深入了解MongoDB是如何存储数据的

前言

本文主要介绍了关于MongoDB存储数据的相关内容，分享出来供大家参考学习，下面来一起看看详细的介绍：

想要深入了解MongoDB如何存储数据之前，有一个概念必须清楚，那就是Memeory-Mapped Files。

Memeory-Mapped Files

下图展示了数据库是如何跟底层系统打交道的。

• 内存映射文件是OS通过mmap在内存中创建一个数据文件，这样就把文件映射到一个虚拟内存的区域。
• 虚拟内存对于进程来说，是一个物理内存的抽象，寻址空间大小为2^64
• 操作系统通过mmap来把进程所需的所有数据映射到这个地址空间(红线)，然后再把当前需要处理的数据映射到物理内存(灰线)
• 当进程访问某个数据时，如果数据不在虚拟内存里，触发page fault，然后OS从硬盘里把数据加载进虚拟内存和物理内存
• 如果物理内存满了，触发swap-out操作，这时有些数据就需要写回磁盘，如果是纯粹的内存数据，写回swap分区，如果不是就写回磁盘。

MongoDB的存储模型

• 有了内存映射文件，要访问的数据就好像都在内存里面，简单化了MongoDB访问和修改数据的逻辑
• MongoDB读写都只是和虚拟内存打交道，剩下都交给OS打理
• 虚拟内存大小=所有文件大小+其他一些开销(连接，堆栈)
• 如果journal开启，虚拟内存大小差不多翻番
• 使用MMF的好处1：不用自己管理内存和磁盘调度2：LRU策略3：重启过程中，Cache依然在。
• 使用MMF的坏处1：RAM使用会受磁盘碎片的影响，高预读也会影响2：无法自己优化调度算法，只能使用LRU

• 磁盘上的文件是有extent构成，分配集合空间的时候也是以extent为单位进行分配的
• 一个集合有一个或者多个etent
• ns文件里面命名空间记录指向那个集合的第一个extent

数据文件与空间分配

当创建数据库时(其实MongoDB没有显式创建数据库的方法，在向数据库中的集合写入数据时会自动创建该数据库)，MongoDB会在磁盘上分配一组数据文件，所有集合，索引和数据库的其他元数据都保存在这些文件里。数据文件被放在启动时指定的dbpath里，默认放入/data/db下面。典型的一个文件组织结构如下：

$ cat /data/db
$ ls -al
-rw——- 1 root root 16777216 09-18 00:54 local.ns
-rw——- 1 root root 67108864 09-18 00:54 local.0
-rw——- 1 root root 2146435072 09-18 00:55 local.1
-rw——- 1 root root 2146435072 09-18 00:56 local.2
-rw——- 1 root root 2146435072 09-18 00:57 local.3
-rw——- 1 root root 2146435072 09-18 00:58 local.4
-rw——- 1 root root 2146435072 09-18 00:59 local.5
-rw——- 1 root root 2146435072 09-18 01:01 local.6
-rw——- 1 root root 2146435072 09-18 01:02 local.7
-rw——- 1 root root 2146435072 09-18 01:03 local.8
-rw——- 1 root root 2146435072 09-18 01:04 local.9
-rw——- 1 root root 2146435072 09-18 01:05 local.10
-rw——- 1 root root 16777216 09-18 01:06 test.ns
-rw——- 1 root root 67108864 09-18 01:06 test.0
-rw——- 1 root root 134217728 09-18 01:06 test.1
-rw——- 1 root root 268435456 09-18 01:06 test.2
-rw——- 1 root root 536870912 09-18 01:06 test.3
-rw——- 1 root root 1073741824 09-18 01:07 test.4
-rw——- 1 root root 2146435072 09-18 01:07 test.5
-rw——- 1 root root 2146435072 09-18 01:09 test.6
-rw——- 1 root root 2146435072 09-18 01:11 test.7
-rw——- 1 root root 2146435072 09-18 01:13 test.8
…
-rwxr-xr-x 1 root root 6 09-18 13:54 mongod.lock
drwxr-xr-x 2 root root 4096 11-13 18:39 journal
drwxr-xr-x 2 root root 4096 11-13 19:02 _tmp