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MySQL:如何快速的查看Innodb数据文件

原创 MySQL 作者:gaopengtttt 时间:2019-10-28 18:27:37 0 删除 编辑

欢迎关注我的《深入理解MySQL主从原理 32讲 》,如下:

image.png
如果图片不能显示可查看下面链接:
https://www.jianshu.com/p/d636215d767f

注意:本文输出格式全是16进制格式。

经常有朋友问我一些如何查看Innodb数据文件的问题比如:

  • 如果我是UTF8字符集,如果插入字符‘a’到底占用几个字节 ?
  • 主键和普通索引叶子节点的行数据在存储上有哪些区别?
  • 如何证明rowid的存在?
  • 数据中的NULL值如何存储的?
  • char和varchar在存储上的区别?
    ……

如果要得到答案除了学习源码,可能更加直观的方式就是查看Innodb的ibd数据文件了,俗话说得好“眼见为实”,但是我们知道数据文件是二进制形式的,Innodb通过既定的访问方式解析出其中的格式得到正确的结果。如果我们要去访问这些ibd文件,通常的方式就是可以通过hexdump -Cv这样的命令进行二进制的访问,最初我也是这样访问的,但是看起来眼睛特别难受。因此我写了2个工具:

  • innblock:一个用于解析数据块的工具,能够得到每行的偏移量,并且按照逻辑和物理顺序排序。详细使用方式可以参考 https://www.jianshu.com/p/5c1a99614fb8
    下载地址: https://github.com/gaopengcarl/innblock 除了代码我已经编译好了直接使用即可

  • bcview:一个小工具,用于将数据文件按照既定的大小(比如16K)分块,然后访问每个块的偏移量后指定的字节数,通常我们并不知道记录到底多长,可以设置一个较大的查看字节数。
    下载地址: https://github.com/gaopengcarl/bcview 除了代码我已经编译好了直接使用即可

有了这两工具可能访问ibd数据文件就更加方便一些了,下面我就使用这两个工具来进行数据文件的查看,来解决开头我们提出的这些问题。

一、行结构简述

本文无意解释详细的Innodb文件结构,这样的文章和书籍很多,比如:

整个系列都是讲解Innodb文件结构的,我们只需要知道普通数据文件,除去块级别的开销后,其第一行记录从偏移量96 开始,首先出现的是2个伪列 infimum 和 supremum,它们的位置固定在块的94-120字节,其中94-107为infimum 相关信息,而107到120为supremum相关信息,分别的heap no 为 0和1,它们是逻辑记录的开始和结尾,所有的实际的记录都链接在这一条链表上。

其中普通记录的大概格式如下:

格式.jpg

我暂且将黄色部分称为‘行头’,图中用粉红色标记的innblock每行数据offset的位置, 我们发现innblock工具指向的是行头以后实际字段开启的位置

下面是一个innblock工具典型的部分输出:

-----Total used rows:3 used rows list(logic):
(1) INFIMUM record offset:99 heapno:0 n_owned 1,delflag:N minflag:0 rectype:2
(2) normal record offset:128 heapno:2 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(3) SUPREMUM record offset:112 heapno:1 n_owned 2,delflag:N minflag:0 rectype:3
-----Total used rows:3 used rows list(phy):
(1) INFIMUM record offset:99 heapno:0 n_owned 1,delflag:N minflag:0 rectype:2
(2) SUPREMUM record offset:112 heapno:1 n_owned 2,delflag:N minflag:0 rectype:3
(3) normal record offset:128 heapno:2 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0

我们可以找到一行除了infimum和 supremum记录以外的normal记录,并且标记了这样记录字段的起点(offset:128),也就是图中的粉红色部分,但是需要注意的是聚集索引(表本身)而言,如果没有主键前面3列分别为:

  • rowid 6字节
  • trx id 6字节
  • roll ptr 7字节

如果存在主键则为:

