mysql架构与存储引擎

一、MySQL体系架构

MySQL Server架构自顶向下大致可以分网络连接层、服务层、存储引擎层和系统文件层。

1.1 网络连接层

客户端连接器（Client Connectors）：提供与MySQL服务器建立的支持。目前几乎支持所有主流的服务端编程技术，例如常见的 Java、C、Python、.NET、PHP等，它们通过各自API技术与MySQL建立连接。

1.2 服务层（MySQL Server)

服务层是MySQL Server的核心，主要包含系统管理和控制工具、连接池、SQL接口、解析器、查询优化器和缓存六个部分。

• 连接池（Connection Pool）：负责存储和管理客户端与数据库的连接，一个线程负责管理一个连接。用户账号认证也在这一步

• 系统管理和控制工具（Management Services & Utilities）：例如备份恢复、安全管理、、复制、配置迁移、集群管理等

• SQL接口（SQL Interface）：用于接受客户端发送的各种SQL命令，并且返回用户需要查询的结果。比如DML、DDL、存储过程、视图、触发器等。

• 解析器（Parser）：负责将请求的SQL解析生成一个"解析树"。然后根据一些MySQL规则进一步检查解析树是否合法。

• 查询优化器（Optimizer）：当“解析树”通过解析器语法检查后，将交由优化器将其转化成执行计划，然后与存储引擎交互。
  select uid,name from user where gender=1;

  选取--》投影--》联接 策略
  1）select先根据where语句进行选取，并不是查询出全部数据再过滤
  2）select查询根据uid和name进行属性投影，并不是取出所有字段
  3）将前面选取和投影联接起来最终生成查询结果
  

• 缓存（Cache&Buffer）： 缓存机制是由一系列小缓存组成的。比如表缓存，记录缓存，权限缓存，引擎缓存等。如果查询缓存有命中的查询结果，查询语句就可以直接去查询缓存中取数据。

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1.3 存储引擎层（Pluggable Storage Engines）

存储引擎负责MySQL中数据的存储与提取，与底层系统文件进行交互。MySQL存储引擎是插件式的，服务器中的查询执行引擎通过接口与存储引擎进行通信，接口屏蔽了不同存储引擎之间的差异 。现在有很多种存储引擎，各有各的特点，最常见的是MyISAM和InnoDB。

1.4 系统文件层（File System）

该层负责将数据库的数据和日志存储在文件系统之上，并完成与存储引擎的交互，是文件的物理存储层。主要包含日志文件，数据文件，配置文件，pid 文件，socket 文件等。

1.4.1 日志文件

• 错误日志（Error log）
  默认开启，show variables like ‘%log_error%’

• 通用查询日志（General query log）
  记录一般查询语句，show variables like ‘%general%’;

• 二进制日志（binary log）
  记录了对MySQL数据库执行的更改操作，并且记录了语句的发生时间、执行时长；但是它不记录select、show等不修改数据库的SQL。主要用于数据库恢复和主从复制。

  show variables like '%log_bin%'; //是否开启
  show variables like '%binlog%'; //参数查看
  show binary logs;//查看日志文件
  

• 慢查询日志（Slow query log）
  记录所有执行时间超时的查询SQL，默认是10秒。

  show variables like '%slow_query%'; //是否开启
  show variables like '%long_query_time%'; //时长
  

1.4.2 配置文件

用于存放MySQL所有的配置信息文件，比如my.cnf、my.ini等。

1.4.3 数据文件

• db.opt 文件：记录这个库的默认使用的字符集和校验规则。
• frm 文件：存储与表相关的元数据（meta）信息，包括表结构的定义信息等，每一张表都会
  有一个frm 文件。
• MYD 文件：MyISAM 存储引擎专用，存放 MyISAM 表的数据（data)，每一张表都会有一个.MYD 文件。
• MYI 文件：MyISAM 存储引擎专用，存放 MyISAM 表的索引相关信息，每一张 MyISAM 表对应一个 .MYI 文件。
• ibd文件和 IBDATA 文件：存放 InnoDB 的数据文件（包括索引）。InnoDB 存储引擎有两种
  表空间方式：独享表空间和共享表空间。独享表空间使用 .ibd 文件来存放数据，且每一张
  InnoDB 表对应一个 .ibd 文件。共享表空间使用 .ibdata 文件，所有表共同使用一个（或多
  个，自行配置）.ibdata 文件。
• ibdata1 文件：系统表空间数据文件，存储表元数据、Undo日志等 。
• ib_logfile0、ib_logfile1 文件：Redo log 日志文件。

1.4.4 pid 文件

pid 文件是 mysqld 应用程序在 Unix/Linux 环境下的一个进程文件，和许多其他 Unix/Linux 服务
端程序一样，它存放着自己的进程 id。

1.4.5 socket 文件

socket 文件也是在 Unix/Linux 环境下才有的，用户在 Unix/Linux 环境下客户端连接可以不通过
TCP/IP 网络而直接使用 Unix Socket 来连接 MySQL。

