mysql数据库相关流程图/原理图

2019-08-03

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前言

整理了一些MySQL数据库相关流程图/原理图，做一下笔记，大家一起学习。

1.mysql主从复制原理图

mysql主从复制原理是大厂后端的高频面试题，了解mysql主从复制原理非常有必要。

主从复制原理，简言之，就三步曲，如下：

主数据库有个bin-log二进制文件，纪录了所有增删改Sql语句。（binlog线程）
从数据库把主数据库的bin-log文件的sql语句复制过来。（io线程）
从数据库的relay-log重做日志文件中再执行一次这些sql语句。（Sql执行线程）

如下图所示：

上图主从复制分了五个步骤进行：

步骤一：主库的更新事件(update、insert、delete)被写到binlog

步骤二：从库发起连接，连接到主库。

步骤三：此时主库创建一个binlog dump thread，把binlog的内容发送到从库。

步骤四：从库启动之后，创建一个I/O线程，读取主库传过来的binlog内容并写入到relay log

步骤五：还会创建一个SQL线程，从relay log里面读取内容，从Exec_Master_Log_Pos位置开始执行读取到的更新事件，将更新内容写入到slave的db

2.Mysql逻辑架构图

如果能在脑海中构建出MySql各组件之间如何协同工作的架构图，就会有助于深入理解MySql服务器

Mysql逻辑架构图主要分三层：

1) 第一层负责连接处理，授权认证，安全等等

每个客户端连接都会在服务器进程中拥有一个线程，服务器维护了一个线程池，因此不需要为每一个新建的连接创建或者销毁线程。
当客户端连接到Mysql服务器时，服务器对其进行认证，通过用户名和密码认证，也可以通过SSL证书进行认证。
一旦客户端连接成功，服务器会继续验证客户端是否具有执行某个特定查询的权限。

2）第二层负责编译并优化SQL

这一层包括查询解析，分析，优化，缓存以及所有的的内置函数。
对于SELECT语句，在解析查询前，服务器会先检查查询缓存，如果能在其中找到对应的查询结果，则无需再进行查询解析、优化等过程，直接返回查询结果。
所有跨存储引擎的功能都在这一层实现:存储过程，触发器，视图。

3）第三层是存储引擎。

存储引擎负责在MySQL中存储数据、提取数据。
存储引擎通过API与上层进行通信，这些API屏蔽了不同存储引擎之间的差异，使得这些差异对上层查询过程透明。
存储引擎不会去解析SQL，不同存储引擎之间也不会相互通信，而只是简单地响应上层服务器的请求。

3.InnoDb 逻辑存储结构图

从InnoDb 存储引擎的逻辑存储结构看，所有数据都被逻辑地存放在一个空间中，称之为表空间（tablespace）。表空间又由段（segment），区（extent），页（page）组成。页在一些文档中有时候也称为块（block）。 InnoDb 逻辑存储结构图如下：

表空间（tablespace）

表空间是Innodb存储引擎逻辑的最高层，所有的数据都存放在表空间中。
默认情况下，Innodb存储引擎有一个共享表空间ibdata1,即所有数据都存放在这个表空间中内。
如果启用了innodb_file_per_table参数，需要注意的是每张表的表空间内存放的只是数据、索引、和插入缓冲Bitmap，其他类的数据，比如回滚(undo)信息、插入缓冲检索页、系统事物信息，二次写缓冲等还是放在原来的共享表内的。

段（segment）

表空间由段组成，常见的段有数据段、索引段、回滚段等。
InnoDB存储引擎表是索引组织的，因此数据即索引，索引即数据。数据段即为B+树的叶子结点，索引段即为B+树的非索引结点。
在InnoDB存储引擎中对段的管理都是由引擎自身所完成，DBA不能也没必要对其进行控制。

区（extent）

区是由连续页组成的空间，在任何情况下每个区的大小都为1MB。
为了保证区中页的连续性，InnoDB存储引擎一次从磁盘申请4~5个区。
默认情况下，InnoDB存储引擎页的大小为16KB，一个区中一共64个连续的区。

页（page）

页是InnoDB磁盘管理的最小单位。
在InnoDB存储引擎中，默认每个页的大小为16KB。
从InnoDB1.2.x版本开始，可以通过参数innodb_page_size将页的大小设置为4K，8K，16K。
InnoDB存储引擎中，常见的页类型有：数据页，undo页，系统页，事务数据页，插入缓冲位图页，插入缓冲空闲列表页等。

4.Innodb页结构相关示意图

Innodb页结构单体图

InnoDB数据页由以下7部分组成，如图所示：

其中File Header、Page Header、File Trailer的大小是固定的，分别为38，56，8字节，这些空间用来标记该页的一些信息，如Checksum，数据页所在B+树索引的层数等。User Records、Free Space、Page Directory这些部分为实际的行记录存储空间，因此大小是动态的。

下边我们用表格的方式来大致描述一下这7个部分：

记录在页中的存储流程图

每当我们插入一条记录，都会从Free Space部分，也就是尚未使用的存储空间中申请一个记录大小的空间划分到User Records部分，当Free Space部分的空间全部被User Records部分替代掉之后，也就意味着这个页使用完了，如果还有新的记录插入的话，就需要去申请新的页了，这个过程的图示如下：

不同Innodb页构成的数据结构图

一张表中可以有成千上万条记录，一个页只有16KB，所以可能需要好多页来存放数据。不同页其实构成了一条双向链表，File Header是InnoDB页的第一部分，它的FIL_PAGE_PREV和FIL_PAGE_NEXT就分别代表本页的上一个和下一个页的页号，即链表的上一个以及下一个节点指针。