InnoDB存储引擎架构

简介

InnoDB作为MySQL5.5.8开始默认储存引擎，也是在此之后，大家最广泛使用的存储引擎。本文基于MySQL5.7，探究InnoDB的底层实现。

InnoDB架构

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如上图所示，InnoDB架构由三部分组成：

• 多个后台线程，主要作用：
  • 负责刷新缓冲池中的数据，保证缓冲池中的数据是最近的；
  • 将已修改的数据刷新到磁盘中；
  • 保证数据库发生异常的情况下，能恢复到正常状态；
• 有一块很大的内存池，主要负责：
  • 维护所有进程/线程需要访问的数据结构；
  • 缓存磁盘上的数据，索引等信息；
  • 重做日志缓冲；
  • 变更缓冲;
• 最下面的磁盘，用于存储表结构，表数据，索引，InnoDB日志等信息；

InnoDB后台线程

后台线程主要有一下几种（可以通过show engine innodb status查看来观察InnoDB的Thread）：

Master Thread

最核心的后台线程；主要作用：将缓冲池数据刷新到磁盘，保证数据一致性，包括合并插入缓冲，undo页回收等；

• 每秒触发的操作：

  • 重做日志刷新到磁盘，即使这个事务还没有提交（总是）；
  • 合并变更缓冲（可能）；

• 10秒触发的操作：

  • 重做日志刷新到磁盘，即使这个事务还没有提交（总是）；
  • 合并变更缓冲（总是）；
  • 删除无用的Undo页；

IO Thread

在InnoDB存储引擎中大量使用了AIO来处理IO请求，这样可以极大提高数据库性能。而IO Thread主要负责这些IO请求的回调处理。IO Thread分为：

• write Thread：负责用户写入操作，默认有4个；可以通过innodb_write_io_threads参数进行配置；
• read Thread：负责用户的读取操作，默认有4个；可以通过innodb_read_io_threads参数进行配置；
• insert buffer Thread：负责插入缓冲区的合并；
• log Thread：负责将redo log刷新到磁盘；

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Purge Thread

事务被提交后，其所使用的undo log可能不再需要了，因此需要Purge Thread来回收已经使用并分配的undo页。默认有4个，可以通过innodb_purge_threads进行配置；

Page Cleaner Thread

主要用于脏页的刷新，主要目的是为了减轻Master Thread的工作；

注意：InnoDB提供了innodb_io_capacity配置参数，表示磁盘IO的吞吐量，默认是200。用于控制刷新到磁盘页的数量，因此如果用户使用了固态硬盘（SSD）等高速磁盘，完全可以调高innodb_io_capacity，直到符合磁盘IO的吞吐量。

InnoDB内存磁盘结构

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如图所示：可以看到，主要分为两块区域：

内存

• Buffer Pool：缓冲池，最大的一块内存区域，主要存放数据，索引，锁，数据字典等信息；
• Adaptive Hash Index：自适应哈希索引，由Buffer Pool分配空间；
• Change Buffer：变更操作缓冲（旧版叫插入缓冲），如Insert、Update、Delete；
• Log Buffer：重做日志缓冲；InnoDB存储引擎首先将重做日志信息先放到这个缓冲区，然后按一定的频率将其刷新到重做日志文件。重做日志缓冲一般不需要设置很大，可以通过show variables like 'innodb_log_buffer_size';查看，默认10M;

磁盘

• System Tablespace：系统表空间，文件名ibdata1。主要存储：
  • InnoDB Data Dictionary：数据字典；
  • Doublewrite Buffer：双写缓冲区；
  • Change Buffer：变更操作缓冲区；
  • Undo Logs：undo日志；
  • 共享表空间：用户在改表空间创建的表和索引等数据
• File-Per-Table Tablespace：独立表空间，文件名.ibd，每张表独立一个文件，通过innodb_file_per_table=ON开启；
• General Tablespace：MySQL5.7.6新增的常规表空间，通过create tablespace语法创建的共享表空间，类似系统表空间，可以存储多个schema下的多张表；
• Undo Tablespace：undo独立表空间（undo日志默认存放在系统表空间，MYSQL5.6以后开始支持undo独立表空间），由一个或多个包含undo日志的文件组成。通过innodb_undo_tablespace配置undo表空间的数目，innodb_undo_directory配置存放目录；
• Redo Log：重做日志区；
• Temporary Tablespace：共享临时表空间，MySQL5.7.1将临时表空间从系统表空间文件中独立出来，存储非压缩InnoDB临时表、关系对象、回滚段等数据；