mysql文件理解

众所周知，mysql支持多种存储引擎，现在常用的是MyISAM和InnoDB。MyISAM相对简单，但不支持事务，而InnoDB是事务安全型的。而InnoDB的事务处理离不开undo_log和redo_Log。

mysql innodb存储引擎

下面简单的介绍一下innodb的存储引擎

内存缓冲池

如果mysql不用内存缓冲池，每次读写数据时，都需要访问磁盘，必定会大大增加I/O请求，导致效率低下。所以Innodb引擎在读写数据时，把相应的数据和索引载入到内存中的缓冲池(buffer pool)中，一定程度的提高了数据读写的速度。

buffer pool：占最大块内存，用来存放各种数据的缓存包括有索引页、数据页、undo页、插入缓冲、自适应哈希索引、innodb存储的锁信息、数据字典信息 等。工作方式总是将数据库文件按页(每页16k)读取到缓冲池，然后按最近最少使用(lru)的算法来保留在缓冲池中的缓存数据。如果数据库文件需要修 改，总是首先修改在缓存池中的页(发生修改后即为脏页dirty page)，然后再按照一定的频率将缓冲池的脏页刷新到文件。

表空间

表空间可看做是InnoDB存储引擎逻辑结构的最高层。 表空间文件：InnoDB默认的表空间文件为ibdata1。

• 段：表空间由各个段组成，常见的段有数据段、索引段、回滚段（undo log段）等。

• 区：由64个连续的页组成，每个页大小为16kb，即每个区大小为1MB。

• 页：每页16kb，且不能更改。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、插入缓冲空闲列表页、未压缩的二进制大对象页、压缩的二进制大对象页。

  redo log 和undo log

  为了满足事务的持久性，防止buffer pool数据丢失，innodb引入了redo log。为了满足事务的原子性，innodb引入了undo log。

redo log

redo log就是保存执行的SQL语句到一个指定的Log文件，当mysql执行数据恢复时，重新执行redo log记录的SQL操作即可。引入buffer pool会导致更新的数据不会实时持久化到磁盘，当系统崩溃时，虽然buffer pool中的数据丢失，数据没有持久化，但是系统可以根据Redo Log的内容，将所有数据恢复到最新的状态。redo log在磁盘上作为一个独立的文件存在。默认情况下会有两个文件，名称分别为 ib_logfile0和ib_logfile1。

参数innodb_log_file_size指定了redo log的大小；innodb_log_file_in_group指定了redo log的数量，默认为2; innodb_log_group_home_dir指定了redo log所在路径。

1. innodb_additional_mem_pool_size = 100M
2. innodb_buffer_pool_size = 128M
3. innodb_data_home_dir = /home/mysql/local/mysql/var
4. innodb_data_file_path = ibdata1:1G：autoextend
5. innodb_file_io_threads = 4
6. innodb_thread_concurrency = 16
7. innodb_flush_log_at_trx_commit = 1
9. innodb_log_buffer_size = 8M
10. innodb_log_file_size = 128M
11. innodb_log_file_in_group = 2
12. innodb_log_group_home_dir = /home/mysql/local/mysql/var

undo log

为了满足事务的原子性，在操作任何数据之前，首先将数据备份到Undo Log，然后进行数据的修改。如果出现了错误或者用户执行了ROLLBACK语句，系统可以利用Undo Log中的备份将数据恢复到事务开始之前的状态。与redo log不同的是，磁盘上不存在单独的undo log文件，它存放在数据库内部的一个特殊段(segment)中，这称为undo段(undo segment)，undo段位于共享表空间内。

Innodb为每行记录都实现了三个隐藏字段：

• 6字节的事务ID（DB_TRX_ID）
• 7字节的回滚指针（DB_ROLL_PTR）
• 隐藏的ID

redo log的记录内容

undo log和 redo log本身是分开的。innodb的undo log是记录在数据文件(ibd)中的，而且innodb将undo log的内容看作是数据，因此对undo log本身的操作(如向undo log中插入一条undo记录等)，都会记录redo log。undo log可以不必立即持久化到磁盘上。即便丢失了，也可以通过redo log将其恢复。因此当插入一条记录时：

