 PAGE_HEAP_TOP、PAGE_N_RECS 两个值。

页目录（Page directory）

页目录中存放了记录的相对位置，这些记录指针有时也被称为槽（slots），并不是每个记录都有槽，InnoDB存储引擎中的槽是一个稀疏的目录，这就代表了一个槽拥有多个记录。由于在InnoDB存储引擎中页目录是稀疏目录，二叉查找的结果只是一个粗略的结果，因此InnoDB存储引擎必须通过 recorder header 中的 next_record 来继续查找相关记录。

需要注意的是，B+树索引并不能找到具体的一条记录，能找到的只是该记录的页，数据库把页加载到内存，然后通过页目录进行二叉查找，因为二叉查找时间复杂度非常低，又在内存中进行查找，所以这部分的查找时间可以忽略不计。

文件结尾信息（File trailer）

这部分信息处于数据页的最后位置，只有 8 个字节，为了检测页是否完整的刷新至磁盘，其中只有一个 FIL_PAGE_END_LSN 部分，前 4 字节代表该页的 checksum 值，后 4 字节和 file header 中的 FIL_PAGE_LSN 值相同。