【转帖】数据库篇-MySql架构介绍

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本篇咱们也来聊聊mysql物理和逻辑架构，还有其组件。MySQL的架构具备灵活性，因为它把不同的存储引擎作为插件。

因此，MySQL的架构和行为也会随着存储引擎的改变而改变。

我们重点讨论InnoDB,因为它是MySQL的默认存储引擎。文章最后我们再来对比主流的MySql引擎，从与其他引擎对比中，看看为什么InnoDB会被选为默认存储引擎。

01 先来看 物理 架构

02 配置文件

• auto.cnf : 包含 server_uuid
• my.cnf : MySQL配置文件

03 其他文件

04 MySQL 逻辑 架构

• Client :
  提供连接MySQL服务器功能的常用工具集
• Server :
  MySQL实例，真正提供数据存储和数据处理功能的MySQL服务器进程
• mysqld:
  MySQL服务器守护程序，在后台运行。它管理着客户端请求。mysqld是一个多线程的进程，允许多个会话连接，端口监听连接，管理MySQL实例
• MySQL memory allocation:
  MySQL的要求的内存空间是动态的，比如 innodb_buffer_pool_size (from 5.7.5), key_buffer_size。每个会话都有独一无二的执行计划，我们只能共享同一会话域内的数据集。
• SESSION
  为每个客户端连接分配一个会话，动态分配和回收。用于查询处理，每个会话同时具备一个缓冲区。每个会话是作为一个线程执行的
• Parser
  检测SQL语句语法，为每条SQL语句生成SQL_ID，用户认证也发生在这个阶段
• Optimizer
  创造一个有效率的执行计划（根据具体的存储引擎）。它将会重写查询语句。比如：InnoDB有共享缓冲区，所以，优化器会首先从预先缓存的数据中提取。使用 table statistics optimizer将会为SQL查询生成一个执行计划。用户权限检查也发生在这个阶段。
• Metadata cache
  缓存对象元信息和统计信息
• Query cache
  共享在内存中的完全一样的查询语句。如果完全相同的查询在缓存命中，MySQL服务器会直接从缓存中去检索结果。缓存是会话间共享的，所以为一个客户生成的结果集也能为另一个客户所用。查询缓存基于SQL_ID。将SELECT语句写入视图就是查询缓存最好的例子。
• key cache
  缓存表索引。MySQL keys是索引。如果索引数据量小，它将缓存索引结构和叶子节点（存储索引数据）。如果索引很大，它只会缓存索引结构，通常供MyISAM存储引擎使用

05 SQL执行

06 MySQL连接

07 InnoDB存储引擎架构

08 TABLESPACE

InnoDB存储空间被切分成tablespace,tablespace是一个与多个数据文件相关联的逻辑结构。

• Pages
  InnoDB最小的数据存储单元被也称作块。默认的页框是16KB,一个页包含多行。
  可用页大小: 4kb,8kb,16kb,32kb,64kb
  配置变量名 : innodb_page_size，在初始化mysqld时配置
• Extents
  一组页组成一个区，InnoDB为了更好的I/O吞吐率，每次读写都是按照区为单位。
  一组16KB的页，一个区可以1MB，双写缓冲区（Doublewrite buffer ）每次分配/读/写都是以区为单位。
• Segments
  4个区构成一个Segments

09 InnoDB存储引擎

• ACID事务支持
• 行锁模式
• 事务REDO&UNDO支持
• 多数据文件
• 逻辑对象结构（InnoDB数据和日志缓冲区）
• InnoDB数据是百分百的具备逻辑结构，数据物理存储。
• InnoDB读取物理数据，创建逻辑结构[Blocks and Rows]
• 逻辑存储称为TABLESPACE

10 InnoDB 内存中组件

• InnoDB buffer pool
  InnoDB存储引擎的核心缓冲区。在这个缓冲区之中，加载表和索引数据
• InnoDB缓存表数据和索引数据的主要区域
• 占据80%以上的物理内存，在专用数据库服务器中
• 所有会话的共享缓冲区
• InnoDB使用LRU页面置换算法

Redo log buffer，redo logs缓冲区，保存写到redo log(重放日志)的数据。周期性的将缓冲区内的数据写入redo日志中。将内存中的数据写入磁盘的行为由innodb_log_at_trx_commit 和 innodb_log_at_timeout 调节。较大的redo日志缓冲区允许大型事务在事务提交前不进行写磁盘操作。
变量：innodb_log_buffer_size (default 16M)

11 在磁盘上的组件

• 系统表空间（tablespace）
  除了存储表数据之外，InnoDB也支持查找表元信息，存储和检索MVCC信息以兑现服从ACID和事务隔离性等原则。它包含几种类型的InnoDB对象信息。
• 其包含的文件：
• Table Data Pages
• Table Index Pages
• Data Dictionary
• MVCC Control Data
• Undo Space
• Rollback Segments
• Double Write Buffer (Pages Written in the Background to avoid OS
  caching) Insert Buffer (Changes to Secondary Indexes)
• 变量：innodb_data_file_path = /ibdata/ibdata1:10M:autoextend
• 激活: innodb_file_per_table选项，你可以将每个新创建的表存储到不同的tablespace中。这种做法的优点是减少磁盘上数据文件中的碎片
• 通用tablespace