  • 主键 和定义有关
  • trx id 6字节
  • roll ptr 7字节

关于rowid\trx id\roll ptr的源码中的定义如下:

#define    DATA_ROW_ID    0    /* row id: a 48-bit integer */
#define DATA_ROW_ID_LEN    6    /* stored length for row id */
#define DATA_TRX_ID    1    /* transaction id: 6 bytes */
#define DATA_TRX_ID_LEN    6
#define    DATA_ROLL_PTR    2    /* rollback data pointer: 7 bytes */
#define DATA_ROLL_PTR_LEN 7

而roll ptr的具体含义可以参考函数trx_undo_decode_roll_ptr如下:

/***********************************************************************//**
Decodes a roll pointer. */ 
//从高位到低位依次是  
//第1位是否是insert 
//第2到8位是segmentid
//第9到40位为page no 
//第41位到56位为OFFSET
UNIV_INLINE
void
trx_undo_decode_roll_ptr(
/*=====================*/
    roll_ptr_t  roll_ptr,   /*!< in: roll pointer */
    ibool*      is_insert,  /*!< out: TRUE if insert undo log */
    ulint*      rseg_id,    /*!< out: rollback segment id */
    ulint*      page_no,    /*!< out: page number */
    ulint*      offset)     /*!< out: offset of the undo
                    entry within page */
{
...
    ut_ad(roll_ptr < (1ULL << 56));
    *offset = (ulint) roll_ptr & 0xFFFF; //获取低16位 为OFFSET
    roll_ptr >>= 16; //右移16位
    *page_no = (ulint) roll_ptr & 0xFFFFFFFF;//获取32位为 page no
    roll_ptr >>= 32;//右移32位
    *rseg_id = (ulint) roll_ptr & 0x7F;//获取7位为segment id
    roll_ptr >>= 7;//右移7位
    *is_insert = (ibool) roll_ptr; /* TRUE==1 *///最后一位
}

二、建立测试表

为了解决文中开头的几个问题,我们来建立测试表如下:

drop table baguait1;
create table baguait1(id int primary key,c1 varchar(20) ,c2 varchar(20),c3 char(20)) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;
alter table baguait1 add key(c1);
insert into baguait1 values(1,NULL,'gaopeng','gaopeng');
insert into baguait1 values(2,'gaopeng',NULL,'gaopeng');
insert into baguait1 values(3,'gaopeng',NULL,NULL);
insert into baguait1 values(4,'a',NULL,NULL);
mysql> select * from baguait1;
+----+---------+---------+---------+
| id | c1      | c2      | c3      |
+----+---------+---------+---------+
|  1 | NULL    | gaopeng | gaopeng |
|  2 | gaopeng | NULL    | gaopeng |
|  3 | gaopeng | NULL    | NULL    |
|  4 | a       | NULL    | NULL    |
+----+---------+---------+---------+
4 rows in set (0.01 sec)

我们发现这里实际上除了rowid问题还不能包含,其他都包含了,接下来我们使用innblock进行扫描。如下:

1、扫描数据文件找到主键和普通索引数据块

[root@gp1 test]# ./innblock baguait1.ibd scan 16
···
Datafile Total Size:114688
===INDEX_ID:323
level0 total block is (1)
block_no:         3,level:   0|*|
===INDEX_ID:324
level0 total block is (1)
block_no:         4,level:   0|*|

这里实际上323就是聚集索引,324就是普通索引,它们数据块对应是3和4。

2、扫描聚集索引记录

[root@gp1 test]# ./innblock baguait1.ibd 3 16
链表部分:
==== Block list info ====
-----Total used rows:6 used rows list(logic):
(1) INFIMUM record offset:99 heapno:0 n_owned 1,delflag:N minflag:0 rectype:2
(2) normal record offset:128 heapno:2 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(3) normal record offset:180 heapno:3 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(4) normal record offset:231 heapno:4 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(5) normal record offset:262 heapno:5 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(6) SUPREMUM record offset:112 heapno:1 n_owned 5,delflag:N minflag:0 rectype:3
-----Total used rows:6 used rows list(phy):
(1) INFIMUM record offset:99 heapno:0 n_owned 1,delflag:N minflag:0 rectype:2
(2) SUPREMUM record offset:112 heapno:1 n_owned 5,delflag:N minflag:0 rectype:3
(3) normal record offset:128 heapno:2 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(4) normal record offset:180 heapno:3 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(5) normal record offset:231 heapno:4 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(6) normal record offset:262 heapno:5 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0

