InnoDB表存储结构及keyring加密

ibdata是InnoDB最重要的系统表空间文件，它记录了InnoDB的核心信息，包括事务系统信息、元数据信息，记录InnoDB change buffer的btree，防止数据损坏的double write buffer等等关键信息。

InnoDB逻辑存储空间称为表空间，表是由段（segment）、区（extent）、页（page）组成。

表空间：所有数据都被逻辑地存放在一个空间中，被称为表空间。默认情况下InnoDB存储空间有一个共享表空间ibdata1，所有数据都存放在这个表空间内。如果想单独存放在一个表空间，需要启动参数innodb_file_per_table。单独表空间只存放数据、索引和插入缓冲，其他的数据，如撤销信息、系统事务信息、二次写缓冲等还是存放在原来的共享表空间。

段空间：常见的段有数据段、索引段、回滚段。因为InnoDB存储引擎是索引组织的，因此数据即索引，索引即数据。所以数据段即B+树的页节点，索引段即B+树的非索引节点。

区空间;区是由64个连续的页组成，每个页大小为16KB，则一个区为1MB。对于大的数据段，InnoDB最多可以申请4个区。启用innodb_file_per_table后，创建的表默认大小是96KB，按照区是64个连续的页，不应该是1MB才对嘛，其实因为每个段开始有32个页大小的碎片页存放数据，使用完这些页才对64个连续页申请。

页空间：页是InnoDB磁盘管理的最小单位，页的大小是16KB。

行：InnoDB存储引擎是面向行的，数据按行进行存放。

InnoDB物理存储结构，从物理意义上来看，InnoDB表由共享表空间、日志文件组（Redo文件组）、表结构定义文件组成。每个表单独产生一个表空间文件，以ibd结尾，数据、索引、表的内部信息都保存在这个单独的表空间文件中。表结构定义文件已frm结尾，这个文件与存储引擎无关，任何存储引擎的表结构定义文件都一样，为.frm文件.

.ibd文件页介绍

第1个Page类型为FIL_PAGE_TYPE_FSP_HDR，在创建一个新的表空间时进行初始化(fsp_header_init)，该page同时用于跟踪随后的256个Extent(约256MB文件大小)的空间管理，所以每隔256MB就要创建一个类似的数据页，类型为FIL_PAGE_TYPE_XDES ，XDES Page除了文件头部外，其他都和FSP_HDR页具有相同的数据结构，可以称之为Extent描述页，每个Extent占用40个字节，一个XDES Page最多描述256个Extent。

第2个page类型为FIL_PAGE_IBUF_BITMAP，主要用于跟踪随后的每个page的change buffer信息，使用4个bit来描述每个page的change buffer信息。

第3个page的类型为FIL_PAGE_INODE，用于管理数据文件中的segement，每个索引占用2个segment，分别用于管理叶子节点和非叶子节点。每个inode页可以存储FSP_SEG_INODES_PER_PAGE（默认为85）个记录。

Keyring:对于加密页，除了数据部分被替换成加密数据外，其他部分和大多数表都是一样的结构。

加解密的逻辑和Transparent Compression类似，在写入文件前加密(os_file_encrypt_page --> Encryption::encrypt)，在读出文件时解密数据(os_file_io_complete --> Encryption::decrypt)

秘钥信息存储在ibd文件的第一个page中（fsp_header_init --> fsp_header_fill_encryption_info），当执行SQL ALTER INSTANCE ROTATE INNODB MASTER KEY时，会更新每个ibd存储的秘钥信息(fsp_header_rotate_encryption)

加密函数在mysql-5.7.20\mysql-5.7.20\storage\innobase\os0file.cc文件中的Encryption::encrypt和Encryption::decrypt两个函数中定义。