本文将介绍 MySQL 中 InnoDB 对数据页的存储方式和存储结构。

一、什么是数据页？

InnoDB 将数据存储至磁盘中，并使用内存作为缓存。为了减少磁盘读写次数，InnoDB 将数据划分为若干个页，以页作为磁盘和内存之间交互的基本单位。InnoDB 中页的大小一般为 16KB，InnoDB 会一次最少从磁盘中读取 16KB 的内容至内存中，也会一次最少将内存中 16KB 的内容刷新到磁盘中。

InnoDB 中存在着许多不同类型的页，比如存放表空间头部信息的页、存放 Insert Buffer 信息的页、存放 INODE 信息的页、存放 undo 日志信息的页等等。其中，数据页是其中用于存放记录的页，又名索引页。

二、结构概述

• 所有的数据页会根据页中记录的主键大小排序组成一个双向链表
• 数据页中所有记录（包括最大记录和最小记录）会按主键从小到大的顺序串联成一个单向链表
• 每个数据页会维护一个页目录，用于快速查找记录

一个 InnoDB 数据页的存储空间大致被划分为 7 个部分，其中：

名称	中文名	占用空间大小	简单描述
File Header	文件头部	38 字节	页的一些通用信息
Page Header	页面头部	56 字节	数据页专有的一些信息
Infimum + Supremum	最小记录和最大记录	26 字节	两个虚拟的行记录
User Records	用户记录	不确定	实际存储的行记录内容
Free Space	空闲空间	不确定	页中尚未使用的空间
Page Directory	页面目录	不确定	页中的某些记录的相对位置
File Trailer	文件尾部	8 字节	校验页是否完整

三、File Header - 文件头部

该部分对各种类型的页都通用，描述了页的信息，例如：页的编号、上一页、下一页、页的类型等。

四、Page Header - 页面头部

该部分描述了数据页中记录的状态信息，例如：记录数量、第一条记录地址、槽数、页的校验和等。

五、Infimum + Supremum - 最小记录和最大记录

这是两个虚拟的行记录，它们分别代表最小的记录和最小的记录。

六、User Records - 用户记录 和 Free Space - 空闲空间

记录会按照指定的行格式存储到 Records 之中。

所有记录（包括最大记录和最小记录）会按主键值由小到大的顺序串联成一个单链表。

每次插入一条记录，都会从 Free Space 中申请空间划分到 User Records 中，当 Free Space 中的空间全部被用完，就意味着页使用结束，应该申请新的页。

七、Page Directory - 页面目录

1. 什么是页面目录？

为了加快记录的查找，InnoDB 会在页中维护一个 “页面目录”。

所谓 “页面目录”，就是：

• 将所有记录划分为几个组
• 设置每个分组的最后一条记录的头信息中的 n_owned 属性，它将表示分组的记录数
• 记录每个分组最后一条记录的地址偏移量，称为槽，存储于 Page Directory 中

2. 生成步骤

“页面目录” 的生成步骤：

• 初始时，数据页中只有 “最大记录” 和 “最小记录” 两个 “伪记录”，它们被划分为两个分组
• 每插入一条记录（所有记录组成的单链表会发生相应的更新），都从 “页面目录” 中找到主键值比本记录大的最小槽，将该槽对应的记录的 n_owned 值递增，表示该分组中新增了一条记录
• 当某个分组的记录数等于 8 个以后，若再插入记录，会将分组拆分为两个组

3. 页面目录的使用

如果要寻找某条记录，首先使用二分法找到该记录位于的分组的槽，再获取该槽临近的更小槽，从而获取该记录所在分组的最大记录和最小记录，遍历即可获取该记录。

八、File Trailer - 文件尾部

File Trailer 部分用于检测页面的完整性，由两个部分构成：

• 页的校验和：

  • 和 File Header 中的校验和相对应

  • File Header 中的校验和在内存中计算，会首先被同步到磁盘中；

    File Trailer 中的校验和在完全写入到磁盘后计算

  • File Header 和 File Trailer 中的检验和会会进行比对，如果不相同，则意味着同步中间存在错误

• 页面被最后修改时对应的日志序列位置：用于校验页面的完整性

参考

• MySQL 技术内幕
• MySQL 实战 45 讲
• MySQL 是怎样运行的：从根儿上理解 MySQL