3、扫描普通索引记录
```
[root @gp1 test]# ./innblock baguait1.ibd 4 16

链表部分:
==== Block list info ====
——-Total used rows:6 used rows list(logic):
(1) INFIMUM record offset:99 heapno:0 n_owned 1,delflag:N minflag:0 rectype:2
(2) normal record offset:126 heapno:2 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(3) normal record offset:173 heapno:5 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(4) normal record offset:137 heapno:3 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(5) normal record offset:155 heapno:4 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(6) SUPREMUM record offset:112 heapno:1 n_owned 5,delflag:N minflag:0 rectype:3
——-Total used rows:6 used rows list(phy):
(1) INFIMUM record offset:99 heapno:0 n_owned 1,delflag:N minflag:0 rectype:2
(2) SUPREMUM record offset:112 heapno:1 n_owned 5,delflag:N minflag:0 rectype:3
(3) normal record offset:126 heapno:2 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(4) normal record offset:137 heapno:3 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(5) normal record offset:155 heapno:4 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(6) normal record offset:173 heapno:5 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0


我们发现不管聚集索引还是普通索引均包含了4条普通记录,并且采集到了记录的偏移量,我们需要注意一下这里普通索引的逻辑链表顺序中我们可以看到第4条记录(offset:173 )已经排到了第3位,实际上它是最后插入的,这是因为‘a’字符的顺序肯定是在‘gaopeng’这个字符串之前的。并且第一行记录C1为NULL它在逻辑链表顺序中依然是在第一位。好了下面我们就来将问题逐一解决。
###三、如果我是UTF8字符集,如果插入字符‘a’到底占用几个字节 ?
在我们的语句中我们最后一条记录插入的数据就是'a',即:

| 4 | a | NULL | NULL |


我们使用bcview来查看一下聚集索引 (offset 262 )的数据是啥,我们直接从块3的(offset 262 )后查看20个字节,如下:

[root @gp1 test]# ./bcview baguait1.ibd 16 262 30|grep 00000003
current block:00000003—Offset:00262—cnt bytes:30—data is:8000000400000005d970e000000043011061000000000000000000000000


我们来解析一样:
- 80000004:主键4,8是符号位
- 400000005d970:trx id 6字节
- e0000000430110:undo ptr 7字节
- 61:字符‘a’,ASCII编码
我们发现后面都是0了,实际上字符‘a’即便在UTF8字符下也只是占用一个字节而已。
###四、主键和普通索引叶子节点的行数据在存储上有哪些区别?
下面我先总结一下:
- 主键会包含全部的字段,普通索引只会包含它定义的字段内容
- 主键会包含trx id和roll ptr,普通索引不会包含
- 即便不定义主键也会包含一个根据rowid排列的聚集索引,很明显如果不定义普通索引则不会存在
- 普通索引叶子结点包含了主键或者rowid
下面我们验证一下,我们来观察第2行数据,即:

| 2 | gaopeng | NULL | gaopeng |


在主键上这条记录存在于(offset:180)中,在普通索引这条记录存在于(offset:137)中,下面我们分别解析:
>主键(block 3 offset 180 ):

[root @gp1 test]# ./bcview baguait1.ibd 16 180 50|grep 00000003
current block:00000003—Offset:00180—cnt bytes:50—data is:8000000200000005d96adc00000042011067616f70656e6767616f70656e6720202020202020202020202020070600002000

