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MySQL源码分析(1):主要模块及数据流

原创 MySQL 作者:jacobxian 时间:2015-09-06 15:09:46 0 删除 编辑

作者: Yuan Zhou (Intel) (7 篇文章) 日期: 九月 1, 2010 在 11:49 上午

主要模块及数据流
经过多年的发展,mysql的主要模块已经稳定,基本不会有大的修改。本文将对MySQL的整体架构及重要目录进行讲述。

  1. 源码结构(MySQL-5.5.0-m2)
    • BUILD: 内含在各个平台、各种编译器下进行编译的脚本。如compile-pentium-debug表示在pentium架构上进行编译的脚本。
    • Client: 客户端工具,如mysql, mysqladmin之类。
    • Cmd-line-utils: readline, libedit工具。
    • Config: 给aclocal使用的配置文件。
    • Dbug: 提供一些调试用的宏定义。
    • Extra: 提供innochecksum,resolveip等额外的小工具。
    • Include: 包含的头文件
    • Libmysql: 库文件,生产libmysqlclient.so。
    • Libmysql_r: 线程安全的库文件,生成libmysqlclient_r.so。
    • Libservices: 5.5.0中新加的目录,实现了打印功能。
    • Man: 手册页。
    • Mysql-test: mysqld的测试工具一套。
    • Mysys: 为跨平台计,MySQL自己实现了一套常用的数据结构和算法,如string, hash等。
    • Netware: 在netware平台上进行编译时需要的工具和库。
    • Plugin: mysql以插件形式实现的部分功能。
    • Pstack: 异步栈追踪工具。
    • Regex: 正则表达式工具。
    • Scripts: 提供脚本工具,如mysql_install_db等
    • Sql: mysql主要代码,将会生成mysqld文件。
    • Sql-bench: 一些评测代码。
    • Sql-common: 存放部分服务器端和客户端都会用到的代码。
    • Storage: 存储引擎所在目录,如myisam, innodb, ndb等。
    • Strings: string库。
    • Support-files: my.cnf示例配置文件。
    • Tests: 测试文件所在目录。
    • Unittest: 单元测试。
    • Vio: virtual io系统,是对network io的封装。
    • Win: 给windows平台提供的编译环境。
    • Zip: zip库工具
  2. 主要数据结构
    • THD 线程描述符(sql/sql_class.h)

      包含处理用户请求时需要的相关数据,每个连接会有一个线程来处理,在一些高层函数中,此数据结构常被当作第一个参数传递。
      NET   net; // 客户连接描述符
      Protocol *protocol; // 当前的协议
      Protocol_text   protocol_text; // 普通协议
      Protocol_binary protocol_binary; // 二进制协议
      HASH    user_vars; //用户变量的hash值
      String  packet; // 网络IO时所用的缓存
      String  convert_buffer;               // 字符集转换所用的缓存
      struct  sockaddr_in remote; //客户端socket地址

      THR_LOCK_INFO lock_info; // 当前线程的锁信息
      THR_LOCK_OWNER main_lock_id; // 在旧版的查询中使用
      THR_LOCK_OWNER *lock_id; //若非main_lock_id, 指向游标的lock_id
      pthread_mutex_t LOCK_thd_data; //thd的mutex锁,保护THD数据(thd->query, thd->query_length)不会被其余线程访问到。

      Statement_map stmt_map; //prepared statements和stored routines 会被重复利用
      int insert(THD *thd, Statement *statement); // statement的hash容器
      class Statement::
      LEX_STRING name; /* prepared statements的名字 */
      LEX *lex; //语法树描述符
      bool set_db(const char *new_db, size_t new_db_len)
      void set_query(char *query_arg, uint32 query_length_arg);
      {
      pthread_mutex_lock(&LOCK_thd_data);
      set_query_inner(query_arg, query_length_arg);
      pthread_mutex_unlock(&LOCK_thd_data);
      }

    • NET 网络连接描述符(sql/mysql_com.h)

      网络连接描述符,对内部数据包进行了封装,是client和server之间的通信协议。

      Vio *vio; //底层的网络I/O socket描述符
      unsigned char *buff,*buff_end,*write_pos,*read_pos; //缓存相关
      unsigned long remain_in_buf,length, buf_length, where_b;
      unsigned long max_packet,max_packet_size; //当前值;最大值
      unsigned int pkt_nr,compress_pkt_nr; //当前(未)压缩包的顺序值
      my_bool compress; //是否压缩
      unsigned int write_timeout, read_timeout, retry_count; //最大等待时间
      unsigned int *return_status; //thd中的服务器状态
      unsigned char reading_or_writing;
      /*1 代表读, 2 代表写, 0代表无状态 */
      unsigned int last_errno; //返回给客户端的错误号
      unsigned char error;
      /*0:执行成功
      1:在协议层有逻辑错误
      2:系统调用或标准库出错
      3:特例,表示缓存不能装下当前这么大的包
      */

    • TABLE 数据库表描述符(sql/table.h)

