本文介绍了MySQL InnoDB空间文件的概念及其基本结构。
简介
InnoDB除重做日志外均使用统一的结构进行管理，包括系统表空间、用户表空间、撤销日志以及临时表空间。这个结构统称空间文件。
inno_space
Inno_space是一个可以直接访问InnoDB内部文件的命令行工具，可以打印出文件的内部结构。它不依赖任何外部文件，只需要执行make命令就可以得到可执行文件，做到了开箱即用。
Inno_space除支持打印出文件的具体结构之外，同时还能修复损坏页面。例如，InnoDB表文件中的页面损坏导致实例无法正常启动。如果损坏的只是叶子页，inno_space可以跳过损坏的页面，从而保证实例能够启动，并且将找回大部分的数据。
Inno_space还提供分析表文件中的数据的功能。例如，是否存在过多的空闲页面，从而给用户建议是否需要执行优化表（Optimize Table）操作等。
InnoDB空间文件基本结构
InnoDB空间文件管理整个InnoDB文件系统。基本结构如下：
- 页
在InnoDB中，16 KB大小的页（page）是最小的原子单元。其他的大小都在页之上，因此：
1 page=16 KB=16384 bytes
1 extent=64 pages=1 MB
FSP_HDR page=256 extents=16384 pages=256 MB
Page有最基础的38字节的FIL Header和8字节的FIL Trailer。
主要内容有：- Checksum：当前页面的checksum，用来判断页面是否有损坏。
- Page Number：Page Number可以计算出页面在文件上的偏移量。也可以参考Page Number值来判断一个页面是否被初始化。
- Previous Page/Next Page：该字段只有在索引页面才有意义，而且只有在叶子页时才有用，在非叶子页时没有意义。
- LSN for last page modification：最后一次修改页面的64位日志序列号LSN。
- Page Type：当前页的具体类型。例如：btree index leaf-page、undo log page、btree index non-leaf page、insert buffer、fresh allocated page、属于ibdata1的系统页等。页类型决定当前页的用途。
- Flush LSN：保存的是已经刷到磁盘的页面的最大LSN信息。只有在space 0 page 0这个页面中有意义。
- 用途：在实例启动时读取Flush LSN，可以确保在Flush LSN之前的页面已经刷入磁盘。Flush LSN之后的重做日志是没有检查点的日志，但其实重做日志里面已经存在检查点信息。
- 写入：在进行宕机或强制执行检查点（checkpoint）时，通过
fil_write_flushed_lsn_to_data_files写入。 - 读取：在实例启动时，fil_read_first_page会读取LSN信息， 用于更新启动时的min_flushed_lsn和max_flushed_lsn。因为重做日志模块还没有初始化，可以参考这两个LSN做一些简单的判断。
- Space ID：存储当前页所在的空间ID（MySQL 8.0已经将该字段删除）。
通过inno_space命令行工具可以查看文件对应的内部结构：
查询结果如下：./inno -f ~/git/primary/dbs2250/sbtest/sbtest1.ibd -p 10==========================block========================== FIL Header: CheckSum: 2065869235 Page number: 10 Previous Page: 9 Next Page: 11 Page LSN: 554513658770 Page Type: 17855 Flush LSN: 0 - 空间文件（Space file）一个空间文件是232个页面的合集，连续64个页面称之为extent（区），256个连续的区会有一个XDES（extent descriptor）进行管理，第一个XDES称之为FSP_HDR，除此之外还有一些额外的信息。下图为基本文件组织结构，无论是撤销空间、系统空间还是用户的表空间都是这种结构：
上图可以看出：
- page 0：FSP_HDR（file space header）。FSP_HDR页包含一个FSP头结构，记录空间大小和空闲页列表等信息。
- page 1：插入缓冲位图页（insert buffer bitmap）。
- page 2：INODE页，用于存储有文件段相关的列表。
- 系统空间（The system space）系统空间的space id=0，文件名为ibdata1，即系统文件。通过inno_space打开ibdata1文件可以查看如下信息：
- page 0，1，2 ：分别为FSP_HDR页、IBUF_BITMAP页和INODE页。
- page 3：保存和插入缓存相关的信息。
- page 4：保存插入缓存的索引结构的root页，插入缓存也是一个Btree树。
- page 5：记录和InnoDB事务操作相关的信息，例如最近一次的事务ID、MySQL的二进制日志信息以及双写缓冲区的位置信息。
- page 6：保存第一个回滚段（rollback segment）页，您可以根据需要分配额外的页或者整个区段来存储回滚段数据。
- page 7：保存与数据字典相关的头信息。
- page 64-127：保存双写缓冲区的第一个块。
- page 128-191：保存双写缓冲区的第二个块。
通过inno_space打开一个普通的用户表空间：File path /home/zongzhi.czz/git/primary/log2250/ibdata1 path File size 209715200 start end count type 0 0 1 FSP HDR 1 1 1 INSERT BUFFER BITMAP 2 2 1 INDEX NODE PAGE 3 3 1 SYSTEM PAGE 4 4 1 INDEX PAGE 5 5 1 TRX SYSTEM PAGE 6 7 2 SYSTEM PAGE 8 8 1 SDI INDEX PAGE 9 12799 12790 FRESHLY ALLOCATED PAGE