解析一下:
- 80000002:主键
- 00000005d96a:trx id 6字节
- dc000000420110:undo ptr 7字节
- 67616f70656e67:第二个字段的‘gaopeng’的ASCII编码
- 67616f70656e6720202020202020202020202020:第四个字段的‘gaopeng’的ASCII编码,并且因为是char(20)类型因此出现了0X20补足的情况,这实际上也解决了第5个问题,我们可以实实在在的看到这种补足操作,占用了更多的空间。
这里我们发现这条记录没有第三个字段,因为其为NULL,其包含在NULL位图中,后面我们会说明。
>普通索引(block 4 offset 137 ):

[root @gp1 test]# ./bcview baguait1.ibd 16 137 20|grep 00000004
current block:00000004—Offset:00137—cnt bytes:20—data is:67616f70656e67800000020700000020ffd56761


解析如下:
- 67616f70656e67:‘gaopeng’的ASCII编码
- 80000002:主键值2
后面的内容是下一行的行头了,这一点如果不确定可以看看最后一行,最后一行的位置是(offset:173)查看如下:

[root @gp1 test]# ./bcview baguait1.ibd 16 173 20|grep 00000004
current block:00000004—Offset:00173—cnt bytes:20—data is:6180000004000000000000000000000000000000

解析为:
- 61:‘a’的ASCII编码
- 80000004:主键值4
后面是0了,我们这里可以看到没有trx id和roll ptr,除了键值以外普通索引还包含了主键。
###五、char和varchar在存储上的区别?
这一点我在上面已经说了,下面我们还是以第二行数据为例:

| 2 | gaopeng | NULL | gaopeng |


其中第1个‘gaopeng’是varchar(20)第2个‘gaopeng’是char(20)下面是他们的存储方式:
- 67616f70656e67:第二个字段的‘gaopeng’的ASCII编码
- 67616f70656e6720202020202020202020202020:第四个字段的‘gaopeng’的ASCII编码,并且因为是char(20)类型因此出现了0X20补足20字节的情况,我们可以实实在在的看到这种补足操作,占用了更多的空间。
不再过多熬述
###六、数据中的NULL值如何存储的?
这一点还记得‘行头’的NULL位图吗?实际上这个位图会为每一个可以为NULL的字段预留1位的空间,用于标记是否字段的值为NULL,当然至少1字节(8位)。

+——+————-+————-+————-+
| id | c1 | c2 | c3 |
+——+————-+————-+————-+
| 1 | NULL | gaopeng | gaopeng |
| 2 | gaopeng | NULL | gaopeng |
| 3 | gaopeng | NULL | NULL |
| 4 | a | NULL | NULL |
+——+————-+————-+————-+


c1\c2\c3均可以为空,因此我们分别访问4条记录聚集索引(block 3)上的NULL位图信息,计算方式如下:
- 第1行:记录(offset:128)那么128-5(5字节固定)-1(1字节NULL位图)= 122
- 第2行:记录(offset:180)那么180-5(5字节固定)-1(1字节NULL位图)= 174
- 第3行:记录(offset:231)那么231-5(5字节固定)-1(1字节NULL位图)= 225
- 第4行:记录(offset:262)那么262-5(5字节固定)-1(1字节NULL位图)= 256
好了有了偏移量我们可以使用bcview访问这1字节的NULL位图信息了如下:
>第1行
[root@gp1 test]# ./bcview baguait1.ibd 16 122 1 |grep 00000003
current block:00000003--Offset:00122--cnt bytes:01--data is:01
转换为二进制为:0000 0001
>第2行
[root@gp1 test]# ./bcview baguait1.ibd 16 174 1 |grep 00000003
current block:00000003--Offset:00174--cnt bytes:01--data is:02
转换为二进制为:0000 0010
>第3行
[root@gp1 test]# ./bcview baguait1.ibd 16 225 1 |grep 00000003
current block:00000003--Offset:00225--cnt bytes:01--data is:06
转换为二进制为:0000 0110
>第4行
[root@gp1 test]# ./bcview baguait1.ibd 16 256 1 |grep 00000003
current block:00000003--Offset:00256--cnt bytes:01--data is:06
转换为二进制为:0000 0110
下面就是这种表示方法,1为NULL,我们发现和我们记录中的NULL记录一模一样。
||c3|c2|c1|
