我們知道，像InnoDB、MyISAM這樣的儲存引擎都是把資料存在磁碟裡，而作業系統是使用檔案系統管理磁碟的，所以我們也可以說像InnoDB、MyISAM這樣的儲存引擎都是把資料存在檔案系統上。
當我們要讀取時，儲存引擎從檔案系統中讀取資料出來給我們，寫入的時候，儲存引擎一樣將資料寫回檔案系統中。
今天就是要說明InnoDB、MyISAM這兩個儲存引擎的資料如何在檔案系統中儲存。

資料目錄結構

先來看看Mysql的資料目錄在那裡

mysql> show variables like 'datadir';
+---------------+-----------------------+
| Variable_name | Value                 |
+---------------+-----------------------+
| datadir       | /usr/local/var/mysql/ |
+---------------+-----------------------+
1 row in set (0.23 sec)

以下為我本機的Mysql資料庫

mysql> show databases;
+--------------------+
| Database           |
+--------------------+
| information_schema |
| my_database        |
| mydatabase         |
| mysql              |
| performance_schema |
| ryan_demo_db       |
| sys                |
+--------------------+
7 rows in set (0.07 sec)

再來Mysql運行過程中會產生許多資料，像是我們建立的資料庫、表以及一些讓程式順利運行額外的資料等。
我們一個個來看

資料庫

當建立資料庫的時候Mysql會做兩件事：

1. 在資料庫目錄下建立一個與資料庫名稱相同的子目錄(也就是資料夾)
2. 在與資料庫名稱相同的子目錄下建立一個名叫db.opt的檔案(包含了db的一些屬性像是字元集和比較規則)，但在ｍysql8.0版本後已移除，請參考官方說明。

看看我的Mysql資料目錄

(base) ➜  bin cd /usr/local/var/mysql
(base) ➜  mysql ls -alt
total 12608648
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin    50331648  9 10 18:27 ib_logfile0
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin    27262976  9 10 18:27 undo_002
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin    27262976  9 10 18:27 undo_001
-rw-r-----    1 ryanlai  admin      196608  9 10 18:27 #ib_16384_0.dblwr
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin    12582912  9 10 18:27 ibdata1
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin    50331648  9 10 18:27 ib_logfile1
-rw-r-----    1 ryanlai  admin   844245421  9 10 18:27 binlog.000020
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin    41943040  9 10 18:15 mysql.ibd
drwxrwxrwx   51 ryanlai  admin        1632  9 10 18:00 .
-rw-r-----    1 ryanlai  admin         256  9 10 18:00 binlog.index
-rw-r-----    1 ryanlai  admin  1073742006  9 10 18:00 binlog.000019
-rw-r-----    1 ryanlai  admin  1073742006  9 10 17:07 binlog.000018
-rw-r-----    1 ryanlai  admin  1073742163  9 10 16:12 binlog.000017
-rw-r-----    1 ryanlai  admin  1073741930  9 10 15:05 binlog.000016
-rw-r-----    1 ryanlai  admin  1073742113  9 10 14:26 binlog.000015
-rw-r-----    1 ryanlai  admin     8585216  9 10 14:12 #ib_16384_1.dblwr
drwxr-x---    6 ryanlai  admin         192  9 10 13:42 ryan_demo_db
-rw-r-----    1 ryanlai  admin    12582912  9 10 10:10 ibtmp1
-rw-r-----    1 ryanlai  admin        4441  9 10 10:09 MacBook-Pro-76.local.err
-rw-r-----    1 ryanlai  admin           6  9 10 10:09 MacBook-Pro-76.local.pid
-rw-r-----    1 ryanlai  admin         156  9 10 10:09 binlog.000014
drwxr-x---   12 ryanlai  admin         384  9 10 10:09 #innodb_temp
-rw-r-----    1 ryanlai  admin        3664  9  9 12:43 binlog.000013
drwxr-x---    2 ryanlai  admin          64  9  5 15:36 mydatabase
drwxr-x---    5 ryanlai  admin         160  9  3 16:33 my_database
-rw-r-----    1 ryanlai  admin           6  9  3 14:08 MacBook-Pro-76.pid
-rw-r-----    1 ryanlai  admin         156  9  3 14:08 binlog.000012
-rw-r-----    1 ryanlai  admin         156  9  3 13:41 binlog.000011
-rw-r-----    1 ryanlai  admin         156  9  3 11:16 binlog.000010
-rw-r-----    1 ryanlai  admin         156  9  3 11:08 binlog.000009
-rw-r-----    1 ryanlai  admin         156  9  3 10:58 binlog.000008
-rw-r-----    1 ryanlai  admin         200  9  3 10:54 binlog.000007
-rw-r-----    1 ryanlai  admin        8709  9  3 10:39 ib_buffer_pool
-rw-r-----    1 ryanlai  admin         179  9  3 10:39 binlog.000006
-rw-r-----    1 ryanlai  admin           6  9  2 12:49 mysql_upgrade_info
drwxrwxrwx    8 ryanlai  admin         256  9  2 12:49 mysql
-rw-r-----    1 ryanlai  admin        5905  9  2 12:48 MacBook-Pro-76.err
-rw-r-----    1 ryanlai  admin         346  9  2 12:48 binlog.000005
drwxrwxrwx  112 ryanlai  admin        3584  7 10 12:57 performance_schema
drwxrwxr-x   11 ryanlai  admin         352  6 16 11:53 ..
drwxrwxrwx    3 ryanlai  admin          96  3 31  2019 sys
-rw-r-----    1 _mysql   admin         592  7 17  2018 Ryande-Air.err
-rw-r-----    1 ryanlai  admin          56  7 17  2018 auto.cnf
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin         452  7 17  2018 public_key.pem
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin        1680  7 17  2018 private_key.pem
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin        1112  7 17  2018 client-cert.pem
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin        1676  7 17  2018 client-key.pem
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin        1112  7 17  2018 server-cert.pem
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin        1676  7 17  2018 server-key.pem
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin        1112  7 17  2018 ca.pem
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin        1680  7 17  2018 ca-key.pem    