1. 向undo log中插入一条undo log记录。
2. 向redo log中插入一条”插入undo log记录“的redo log记录。
3. 插入数据。
4. 向redo log中插入一条”insert”的redo log记录。

redo log的io性能

为了保证Redo Log能够有比较好的IO性能，InnoDB 的 Redo Log的设计有以下几个特点：

1. 尽量保持Redo Log存储在一段连续的空间上。因此在系统第一次启动时就会将日志文件的空间完全分配。以顺序追加的方式记录Redo Log。
2. 批量写入日志。日志并不是直接写入文件，而是先写入redo log buffer,然后每秒钟将buffer中数据一并写入磁盘
3. 并发的事务共享Redo Log的存储空间，它们的Redo Log按语句的执行顺序，依次交替的记录在一起，以减少日志占用的空间。
4. Redo Log上只进行顺序追加的操作，当一个事务需要回滚时，它的Redo Log记录也不会从Redo Log中删除掉

redo & undo log的作用

• 数据持久化

  buffer pool中维护一个按脏页修改先后顺序排列的链表，叫flush_list。根据flush_list中页的顺序刷数据到持久存储。按页面最早一次被修改的顺序排列。正常情况下，dirty page什么时候flush到磁盘上呢？

  1. 当redo空间占满时，将会将部分dirty page flush到disk上，然后释放部分redo log。
  2. 当需要在 Buffer pool分配一个page，但是已经满了，这时候必须 flush dirty pages to disk。一般地，可以通过启动参数 innodb_max_dirty_pages_pct控制这种情况，当buffer pool中的dirty page到达这个比例的时候，把dirty page flush到disk中。
  3. 检测到系统空闲的时候，会flush。
• 数据恢复

  随着时间的积累，Redo Log会变的很大。如果每次都从第一条记录开始恢复，恢复的过程就会很慢，从而无法被容忍。为了减少恢复的时间，就引入了Checkpoint机制。假设 在某个时间点，所有的脏页都被刷新到了磁盘上。这个时间点之前的所有Redo Log就不需要重做了。系统记录下这个时间点时redo log的结尾位置作为checkpoint。在进行恢复时，从这个checkpoint的位置开始即可。Checkpoint点之前的日志也就不再需要 了，可以被删除掉。

• 事务回滚

  F1～F6是某行列的名字，1～6是其对应的数据。后面三个隐含字段分别对应该行的事务号和回滚指针。假如这条数据是刚INSERT的，可以认为ID为1，其他两个字段为空。

  举例说明数据行更新以及回滚的过程：

  事务1：更改某行数据的值

  当事务1更改该行的值时，会进行如下操作：

  1. 用排他锁锁定该行
  2. 把该行修改前的值Copy到undo log，即下图中下面的行
  3. 修改当前行的值，填写事务编号，使回滚指针指向undo log中的修改前的行
  4. 记录redo log

  事务2：再次更改该行数据的值

  与事务1相同，此时undo log中有两行记录，并且通过回滚指针连在一起。因此，如果undo log一直不删除，则会通过当前记录的回滚指针回溯到该行创建时的初始内容。在Innodb中存在purge线程，它会查询那些比现在最老的活动事务还早 的undo log，并删除它们，从而保证undo log文件不至于无限增长。

  回滚过程

  根据当前回滚指针从undo log中找出事务修改前的版本，并恢复。如果事务影响的行非常多，回滚则可能会变的效率不高。当事务行数在1000～10000之 间，Innodb效率还是非常高的。

  Innodb也会将事务回滚时的操作也记录到redo log中。回滚操作本质上也是对数据进行修改，因此回滚时对数据的操作也会记录到Redo Log中。

  一个回滚过程的redo log 看起来是这样的：

  • 记录1: <trx1, Undo log insert >
  • 记录2: <trx1, insert A…>
  • 记录3: <trx1, Undo log insert >
  • 记录4: <trx1, update B…>
  • 记录5: <trx1, Undo log insert >
  • 记录6: <trx1, delete C…>
  • 记录7: <trx1, insert C>
  • 记录8: <trx1, update B to old value>
  • 记录9: <trx1, delete A>

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