|-|-|-|-|
|第1行|0|0|1|
|第2行|0|1|0|
|第3行|1|1|0|
|第4行|1|1|0|
我们DDL修改字段的NULL属性的时候并不能通过修改数据字典来快速完成,我觉得修改更改ibd文件的实际内容是其中很大的一部分原因。下面是我修改NULL属性的记录,具体参考官方文档。

设置NULL和NOT NULL属性

都是inplace方式,因为需要修改NULL位图 因此都需要重组,代价较高
ALTER TABLE tbl_name MODIFY COLUMN column_name data_type NULL, ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;
ALTER TABLE tbl_name MODIFY COLUMN column_name data_type NOT NULL, ALGORITHM=INPLACE, LOCK=NONE;


###七、如何证明rowid的存在?
这一点实际上也很好证明,我们先来建立一个不包含主键并且插入一条记录如下:

drop table baguait1;
create table baguait1(id int ,c1 varchar(20) ,c2 varchar(20),c3 char(20)) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

insert into baguait1 values(1,NULL,’gaopeng’,’gaopeng’);

mysql> select * from baguait1;
+———+———+————-+————-+
| id | c1 | c2 | c3 |
+———+———+————-+————-+
| 1 | NULL | gaopeng | gaopeng |
+———+———+————-+————-+
1 row in set (0.00 sec)


使用innblock扫描发现其只包含了1个块如下:

[root @gp1 test]# ./innblock baguait1.ibd scan 16

Datafile Total Size:98304
===INDEX_ID:325
level0 total block is (1)
block_no: 3,level: 0|*|


然后扫描这个块如下:

[root @gp1 test]# ./innblock baguait1.ibd 3 16


==== Block list info ====
——-Total used rows:3 used rows list(logic):
(1) INFIMUM record offset:99 heapno:0 n_owned 1,delflag:N minflag:0 rectype:2
(2) normal record offset:128 heapno:2 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0
(3) SUPREMUM record offset:112 heapno:1 n_owned 2,delflag:N minflag:0 rectype:3
——-Total used rows:3 used rows list(phy):
(1) INFIMUM record offset:99 heapno:0 n_owned 1,delflag:N minflag:0 rectype:2
(2) SUPREMUM record offset:112 heapno:1 n_owned 2,delflag:N minflag:0 rectype:3
(3) normal record offset:128 heapno:2 n_owned 0,delflag:N minflag:0 rectype:0


然后使用bcview查看(offset:128 )这条记录如下:

[root @gp1 test]# ./bcview baguait1.ibd 16 128 60 |grep 00000003
current block:00000003—Offset:00128—cnt bytes:60—data is:000001ac310000000005d97fea0000002c01108000000167616f70656e6767616f70656e672020202020202020202020202000000000000000000000
```

我们来解析一下:

  • 000001ac3100:rowid 6字节,上面的测试中这里是主键定义的相关字段值
  • 00000005d97f:trx id 6字节
  • ea0000002c0110:roll ptr 7字节
  • 80000001:第1个字段值 1
  • 67616f70656e67:第2个字段值 ‘gaopeng’的ASCII编码
  • 67616f70656e6720202020202020202020202020:第4个字段值‘gaopeng’的ASCII编码,并且char有0X20补足20字节。

最后:

当然这里只是列举了一些例子来说明工具的使用方式,可以按照你的需求方便的从ibd文件中提取出你感兴趣的信息。

来自 “ ITPUB博客 ” ,链接:http://blog.itpub.net/7728585/viewspace-2661713/,如需转载,请注明出处,否则将追究法律责任。

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