二、存储引擎

MySQL中的数据用各种不同的技术存储在文件（或者内存）中。这些技术中的每一种技术都使用不同的存储机制、索引技巧、锁定水平并且最终提供广泛的不同的功能和能力,此种技术称为存储擎,MySQL 支持多种存储引擎其中目前应用最广泛的是InnoDB和MyISAM两种
官方参考：

https://docs.oracle.com/cd/E17952_01/mysql-5.7-en/storage-engines.html
https://docs.oracle.com/cd/E17952_01/mysql-8.0-en/storage-engines.html

2.1 MyISAM 存储引擎

• MyISAM 引擎特点
  不支持事务
  表级锁定
  读写相互阻塞，写入不能读，读时不能写
  只缓存索引
  不支持外键约束
  不支持聚簇索引
  读取数据较快，占用资源较少
  不支持MVCC（多版本并发控制机制）高并发
  崩溃恢复性较差
  MySQL5.5.5 前默认的数据库引擎
• MyISAM 存储引擎适用场景
  只读（或者写较少）
  表较小（可以接受长时间进行修复操作）
• MyISAM 引擎文件
  tbl_name.frm 表格式定义
  tbl_name.MYD 数据文件
  tbl_name.MYI 索引文件

2.2 InnoDB 引擎

• InnoDB引擎特点
  行级锁
  支持外键约束
  支持事务，适合处理大量短期事务
  读写阻塞与事务隔离级别相关
  可缓存数据和索引
  支持聚簇索引
  崩溃恢复性更好
  支持MVCC高并发
  从MySQL5.5后支持全文索引
  从MySQL5.5.5开始为默认的数据库引擎
• InnoDB数据库文件
  所有InnoDB表的数据和索引放置于同一个表空间中
  数据文件：ibdata1, ibdata2,存放在datadir定义的目录下
  表格式定义：tb_name.frm,存放在datadir定义的每个数据库对应的目录下
  每个表单独使用一个表空间存储表的数据和索引
  两类文件放在对应每个数据库独立目录中
  数据文件(存储数据和索引)：tb_name.ibd
  表格式定义：tb_name.frm

2.3 其他存储引擎

• Performance_Schema：Performance_Schema数据库使用
• Memory ：将所有数据存储在RAM中，以便在需要快速查找参考和其他类似数据的环境中进行快速访问。适用存放临时数据。引擎以前被称为HEAP引擎
• MRG_MyISAM：使MySQL DBA或开发人员能够对一系列相同的MyISAM表进行逻辑分组，并将它们作为一个对象引用。适用于VLDB(Very Large Data Base)环境，如数据仓库
• Archive ：为存储和检索大量很少参考的存档或安全审核信息，只支持SELECT和INSERT操作；支持行级锁和专用缓存区
• Federated联合：用于访问其它远程MySQL服务器一个代理，它通过创建一个到远程MySQL服务器的客户端连接，并将查询传输到远程服务器执行，而后完成数据存取，提供链接单独MySQL服务器的能力，以便从多个物理服务器创建一个逻辑数据库。非常适合分布式或数据集市环境
• BDB：可替代InnoDB的事务引擎，支持COMMIT、ROLLBACK和其他事务特性
• Cluster/NDB：MySQL的簇式数据库引擎，尤其适合于具有高性能查找要求的应用程序，这类查找需求还要求具有最高的正常工作时间和可用性
• CSV：CSV存储引擎使用逗号分隔值格式将数据存储在文本文件中。可以使用CSV引擎以CSV格式导入和导出其他软件和应用程序之间的数据交换
• BLACKHOLE ：黑洞存储引擎接受但不存储数据，检索总是返回一个空集。该功能可用于分布式数据库设计，数据自动复制，但不是本地存储
• example："stub"引擎，它什么都不做。可以使用此引擎创建表，但不能将数据存储在其中或从中检索。目的是作为例子来说明如何开始编写新的存储引擎

2.4 管理存储引擎

查看mysql支持的存储引擎

show engines;

查看当前默认的存储引擎

show variables like '%storage_engine%';  

设置默认的存储引擎

vim /etc/my.cnf
[mysqld]
default_storage_engine= InnoDB

查看库中所有表使用的存储引擎

show table status from db_name;

查看库中指定表的存储引擎

show table status like  'tb_name';
show create table tb_name;

设置表的存储引擎：

CREATE TABLE tb_name(... ) ENGINE=InnoDB;
ALTER TABLE tb_name ENGINE=InnoDB

三、 MySQL 中的系统数据库

• mysql 数据库
  是mysql的核心数据库，类似于Sql Server中的master库，主要负责存储数据库的用户、权限设置、关键字等mysql自己需要使用的控制和管理信息

• information_schema 数据库
  MySQL 5.0之后产生的，一个虚拟数据库，物理上并不存在information_schema数据库类似与"数据字典"，提供了访问数据库元数据的方式，即数据的数据。比如数据库名或表名，列类型，访问权限（更加细化的访问方式）

• performance_schema 数据库
  MySQL 5.5开始新增的数据库，主要用于收集数据库服务器性能参数,库里表的存储引擎均为
  PERFORMANCE_SCHEMA，用户不能创建存储引擎为PERFORMANCE_SCHEMA的表

• sys 数据库
  MySQL5.7之后新增加的数据库，库中所有数据源来自performance_schema。目标是把
  performance_schema的复杂度降低，让DBA能更好的阅读这个库里的内容。让DBA更快的了解DataBase的运行情况