数据库引擎及底层实现原理

Shirleykwan 2017-11-22 11888

电子常识

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描述

　　一、数据库引擎

　　数据库引擎是用于存储、处理和保护数据的核心服务。利用数据库引擎可控制访问权限并快速处理事务，从而满足企业内大多数需要处理大量数据的应用程序的要求。使用数据库引擎创建用于联机事务处理或联机分析处理数据的关系数据库。这包括创建用于存储数据的表和用于查看、管理和保护数据安全的数据库对象（如索引、视图和存储过程）。

　　二、数据库引擎任务

　　在数据库引擎文档中，各主题的顺序遵循用于实现使用数据库引擎进行数据存储的系统的任务的主要顺序。

　　设计并创建数据库以保存系统所需的关系或XML文档。

　　实现系统以访问和更改数据库中存储的数据。包括实现网站或使用数据的应用程序，还包括生成使用SQL Server工具和实用工具以使用数据的过程。

　　为单位或客户部署实现的系统。

　　提供日常管理支持以优化数据库的性能。

　　三、MySQL数据库引擎类别

　　你能用的数据库引擎取决于mysql在安装的时候是如何被编译的。要添加一个新的引擎，就必须重新编译MYSQL。在缺省情况下，MYSQL支持三个引擎：ISAM、MYISAM和HEAP。另外两种类型INNODB和BERKLEY（BDB），也常常可以使用。

　　ISAM

　　ISAM是一个定义明确且历经时间考验的数据表格管理方法，它在设计之时就考虑到数据库被查询的次数要远大于更新的次数。因此，ISAM执行读取操作的速度很快，而且不占用大量的内存和存储资源。ISAM的两个主要不足之处在于，它不支持事务处理，也不能够容错：如果你的硬盘崩溃了，那么数据文件就无法恢复了。如果你正在把ISAM用在关键任务应用程序里，那就必须经常备份你所有的实时数据，通过其复制特性，MYSQL能够支持这样的备份应用程序。

　　MYISAM

　　MYISAM是MYSQL的ISAM扩展格式和缺省的数据库引擎。除了提供ISAM里所没有的索引和字段管理的功能，MYISAM还使用一种表格锁定的机制，来优化多个并发的读写操作。其代价是你需要经常运行OPTIMIZE TABLE命令，来恢复被更新机制所浪费的空间。MYISAM还有一些有用的扩展，例如用来修复数据库文件的MYISAMCHK工具和用来恢复浪费空间的MYISAMPACK工具。

　　MYISAM强调了快速读取操作，这可能就是为什么MYSQL受到了WEB开发如此青睐的主要原因：在WEB开发中你所进行的大量数据操作都是读取操作。所以，大多数虚拟主机提供商和INTERNET平台提供商只允许使用MYISAM格式。

　　HEAP

　　HEAP允许只驻留在内存里的临时表格。驻留在内存里让HEAP要比ISAM和MYISAM都快，但是它所管理的数据是不稳定的，而且如果在关机之前没有进行保存，那么所有的数据都会丢失。在数据行被删除的时候，HEAP也不会浪费大量的空间。HEAP表格在你需要使用SELECT表达式来选择和操控数据的时候非常有用。要记住，在用完表格之后就删除表格。

　　INNODB和BERKLEYDB

　　INNODB和BERKLEYDB（BDB）数据库引擎都是造就MYSQL灵活性的技术的直接产品，这项技术就是MYSQL++ API。在使用MYSQL的时候，你所面对的每一个挑战几乎都源于ISAM和MYISAM数据库引擎不支持事务处理也不支持外来键。尽管要比ISAM和MYISAM引擎慢很多，但是INNODB和BDB包括了对事务处理和外来键的支持，这两点都是前两个引擎所没有的。如前所述，如果你的设计需要这些特性中的一者或者两者，那你就要被迫使用后两个引擎中的一个了。

数据库底层实现原理

　　B+树是为磁盘或其他直接存取辅助设备而设计的一种平衡查找树（如果不知道平衡查找树，请自行google），在B+树中，所有记录节点都是按键值的大小顺序存放在同一层的叶节点中，各叶节点指针进行连接。下图是在网上找的一张B+树示意图。

数据库

　　InnoDB数据页结构

　　1.页介绍

　　页是InnoDB存储引擎管理数据库的最小磁盘单位。页类型为B-Tree node的页，存放的即是表中行的实际数据了。

　　InnoDB中的页大小为16KB，且不可以更改。

　　InnoDB可以将一条记录中的某些数据存储在真正的数据页面之外，即作为行溢出数据。MySQL的varchar数据类型可以存放65535个字节，但实际只能存储65532个。同时InnoDB是B+树结构的，因此每个页中至少应该有两个行记录，否则失去了B+树的意义，变成了链表，所以一行记录最大长度的阈值是8098，如果大于这个值就会将其存到溢出行中。

　　2.InnoDB数据页组成部分

　　File Header（文件头）

　　Page Header（页头）

　　Infimun + Supremum Records

　　User Records（用户记录，即行记录）

　　Free Space（空闲空间）

　　Page Directory（页目录）

　　File Trailer（文件结尾信息）

　　这也是我摘抄的书上的内容，下面我只介绍一下会帮助理解底层原理的部分。

　　1.在File header中，FIL+PAGE_PREV，FIL_PAGE_NEXT两个表示当前页的上一页和下一页，由此可以看出叶子节点是双向链表串起来的。如下图

数据库

　　2.Infimum和Supremum记录

　　在InnoDB存储引擎中，每个数据页中有两个虚拟的行记录，用来限定记录的边界。Infimum记录是比该页中任何主键值都要小的值，Supremum指比任何可能大的值还要大的值。这两个值在页创建时被建立，并且在任何情况下不会被删除。

数据库

　　由上图可以看出，行记录是记录在页中的，同时是在页内行记录之间也是双向链表链接的（在网上有看到说是单链表的）

　　3.Page Directory

　　页目录中存放了记录的相对位置，有些时候这些记录指针称为Slots（槽）或者目录槽，与其他数据库不同的是，InnoDB并不是每个记录拥有一个槽，InnoDB中的槽是一个稀疏目录，即一个槽中可能属于多个记录，最少属于4个目录，最多属于8个目录。槽中记录按照键顺序存放，这样可以利用二叉查找迅速找到记录的指针。但是由于InnoDB中的Slots是稀疏目录，二叉查找的结果只是一个粗略的结果，所以InnoDB必须通过recorder header中的next_record来继续查找相关记录。同时slots很好的解释了recorder header中的n_owned值的含义，即还有多少记录需要查找，因为这些记录并不包括在slots中。

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