逻辑存储结构
在InnoDB存储引擎中，所有数据都存放在表空间(tablespace)中，表空间由段(segment)、区(extent)、页(page)、行（Row）组成，它们的关系如下图：
表空间（tablespace）
在MySQL中，所有InnoDB存储引擎表中的数据都存储在表空间中。如果用户启用了innodb_file_per_table，那么每张表内的数据可以存储在一个单独的表空间文件（称为独立表空间文件）中，如果没有启用，那么数据都会存储在共享表空间文件中（默认情况下的ibdata0和ibdata1文件）。在MySQL 5.7中，innodb_file_per_table默认是启用的：
mysql> show variables like 'innodb_file_per_table';+-----------------------+-------+| Variable_name | Value |+-----------------------+-------+| innodb_file_per_table | ON |+-----------------------+-------+1 row in set (0.05 sec)
独立表空间文件存放的只是这张表的数据、索引和插入缓冲Bitmap页。对于回滚信息、插入缓冲索引页、事务信息、二次写缓冲依然存放于共享表空间文件。
段（segment）
表空间由各个段组成，常见的段类型有：数据段、索引段、回滚段。
由于InnoDB表采用的是聚簇索引，所以数据段可以看成是B+树的叶子节点，索引段可以看成是B+树的非索引节点。
区（extend）
一个段由多个区组成，区由多个连续页组成，每个区的大小为1MB，默认情况下，每个页的大小为16KB：
mysql> show variables like 'innodb_page_size';+------------------+-------+| Variable_name | Value |+------------------+-------+| innodb_page_size | 16384 |+------------------+-------+1 row in set (0.05 sec)
即一个区中一共有64个连续页。用户可通过innodb_page_size参数设置每个页的大小。
默认情况下，用户在创建一张InnoDB表后，该表对应的独立表空间文件为96KB，在每个段开始时会先用32个碎片页来存放数据，使用完这32个页后才是64个连续页的申请。这么做是考虑到有些表的数据相对来说是比较少的，可以节省磁盘空间，因为申请64个页（即1个区）需要1MB空间。
页（page）
页是InnoDB磁盘管理的最小单位，默认大小为16KB。常见的页类型有：
数据页（B-tree Node）undo页（undo Log Page）系统页（System Page）事务数据页（Transaction system Page）插入缓冲位图页（Insert Buffer Bitmap）插入缓冲空闲列表页（Insert Buffer Free List）未压缩的二进制大对象页（Uncompressed BLOB Page）压缩的二进制大对象页（compressed BLOB Page）
行（Row）
InnoDB存储引擎将数据按行进行存放，每个页最多存放7992行记录（16KB除以2~200），InnoDB存储引擎提供了Compact、Redundant、Compressed、Dynamic四种格式来存放行记录数据，用户可通过命令show table status like 'table_name'来查看该属性：
mysql> show table status like 'emp';+------+--------+---------+------------+------+----------------+-------------+-----------------+--------------+-----------+----------------+---------------------+-------------+------------+--------------------+----------+----------------+---------+| Name | Engine | Version | Row_format | Rows | Avg_row_length | Data_length | Max_data_length | Index_length | Data_free | Auto_increment | Create_time | Update_time | Check_time | Collation| Checksum | Create_options | Comment |+------+--------+---------+------------+------+----------------+-------------+-----------------+--------------+-----------+----------------+---------------------+-------------+------------+--------------------+----------+----------------+---------+| emp | InnoDB |10 | Dynamic | 6 | 2730 | 16384 |0 | 0 | 0 | NULL | -08-10 21:07:05 | NULL | NULL | utf8mb4_general_ci | NULL|| |+------+--------+---------+------------+------+----------------+-------------+-----------------+--------------+-----------+----------------+---------------------+-------------+------------+--------------------+----------+----------------+---------+1 row in set (0.08 sec)
其中Row_format就是行记录格式。下面我们来深入探讨InnoDB的行记录格式是如何实现的。
行记录格式
Compact
