MySQL中最常用的存储引擎是InnoDB，存储引擎最核心的任务是把数据存放在磁盘上，本文尝试理解InnoDB文件在磁盘上的逻辑布局和物理布局。
1、页 page
磁盘是块存储设备，为了最大化磁盘的访问速度，InnoDB按照页为最小单位来读写硬盘，按最常见配置，一个页是16KiB。
2、区 extent
2.1、extent 和 xdes entry
一个extent是(页号)连续的64个页，extent的元数据是extent descriptor(简称xdes entry)，一个xdes entry管理一个extent的64个页。
一个页是16KiB，所以一个extent大小是1MiB (16KiBx64=1024KiB=1MiB)。
一个xdes entry (代码为struct xdes_t )占用40Byte，这些xdes entry存放在哪儿呢？
2.2、xdes page 和 xdes entry 和 extent
InnoDB用专门的页来存储xdes entry，这种页叫做xdes page，一个xdes page可以存256个xdes entry（即管理256个extent）。
一个extent的大小是1MiB，所以一个xdes page管理256MiB的文件存储空间。
3、段 segment
3.0、segment 和 inode
大神Jeremy Cole在Page management in InnoDB space files中File segments and inodes 小节中描述了 segment和inode之间的关系：
原文：
File segments and inodes are perhaps where InnoDB terminology and documentation are murkiest. an INODE entry in InnoDB merely describes a file segment (frequently called an FSEG).
译文:
文件segment和inode可能是InnoDB术语和文档最晦涩的地方。InnoDB中的INODE条目仅仅描述了一个文件段(通常称为FSEG)。
这是说：在InnoDB语境下，segment和inode表达同一个意思，可以互换使用。
在InnoDB源码中主要使用inode，在文档中在主要使用segment。
说说我的感受：一说起inode，我需要想一下到底是在说什么，而一说起segment，我就立刻知道在说一个索引的叶子段、非叶子段或Undo段，和InnoDB的核心议题直接关联起来了。所以，为了(我)便于理解，下文主要使用segment，把inode都替换成了segment。
具体就是：
segment entry <=等价于=> inode entry
segment page <=等价于=> inode page
Tips：看源代码、官方文档、或者书籍、网上的博客文章，尝试进行上面的等价变换，就容易理解了。
3.1、segment 和 segment entry
segment是一个逻辑上的概念，segment管理的空间也不要求连续。一个segment包括32个碎片页和三个extent的链表（FREE exent链表、NOT FULL extent链表、FULL extent链表）。segment的元数据是segment entry（实际代码中是inode entry）。
一个segment entry占用192Byte，这些segment entry存放在哪儿呢？
3.2、segment page 和 segment entry 和 segment
InnoDB用专门的页来存储segment entry，这种页叫做segment page，一个segment page可以存85个segment entry（即管理85个segment）。
4、索引index和段segment
InnoDB中数据就是索引，索引就是数据。一个聚簇索引就是一颗B+树，一个二级索引也是一颗B+树。
为了提高访问速度，每颗B+树的叶子节点页放在Leaf Node Segment中管理，内部(非叶)子节点页放在Internal Node Segment中管理。
每颗B+树的根节点页里面包含这两个segment的segment entry的位置（指针），这个信息就是FSEG Header。
5、InnoDB表空间布局全貌
来看看Jeremy Cole在The basics of InnoDB space file layout一文 Space files 小节中画的space file概览图：
按照我的术语，理解如下图：
一个ibd文件可能几十上百GB，甚至几TB，最大可以达到64TiB。InnoDB将这个大文件逻辑上划分为每256MiB一组，每组的第一个页是专门存放xdes entry的XDES Page，正好可以管理本组256MiB的空间。其中ibd文件的第一个页(页号为0)还包含tablespace的元信息，所以这个xdes page也叫做File Space(FSP_HDR) Page。
关于tablespaces vs filespace 概念的说明：
原文：
InnoDB’s data storage model uses “spaces”, often called “tablespaces” in the context of MySQL, and sometimes called “file spaces” in InnoDB itself.
译文：
InnoDB 的数据存储模型使用“空间”，在 MySQL 的上下文中通常称为“表空间”，有时在 InnoDB 本身中称为“文件空间”。
6、索引index的物理布局全貌
再来看MySQL官方博客引用的Jeremy Cole在Page management in InnoDB space files一文最后画的一个InnoDB索引文件的全景图：
按照我的术语，理解如下图：
其中：
- Page 3 (INDEX) 是B+树的根节点页面，里面存有指向Leaf Segment Entry和Internal Segment Entry的FSEG Header结构。
- Page 2(INODE) 是Segment Page，专门存放segment entry，所以FSEG Header里的指针指向Page 2里的segment entry
- segment entry即inode entry（图中简写为inode），这里inode是个非常晦涩的用法，在图中其实就是segment entry的含义。
- 每个segment entry里面包含着32个碎片页（Frag Array）和三个xdes链表（Free List、Not Full List、Full List），
- 碎片页数组Frag Array直接指向大小为16KiB的页面
- 三个xdes链表中链接的是大小为40Byte的xdes entry（每个xdes entry管理一个连续64个页的extent）
- 每256MiB的第一个页面是专门存放xdes entry的xdes page
- Page 0：第一个xdes page因为包含管理tablespace的元信息，所以该页叫FSP_HDR
- Page 16384：即第二个256MiB中的第一个页是纯粹存放xdes entry的xdes page
- 页号16384即16KiB，说明该页前面有16KiB*16KiB=256MiB的空间
7、表空间tablespace的逻辑布局全貌
看懂了IBD文件的物理布局和索引Index的物理布局，再来看经常见到的表空间tablespace的逻辑布局，心中就了然了。
这是一个由具象到抽象的提炼总结过程，提炼出的东西自然心中有数。我更擅长先具象，再抽象，因为这样没有疑问和悬念，心里踏实。