可以看到除了information_schema這個系統資料庫外(MySQL的工程師特殊處理)，其他資料庫在資料目錄下都有對應的子目錄。

再看到ryan_demo_db資料庫裏面

(base) ➜  mysql cd ryan_demo_db 
(base) ➜  ryan_demo_db ls -alt
total 1794592
-rw-r-----   1 ryanlai  admin  901775360  9 10 18:27 per2.ibd
drwxrwxrwx  51 ryanlai  admin       1632  9 10 18:00 ..
-rw-r-----   1 ryanlai  admin   11534336  9 10 13:56 single_table.ibd
drwxr-x---   6 ryanlai  admin        192  9 10 13:42 .
-rw-r-----   1 ryanlai  admin     114688  9  7 16:29 ryan_demo2_table.ibd
-rw-r-----   1 ryanlai  admin     114688  9  7 15:40 ryan_demo_table.ibd

卻沒有看到子目錄裡面並沒有db.opt的檔案(因為我是Mysql8.0版本)。

表

我們的資料其實都是以紀錄的形式插入到表中。
表的資訊有兩個部分：

1. 表結構定義。表的名稱是什麼、表有多少列、每列的資料類型是什麼、有什麼限制條件跟索引、用什麼字元集和比較規則等資訊。

2. 表中的資料

這些描述表結構的資訊會在對應的資料庫子目錄下(ex:/usr/local/var/mysql/ryan_demo_db)創建.frm檔來保存(但一樣在Mysql8.0移除了)。

而表中的資料在不同的儲存引擎會有不同的方式。
Innodb
設計Innodb的工程師提出了表格空間(檔案空間)的概念。這是一個抽象概念，它可以對應檔案系統上一個或多個真實檔案(不同表格空間對應的檔案數量可能不同)。每個表格空間被劃分為很多頁，表資料就存放在表格空間下的頁裡面。
表格空間有幾種類型

1. 系統表格空間：可以在資料目錄裡面看到一個名為ibdata1，大小為12MB的檔案(不夠用會自行擴充)，這個檔案就是對應的系統表格空間在檔案系統裡的表示

(base) ➜  mysql ls -alt
total 12608648
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin    50331648  9 10 18:27 ib_logfile0
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin    27262976  9 10 18:27 undo_002
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin    27262976  9 10 18:27 undo_001
-rw-r-----    1 ryanlai  admin      196608  9 10 18:27 #ib_16384_0.dblwr
-rwxrwxrwx    1 ryanlai  admin    12582912  9 10 18:27 ibdata1