Compact行记录格式是在MySQL 5.0引入的，设计目标是高效地存储数据，每行数据的存储方式如下：
变长字段长度列表
Compact行记录格式首部是一个非NULL的变长字段长度列表，按照列的顺序逆序放置，若列的长度小于255字节，则用1字节表示，若大于255个字节，用2字节表示。变长字段长度列表最大只能为2字节，因此VARCHAR类型理论最大长度限制为65535字节）。变长字段长度列表的实际占用大小由变长列的数量及其属性决定。
NULL标志位（1字节）
NULL标志位记录了该行数据是否有NULL值，有则用1表示，该标志位占用1个字节
记录头信息（5字节）
列数据
最后的部分就是存储每个列的数据，需要注意的是NULL不占用任何空间，即NULL除了占有NULL标志位以外实际存储不占有任何空间。此外，除了实际存储数据的列以外，还存在两个隐藏列：事务ID列（6字节）、回滚指针列（7字节）。如果没有定义主键，每行还会自动添加一个6字节的rowid列。
行溢出的处理
对于TEXT、BLOB或者长度比较大的VARCHAR这种存储的数据量较大的列，因为超出了页的大小（16KB），也就是发生了行溢出。
在Compact/Redundant两种行记录格式下，InnoDB会将溢出的数据存储在Uncompress BLOB类型的页中，没有溢出的数据部分依旧保存在数据页（B-Tree Node）中。
B-tree Node负责保存一行数据前768字节，之后记录了一个偏移量，指向行溢出页。
因为InnoDB是采用B+树进行索引组织的，所以每个页中至少应当有两行记录（不然每个页存储一行数据就是链表结构了），因此如果页中只能存放一条记录，那么InnoDB会将行数据存放到溢出页中。
Dynamic / Compressed
Dynamic / Compressed文件格式统称为Barracuda文件格式，这两种格式采用了完全行溢出的处理方式：数据页中只存储20个字节的指针，实际数据存放在Off Page中：
Compressed行记录还会使用zlib算法对大长度数据进行压缩，能够节省存储空间。
数据页（B-tree Node）结构
InnoDB数据页由7个部分组成
File Header（文件头），占用38字节Page Header（页头），占用56字节Infimum/Supremum RecordsUser Records（用户记录 / 行记录）Free Space（空闲空间）Page Directory（页目录）File Trailer（文件结尾信息），占用8字节
File Header、Page Header、File Trailer大小是固定的，用来标记该页的的一些信息。User Records、Free Space、Page Directory为实际的行记录存储空间，大小是动态的。
File Header组成结构
File Header负责记录页的头信息，占用38字节：
FIL_PAGE_SPACE_OR_CHECKSUM（4字节）：页的checksum的值FIL_PAGE_OFFSET（4字节）：页的偏移值，即该页在表空间的位置FIL_PAGE_PREV（4字节）：当前页的上一个页（B+树的叶子节点通过双向列表连接在一起）FIL_PAGE_NEXT（4字节）：当前页的下一个页FIL_PAGE_LSN（8字节）：代表该页最后被修改的日志序列位置FIL_PAGE_TYPE（2字节）：页的类型。当值为0x45BF代表当前页是数据页，0x000A表示是BLOB页，0x0003表示是索引节点…FIL_PAGE_ARCH_LOG_NO_OR_SPACE_ID（4字节）：当前页属于哪个表空间
Page Header组成结构
PAGE_N_DIR_SLOTS（2字节）：在页目录（Page Directory）中的槽（Slot）数。PAGE_HEAP_TOP（2字节）：堆中第一个记录的指针PAGE_N_HEAP（2字节）：堆中记录数，第15位表示行记录格式PAGE_FREE（2字节）：指向可重用空间的首指针PAGE_GARBAGE（2字节）：已删除记录的字节数PAGE_LAST_INSERT（2字节）：最后插入记录的位置PAGE_DIRECTION（2字节）：最后插入的方向PAGE_N_DIRECTION（2字节）：一个方向连续插入记录的数量PAGE_N_RECS（2字节）：该页中记录的数量PAGE_MAX_TRX_ID（8字节）：修改当前页的最大事务IDPAGE_LEVEL（2字节）：当前页在索引树（B+ tree）位置PAGE_INDEX_ID（8字节）：索引ID，表示当前页属于哪一个索引PAGE_BTR_SEG_LEAF（10字节）：B+树数据页非叶节点所在段的segment headerPAGE_BTR_SEG_TOP（10字节）：B+树数据页所在段的segment headerInfimum / Supremum Record
在InnoDB引擎中每个页都有两个虚拟行记录用来限定记录的边界，Infimum记录了比该页任何主键值都要小的值，Supremum Record记录了比任何可能大的主键值还要大的值，这两个字段在页创建时被创建并且不会被删除，占用大小和行记录格式相关。Infimum在行记录首部，Supremum Record在行记录尾部。
User Record / Free Space
User Record实际存储行记录的内容
Free Space即空闲空间，也是采用“链表”的方式存储，当前页一条记录被删除后，该空间就会被加入到空闲链表中。
Page Directory
Page Directory（页目录）存放了记录的相对位置（不是偏移量），页目录里面的这些记录指针称之为Slots（槽）。对于InnoDB来说，并不是每个记录都拥有一个唯一的槽，因为每个槽里面可能包含了多条记录。Slots中的记录按照索引键值存放，这样可以利用二叉查找快速找到记录的指针。
需要注意的是，B+树本身并不能找到具体的一条记录，只能找到该记录所在的页。数据库通过磁盘IO把页读入到内存，然后再通过页目录进行二叉查找，二叉查找在内存中的速度很快，一般会忽略这部分的时间。
File Trailer
为了检测页是否完整写入了磁盘，InnoDB存储引擎的页中设置了File Trailer部分。
File Trailer占用8个字节，前4个字节表示该页的checksum值，最后4个字节和FileHeader中的FIL_PAGE_LSN相同。通过与这个值进行比较，来保证当前页是完整的。默认情况下InnoDB每从磁盘中读取页就会检验这个页的完整性。
参考资料
《MySQL技术内幕（InnoDB存储引擎）》
