从0开始写数据库-01-数据存储格式

本篇介绍MyBase数据库中数据文件、记录存储的格式。可以在 https://github.com/zhangqhn/mybase 下载到MyBase项目源码。

1. 数据存储位置

    通常数据库服务都会有配置文件,数据存储在配置文件指定的目录。MyBase的原则是尽量以最简单的方式实现,故MyBase不包含配置文件,数据存储在程序执行的目录。每个表用一个文件存储,表名为文件名,扩展名为 dat,如:创建一个test表,则在执行目录下创建一个test.dat 文件用来存储列信息及表中的所有数据。

2. 数据文件的组成结构

    与大多数数据库文件相同,MyBase的表文件由一个个大小相同的页组成,每个页大小为4K。第一个页是元信息页,存储表的所有列信息;其他页为数据页,存储写入的数据。

图1 表文件布局

3. MyBase元信息页结构

    MyBase元信息页由表信息和列信息数组组成:

列信息

    表信息中包含文件标识字符串(MYBASE 1)以及表包含的列信息。

列数组

    列数组包含表中所有的列名即数据类型,一个表最多包含15个列。

3.1 元信息页实例

    运行MyBase并使用如下的SQL建表:

create table test(id int, name string, score double)

使用二进制工具打开test.dat文件,元信息页数据如下:

图2 元信息页实例

在上图中,从上到下蓝色标记框的意义分别如下:

位置内容意义

4D 59 42 41 53 45 20 31 00  字符串 MYBASE 1,用来标记文件版本

03 00 00 00   表包含3个列

69 64 00   第一个列的列名为 id

01 00 00 00   第一个列的类型为 1 即 int

6E 61 6D 65 00   第二个列的列名为 name

03 00 00 00   第二个列的类型为 3 即 string

73 63 6F 72 65 00   第三个列的列名为 score

02 00 00 00   第三个列的类型为 2 即 double

4. MyBase数据页结构

通过前面的介绍,我们已经知道页是MyBase数据文件的组成单位。MyBase的数据页不包含索引,即:数据以类似于数组的形式存储,任何查询都需要扫描所有的数据。这样的设计能大大降低代码的复杂度,减少代码量,也复合MyBase作为学习型项目的定位。

MyBase数据页由以下几个部分组成:

页头

    包含页号、记录条数、空闲字节数以及碎片字节数,页头大小16字节。

记录偏移列表

    存储对应记录的偏移位置,每个单元2字节,具体取值见后文示例。

记录数据

    存储实际的数据。

 数据页结构如下所示:

图3 数据页结构

5. 行记录格式

MyBase数据记录以行的形式存储,也就是数据页中保存着表中一行行的数据。

数据总长度第一列类型第一列值第二列类型第二列值

数据总长度为1字节,即一条数据最长不超过255字节。列信息为1字节,列值的长度由列类型决定。

列类型示例:以上面创建的表test为例,插入一条数据:

insert into test(id, name, score) values(1, 'zhangsan', 85)

使用二进制打开test.dat文件,第一个数据页内容如下:

图4 数据页内容

第一行分别代表,当前页号为1, 存储了1条数据,空闲字节为0x0FD1即4049字节。

第二行 E3 0F 代表,第一条数据相对于本页的偏移为 0x0FE3 即第一条数据存储在0x1FE3位置开始。

数据内容:

1D   代表本条数据长度为0x1D即29字节。

01   代表第一列值类型为int。

01 00 00 00 00 00 00 00   代表一个8字节整型,值为1。

03   代表第二列值类型为string。

08   代表字符串长度为8字节。

7A 68 61 6E 67 73 61 6E   代表第二列字符串值 zhangsan。

02  代表第三列值类型为double。

00 00 00 00 00 40 55 40   代表第三列值为 85。

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