2. 獨立表格空間：

(base) ➜  ryan_demo_db ls -alt
total 1794592
-rw-r-----   1 ryanlai  admin  901775360  9 10 18:27 per2.ibd
drwxrwxrwx  51 ryanlai  admin       1632  9 10 18:00 ..
-rw-r-----   1 ryanlai  admin   11534336  9 10 13:56 single_table.ibd
drwxr-x---   6 ryanlai  admin        192  9 10 13:42 .
-rw-r-----   1 ryanlai  admin     114688  9  7 16:29 ryan_demo2_table.ibd
-rw-r-----   1 ryanlai  admin     114688  9  7 15:40 ryan_demo_table.ibd

這裡每一個.ibd檔案就是對應的獨立表格空間在檔案系統裡的表示(一個table一個.ibd檔)
補充說明，可以由啟動選項innodb_file_per_table決定是否要將表資料儲存在系統表格空間(innodb_file_per_table=0)還是獨立表格空間(innodb_file_per_table=1)。

3. 其他類型的表格空間：
   像是通用表格空間、undo表格空間、臨時表格空間等，不贅述，有用到再提。

MyISAM
主要差異是，Innodb資料和索引是同一回事，但MyISAM是分開的，在檔案系統會是用不同的檔案來存放資料和索引。MyISAM也沒有表格空間一說，資料和索引就存放在對應的資料庫目錄下。
我的MyISAM資料庫(Mysql8.0)如下

(base) ➜  mysql cd my_database 
(base) ➜  my_database ls -alt
total 16
drwxrwxrwx  51 ryanlai  admin  1632  9 13 13:22 ..
-rw-r-----   1 ryanlai  admin  1024  9  3 16:33 new_table.MYI
drwxr-x---   5 ryanlai  admin   160  9  3 16:33 .
-rw-r-----   1 ryanlai  admin     0  9  3 16:33 new_table.MYD
-rw-r-----   1 ryanlai  admin  2786  9  3 16:33 new_table_892.sdi

.MYD就是表的資料檔案(使用者紀錄)，.MYI表示表的索引檔案，.sdi就是表的結構(Mysql8.0版本以前是.frm檔)。

讓程式順利運行額外的資料

1. 伺服器處理程序檔案：每運行一個mysql伺服器程式，都表示啟動一個處理程序，Mysql會把自己的處理程序ID寫入到這個檔案中
2. 伺服器紀錄檔：像是查詢紀錄、錯誤紀錄、二進位紀錄、redo紀錄等(之後會一一說明，先大概知道就好)。
3. SSL和RSA證書與金鑰檔案：主要是為了client與server通訊而創建的檔案，一樣有個概念就好。

檔案系統對資料庫的影響

因為Mysql資料都是存在檔案系統的，因此就不得不受到檔案系統的一些限制。

1. 資料庫和表名稱不得超過檔案系統所允許的最大長度
2. 特殊字元的問題。為了避免特殊字元檔案系統不支援的情況，Mysql會把資料庫和表名稱中所有除了數字和拉丁字母以外的任何字元都映射成@+編碼值的形式，並將其作為檔案名稱。舉個例子：假設表名稱為'test?'，由於?不屬於數字或拉丁字母，會被映射成@+編碼值，所以表對應的.sdi(or .frm)的名稱就變成了test@003f.sdi(or test@003f.frm)
3. 檔案長度受限於檔案系統最大長度

Mysql系統資料庫介紹

mysql> show databases;
+--------------------+
| Database           |
+--------------------+
| information_schema |
| my_database        |
| mydatabase         |
| mysql              |
| performance_schema |
| ryan_demo_db       |
| sys                |
+--------------------+
7 rows in set (0.07 sec)

• mysql。很重要，儲存了使用者帳戶及權限資訊、一些預存程序和事件的定義資訊、運行過程中產生的紀錄檔、一些說明資訊及時區資訊等
• information_schema。保存著伺服器維護的所有其他資料庫資訊，比如有那些表、那些視圖、那些觸發器、那些列、那些索引等
• performance_schema。運行過程中的狀態資訊(最近執行了那些敘述、執行過程中每階段花費多久時間、記憶體的使用情況)
• sys。透過視圖的方式把information_schema及performance_schema結合起來，讓開發人員更好理解性能資訊。