MySQL（十）表空间结构：区、段与碎片区

表空间结构：区、段与碎片区

为什么要有区？

B+树中的每一层的页都会形成一个双向链表，双向链表之间的物理位置可能会离得非常远，当遇到范围查询的适用场景的时候，就会定位到最左边和最右边的记录，然后沿着双向链表一直扫描，而如果这其中的两个页面物理上离得特别远，就会成为随机I/O，由于磁盘和内存的速度相差了几个数量级（磁盘寻道、半圈旋转、数据传输），因此随机I/O的速度是非常慢的，所以应该尽量让链表中逻辑上相邻的页物理上也相邻，这样进行范围查询的时候就可以使用顺序I/O。

为了尽量让链表中逻辑上相邻的页物理上也相邻，因此引入区的概念，一个区就是物理上连续的64个页，即64*16=1MB。并且在数据量较大的时候，会以区为单位为索引分配空间而不是以页为基本单位，甚至数据特多多的时候，会一次性分配多个连续的区，虽然可能造成空间浪费，但是消除了很多的随机I/O，大大地提高了性能。

为什么要有段？

范围查询实际上是对叶子节点进行的顺序扫描，因此如果把叶子节点和非叶子节点都放到申请到的区的话，进行范围扫描的效果就大打折扣了，因此InnoDB对叶子结点和非叶子节点进行了区分，各自有各自的区，存放叶子节点或者非叶子节点的区就被称作是一个段（即按照功能划分），因此一个索引会产生两个段，一个是叶子节点段，一个是非叶子节点段。

常见的段有数据段、索引段和回滚段，数据段即是B+树中的叶子节点段，索引段则是非叶子节点段。

在InnoDB存储引擎中，对段的管理都是引擎自身完成的，简化了DBA对于段的管理。

段并不是物理上连续的区，而是一个逻辑的概念，由若干个零散的页面和一些完整的区组成的。

为什么要有碎片区？

默认情况下，一个使用InnoDB存储引擎的表只有一个聚簇索引，一个索引会生成两个段，而段则是以区为单位申请存储空间的，一个区占用1M，所以默认情况下一个只存储了几个记录的小表也会占用2M的存储空间，以后每添加一个索引就会再申请2M，这显然是不合理的。

因此便引入了碎片区：在一个碎片区中，并不是所有的页都是为了存储同一个段的数据而存在，而是碎片页中的页可以用于不同的目的，即一些可以用于段A、另一些可以用于段B，甚至有些页那个段都不属于。碎片区直属于表空间，并不属于任何一个段。

所以从此之后为每个段分配存储空间的策略是这样的：

在刚开始插入数据的时候，段是从某个碎片区以单个页面为单位来分配存储空间的
当某个段占用了32个碎片区页面（即半个区）的时候，就会申请以完整的区为单位来分配存储空间

所以上面介绍区的时候才说：“段并不是物理上连续的区，而是一个逻辑的概念，由若干个零散的页面和一些完整的区组成的”

区的分类：

区大致可以分为4类：

空闲区：没有用过区中的任何页面
有剩余空间的碎片区：
没有有剩余空间的碎片区：
附属于某个段的区：即索引的叶子节点区和非叶子节点区

表空间

表空间可以看做是InnoDB存储引擎逻辑结构的最高级，所有的数据都存放在表空间里面。

表空间是一个逻辑容器，表空间的存储对象是段，在一个表空间中可以有一个或多个段，但是每一个段只能属于一个表空间，表空间数据库由一个或者多个段组成，表空间从管理上可以分为：系统表空间、独立表空间、撤销表空间和临时表空间。

独立表空间

即每一张表都有一个独立的表空间，也就是数据和索引都存放在自己的表空间中。独立的表空间（即单表）可以在不同的数据库之间迁移。
独立表空间的空间可以回收（DROP TABLE可以，其他情况则不能自动回收）。对于统计分析或者是日志表，删除大量数据之后可以通过：ALTER TABLE TableName engine=innodb;回收不用的空间。
独立表空间的空间结构由段、区、页组成。
真实表空间对应的文件大小：在数据目录中，一个新建表的ibd文件在5.0中占用了96K（6个页），在8.0中则占用了112K(7页，一页存储的是表结构)。

查看InnoDB的表空间类型：

show variables like 'innodb_file_per_table'

开启意味着每一张表都会单独保存为一个ibd文件。

系统表空间

系统表空间和独立表空间类似，只不过整个MySQL进程只有一个系统表空间，在系统表空间中会额外存储一些有关整个系统信息的页面，这部分是独立表空间中没有的。

InnoDB数据字典

这个内部系统表，就是数据字典，系统内部表不允许用户直接访问，但是提供了information_schema数据库中以innodb_sys开头的表以供参考，存储引起启动的时候，会首先读取这些以sys开头的系统表，然后填充到这些以InnoDB_sys开头的表中