查询结果如下：/inno -f ~/git/primary/dbs2250/sbtest/sbtest1.ibd -c list-page-typeFile path /home/zongzhi.czz/git/primary/dbs2250/sbtest/sbtest1.ibd path, page num 0 page num 0 ==========================space page type========================== File size 2604662784 start end count type 0 0 1 FSP HDR 1 1 1 INSERT BUFFER BITMAP 2 2 1 INDEX NODE PAGE 3 3 1 SDI INDEX PAGE 4 16383 16380 INDEX PAGE 16384 16384 1 XDES 16385 16385 1 INSERT BUFFER BITMAP 16386 31990 15605 INDEX PAGE 31991 31999 9 FRESHLY ALLOCATED PAGE 32000 32767 768 INDEX PAGE 32768 32768 1 XDES 32769 32769 1 INSERT BUFFER BITMAP 32770 49151 16382 INDEX PAGE 49152 49152 1 XDES 49153 49153 1 INSERT BUFFER BITMAP 49154 65535 16382 INDEX PAGE 65536 65536 1 XDES 65537 65537 1 INSERT BUFFER BITMAP 65538 81919 16382 INDEX PAGE 81920 81920 1 XDES - 单独表空间（File Per Table）以
.ibd为后缀的文件即单独表空间文件。结构如下：
- page 0，1，2：分别为FSP_HDR页、IBUF_BITMAP页和INODE页。
- page 3：主键聚簇的根（root）页。
- page 4：二级聚簇的根页。由
CREATE TABLE指定。例如：如下page 4是k_1索引的root页。
如果运行过程中再添加新的索引页，新的索引的根页会分散在其他页上。Create Table: CREATE TABLE `sbtest1` ( `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, `k` int(11) NOT NULL DEFAULT '0', `c` char(120) NOT NULL DEFAULT '', `pad` char(60) NOT NULL DEFAULT '', PRIMARY KEY (`id`), KEY `k_1` (`k`) ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=237723 DEFAULT CHARSET=latin1 1 row in set (0.00 sec)例如：执行ALTER TABLE，额外增加一个索引：
通过inno_space工具可以看到每一个索引的根页信息。alter table sbtest1 add index idx_c(c);
查询结果如下：./inno -f ~/git/primary/dbs2250/sbtest/sbtest1.ibd -c index-summary
以上示例可以看出：File path /home/zongzhi.czz/git/primary/dbs2250/sbtest/sbtest1.ibd path, page num 0 ==========================Space Header========================== Space ID: 15 Highest Page number: 158976 Free limit Page Number: 152256 FREE_FRAG page number: 24 Next Seg ID: 7 File size 2604662784 ========Primary index======== Primary index root page space_id 15 page_no 4 Btree hight: 2 <<<Leaf page segment>>> SEGMENT id 4, space id 15 Extents information: FULL extent list size 2140 FREE extent list size 0 PARTIALLY FREE extent list size 1 Pages information: Reserved page num: 137056 Used page num: 137003 Free page num: 53 <<<Non-Leaf page segment>>> SEGMENT id 3, space id 15 Extents information: FULL extent list size 1 FREE extent list size 0 PARTIALLY FREE extent list size 1 Pages information: Reserved page num: 160 Used page num: 116 Free page num: 44 ========Secondary index======== Secondary index root page space_id 15 page_no 31940 Btree hight: 2 <<<Leaf page segment>>> SEGMENT id 6, space id 15 Extents information: FULL extent list size 7 FREE extent list size 0 PARTIALLY FREE extent list size 219 Pages information: Reserved page num: 14465 Used page num: 12160 Free page num: 2305 <<<Non-Leaf page segment>>> SEGMENT id 5, space id 15 Extents information: FULL extent list size 0 FREE extent list size 0 PARTIALLY FREE extent list size 0 Pages information: Reserved page num: 19 Used page num: 19 Free page num: 0 **Suggestion** File size 2604662784, reserved but not used space 39354368, percentage 1.51% Optimize table will get new fie size 2565308416- tablespace id为15。
- Btree的高度为3层。
- 由于Secondary Index只存索引，所以Primary Index占用的空间是Secondary Index的10倍。
- Primary Index上大量的页都已经用尽， 而Secondary Index会有20%左右的空闲页。