Shared tablespace to store multiple table data. Introduce in MySQL 5.7.6. A user has to create this using CREATE TABLESPACE syntax. TABLESPACE option can be used with CREATE TABLE to create a table and ALTER TABLE to move a table in general table.
共享的tablespace存储多个表信息，在MySQL 5.7.6时引入。用户只能使用CREATE TABLESPACE创建一个这样的表空间。TABLESPACE选项可以在使用CREATE TABLE命令创建一个表然后 ALTER TABLE 将表移入通用空间时发挥作用。

• InnoDB数据字典
  在系统tablespace中的存储区域，由系统内部表（供mysql服务器使用的表）和对象元数据（表，索引，列信息）组成
• 双写缓冲区（Double write buffer）
  系统tablespace的存储区域，InnoDB在写入物理文件之前先将页从InnoDB buffer pool写入此空间。mysqld进程突然崩溃会导致部分写问题。InnoDB可以从这个区域拿到一个备份。 Variable: inndb_doublewrite (default enable)
• REDO logs
  用于灾难恢复。mysqld启动的时候，InnoDB会尝试执行自动恢复，将不完整的事务更改矫正。还未完成更新数据文件的事务会在mysqld启动时会根据此日志记录中的信息被重放。它使用 LSN(Log Sequence Number)值来重放信息，因为mySQL会为每个事务赋予一个ID。因为大量数据更改不可能及时写道磁盘，所以得先记录到redo日志，然后再写入磁盘。
  再redo日志，所有更改都会带有 row_id, 旧的列值，新的列值, session_id 和时间。

• UNDO日志和UNDO表空间
  UNDO tablespace包含一个或多个undo日志文件。UNDO通过为事务（MVCC）保存被更改还未提交的值保持读一致性。未提交值从这个存储区域读取。UNDO日志也被叫做回滚数据段。
  默认地，UNDO日志是系统表空间的一部分。但MySQL允许UNDO日志置于一个单独的表空间中 [Introduce in MySQL 5.6]。这需要在初始化mysqld之前进行更改才起作用。
  当我们配置单独UNDO表空间时，系统表空间的UNDO日志就被抑制了，但是一旦配置成单独的，我们只能删除UNDO日志的一部分，比如过期日志，而不能删除它。
• 临时表空间
  为临时表和相关对象提供存储功能，存储包括临时表未提交的数据。在MySQL 5.7.2引入，用于对临时表修改的回滚。 ibtmp1每次系统启动被重新创建，避免REDO日志对临时表的I/O操作。

12 MySQL存储引擎对比

虽然InnoDB是默认引擎，但是了解其他存储引擎的适用场景，可以更利于我们建表时合理作出选择。MySQL的存储引擎是表级别的概念，我们无法创建database时指定存储引擎，而是只能在创建表的时候可以明确指定使用哪种存储引擎。因此存储引擎也通常被称作“表类型”。也就是说，存储引擎是负责跟文件系统真正数据打交道的工具，它却决定了表中是如何存储数据的，不同存储引擎的工作特性是各不相同的。

1>.查看MySQL支持的所有存储引擎

小结：Innodb强调多功能性，支持的拓展功能比较多，myisam主要侧重于性能

区别:

1、InnoDB支持事务，MyISAM不支持，对于InnoDB每一条SQL语言都默认封装成事务，自动提交，这样会影响速度，所以最好把多条SQL语言放在begin和commit之间，组成一个事务；
2、InnoDB是聚集索引，数据文件是和索引绑在一起的，必须要有主键，通过主键索引效率很高。但是辅助索引需要两次查询，先查询到主键，然后再通过主键查询到数据。因此，主键不应该过大，因为主键太大，其他索引也都会很大。而MyISAM是非聚集索引，数据文件是分离的，索引保存的是数据文件的指针。主键索引和辅助索引是独立的。
3、InnoDB不保存表的具体行数，执行select count(*) from table时需要全表扫描。而MyISAM用一个变量保存了整个表的行数，执行上述语句时只需要读出该变量即可，速度很快；
4、Innodb不支持全文索引，而MyISAM支持全文索引，查询效率上MyISAM要高；

如何选择

1、是否要支持事务，如果要请选择innodb，如果不需要可以考虑MyISAM；
2、如果表中绝大多数都只是读查询，可以考虑MyISAM，如果既有读写也挺频繁，请使用InnoDB。
3、系统奔溃后，MyISAM恢复起来更困难，能否接受；
4、MySQL5.5版本开始Innodb已经成为Mysql的默认引擎(之前是MyISAM)，说明其优势是有目共睹的，如果你不知道用什么，那就用InnoDB，至少不会差。