洞悉MySQL底层架构：游走在缓冲与磁盘之间 - arthinking-itzhai - 博客园.pdf
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洞悉MySQL底层架构：游走在缓冲与磁盘之间 - arthinking-
itzhai
提起MySQL，其实网上已经有一大把教程了，为什么我还要写这篇文章呢，大概是因为网上很多网站都是比较
零散，而且描述不够直观，不能系统对MySQL相关知识有一个系统的学习，导致不能形成知识体系。为此我撰
写了这篇文章，试图让这些底层架构相关知识更加直观易懂：
尽量以图文的方式描述技术原理；
涉及到关键的技术，附加官网或者技术书籍来源，方便大家进一步扩展学习；
涉及到的背景知识尽可能做一个交代，比如讨论到log buffer的刷盘方式，延伸一下IO写磁盘相关知识点。
好了，MySQL从不会到精通系列马上就要开始了（看完之后还是不会的话..请忽略这句话）。
可能会有同学问：为啥不直接学更加先进的TiDB，或者是强大的OceanBase。
其实，MySQL作为老牌的应用场景广泛的关系型开源数据库，其底层架构是很值得我们学习的，吸收其设计精
华，那么我们在平时的方案设计工作中也可以借鉴，如果项目中用的是MySQL，那么就能够把数据库用的更好
了，了解了MySQL底层的执行原理，对于调优工作也是有莫大帮助的。本文我重点讲述MySQL底层架构，涉及
到：
内存结构：buffer pool、log buffer、change buffer，buffer pool的页淘汰机制是怎样的；
磁盘结构：系统表空间、独立表空间、通用表空间、undo表空间、redo log；
以及IO相关底层原理、查询SQL执行流程、数据页结构和行结构描述、聚集索引和辅助索引的底层数据组织
方式、MVCC多版本并发控制的底层实现原理，以及可重复读、读已提交是怎么通过MVCC实现的。
看完文本文，您将了解到：
1. 整体架构：InnoDB存储架构是怎样的 (1、MySQL架构)
2. 工作原理：查询语句的底层执行流程是怎样的 (2、查询SQL执行流程)
3. IO性能：文件IO操作写磁盘有哪几种方式，有什么IO优化方式 (3.1.2、关于磁盘IO的方式)
4. 缓存：InnoDB缓存(buffer pool, log buffer)的刷新方式有哪些（3.1.2.2、innodb_flush_method）
5. 缓存：log buffer是在什么时候写入到磁盘的（3.10.2、如何保证数据不丢失 - 其中第四步log buffer持久化
到磁盘的时机为）
6. 缓存：为什么redo log prepare状态也要写磁盘？（3.10.2、如何保证数据不丢失 - 为什么第二步redo log
prepare状态也要写磁盘？）
7. 缓存：脏页写盘一般发生在什么时候（3.10.2、如何保证数据不丢失 - 其中第五步：脏页刷新到磁盘的时机
为）
8. 缓存：为什么唯一索引的更新不可以借助change buffer（3.2、Change Buffer）
9. 缓存：log buffer的日志刷盘控制参数innodb_flush_log_at_trx_commit对写性能有什么影响（3.4.1、配置
参数）
10. 缓存：buffer pool的LRU是如何实现的，为什么要这样实现（3.1.1、缓冲池LRU算法）
11. 表存储：系统表空间的结构，MySQL InnoDB磁盘存储格式，各种表空间(系统表空间，独立表空间，通用
表空间)的作用和优缺点是什么，ibdata、ibd、frm文件分别是干嘛的（3.5、表空间）
12. 行字段存储：底层页和行的存储格式（3.6、InnoDB底层逻辑存储结构）
13. 行字段存储：varchar，null底层是如何存储的，最大可用存储多大的长度（3.6.3.1、MySQL中varchar最大
长度是多少）
14. 行字段存储：行记录太长了，一页存不下，该怎么存储？（3.6.3.2、行记录超过页大小如何存储）
15. 索引：数据库索引的组织方式是怎样的，明白为什么要采用B+树，而不是哈希表、二叉树或者B树（3.7、索
引 - 为什么MySQL使用B+树）
16. 索引：索引组织方式是怎样的，为什么大字段会影响表性能(查询性能，更新性能)（3.7、索引）
17. 索引：覆盖索引、联合索引什么情况下会生效（3.7.2、辅助索引）
18. 索引：什么是索引下推，索引下推减少了哪方面的开销？（3.7.2、辅助索引 - 索引条件下推）
19. 索引：Change Buffer对二级索引DML语句有什么优化（3.2、Change Buffer）
20. 数据完整性：MySQL是如何保证数据完整性的，redo log、undo log和buffer pool数据完整性的关键作用
分别是什么（3.10.2、如何保证数据不丢失）
21. MVCC：MVCC底层是怎么实现的，可重复读和读已提交是怎么实现的（3.11.2、MVCC实现原理）
22. 双写缓冲区有什么作用（3.9、Doublewrite Buffer）
23. Redo Log在一个事务中是在什么时候写入的？binlog和Redo Log有什么区别？（3.10.1、Redo Log在事务
中的写入时机）
1、MySQL架构
如下图为MySQL架构涉及到的常用组件：
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