      数据库表描述符,分成TABLE和TABLE_SHARE两部分。
      handler *file; //指向这张表在storage engine中的handler的指针
      THD *in_use;  /* 使用这张表的thread号 */
      Field **field; /* 指向数据域的指针*/
      uchar *record[2]; /* 指向记录的指针*/
      uchar *write_row_record; /* 在THD::write_row中用来做优化 */
      uchar *insert_values;                  /* INSERT ... UPDATE语句用 */
      /*
      可用来直接获取表中数据而不用读取行的当前key的映射值
      */
      key_map covering_keys;
      key_map quick_keys, merge_keys;
      key_map keys_in_use_for_query;
      /* 可用以生成GROUP BY结果的key映射值 */
      key_map keys_in_use_for_group_by;
      /* 可用以生成ORDER BY 结果的key映射值 */
      key_map keys_in_use_for_order_by;
      KEY  *key_info; /* 数据库中key的信息*/

      HASH name_hash; //数据域名字的hash值
      MEM_ROOT mem_root; //内存块
      LEX_STRING db;
      LEX_STRING table_name;
      LEX_STRING table_cache_key;
      enum db_type db_type //当前表的storage engine类型
      enum row_type row_type //当前记录是定长还是变长
      uint primary_key;
      uint next_number_index; //自动增长key的值
      bool is_view ;
      bool crashed;

    • FIELD 字段描述符(sql/field.h)

      域描述符,是各种字段的抽象基类。
      uchar *ptr; // 记录中数据域的位置
      uchar *null_ptr; // 记录 null_bit 位置的byte
      TABLE *table;           // 指向表的指针
      TABLE *orig_table;       // 指向原表的指针
      const char **table_name, *field_name;
      LEX_STRING comment;
      /* 数据域是下列key的一部分 */
      key_map key_start, part_of_key, part_of_key_not_clustered;
      key_map       part_of_sortkey;
      /*各种数据域的类型*/
      enum utype  { NONE,DATE,SHIELD,NOEMPTY,CASEUP,PNR,BGNR,PGNR,YES,NO,REL,
      CHECK,EMPTY,UNKNOWN_FIELD,CASEDN,NEXT_NUMBER,INTERVAL_FIELD,
      BIT_FIELD, TIMESTAMP_OLD_FIELD, CAPITALIZE, BLOB_FIELD,
      TIMESTAMP_DN_FIELD, TIMESTAMP_UN_FIELD, TIMESTAMP_DNUN_FIELD};
      …..
      virtual int  store(const char *to, uint length,CHARSET_INFO *cs)=0;
      inline String *val_str(String *str) { return val_str(str, str); }

    • Utility API Calls 各种API

      各种核心的工具,例如内存分配,字符串操作或文件管理。标准C库中的函数只使用了很少一部分,C++中的函数基本没用。
      void *my_malloc(size_t size, myf my_flags) //对malloc的封装
      size_t my_write(File Filedes, const uchar *Buffer, size_t Count, myf MyFlags) //对write的封装

    • Preprocessor Macros 处理器宏

      Mysql中使用了大量的C预编译,随编译参数的不同最终代码也不同。
      #define max(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b)) //得出两数中的大者

      do \
      { \
      char compile_time_assert[(X) ? 1 : -1] \
      __attribute__ ((unused)); \
      } while(0)
      使用gcc的attribute属性指导编译器行为
      ? Global variables 全局变量
      ? configuration settings
      ? server status information
      ? various data structures shared among threads
      主要包括一些全局的设置,服务器信息和部分线程间共享的数据结构。
      struct system_status_var global_status_var; //全局的状态信息
      struct system_variables global_system_variables; //全局系统变量

  3. 主要调用流程
    1. MySQL启动

      主要代码在sql/mysqld.cc中,精简后的代码如下:
      int main(int argc, char **argv) //标准入口函数
      MY_INIT(argv[0]); //调用mysys/My_init.c->my_init(),初始化mysql内部的系统库
      logger.init_base(); //初始化日志功能
      init_common_variables(MYSQL_CONFIG_NAME,argc, argv, load_default_groups) //调用load_defaults(conf_file_name, groups, &argc, &argv),读取配置信息
      user_info= check_user(mysqld_user);//检测启动时的用户选项
      set_user(mysqld_user, user_info);//设置以该用户运行
      init_server_components();//初始化内部的一些组件,如table_cache, query_cache等。
      network_init();//初始化网络模块,创建socket监听
      start_signal_handler();// 创建pid文件
      mysql_rm_tmp_tables() || acl_init(opt_noacl)//删除tmp_table并初始化数据库级别的权限。
      init_status_vars(); // 初始化mysql中的status变量
      start_handle_manager();//创建manager线程
      handle_connections_sockets();//主要处理函数,处理新的连接并创建新的线程处理之

    2. 监听接收链接

      主要代码在sql/mysqld.cc中,精简后的代码如下:
      THD *thd;
      FD_SET(ip_sock,&clientFDs); //客户端socket
      while (!abort_loop)
      readFDs=clientFDs;
      if (select((int) max_used_connection,&readFDs,0,0,0) error && net->vio != 0 &&
      !(thd->killed == THD::KILL_CONNECTION))
      {
      if(do_command(thd)) //处理客户端发出的命令
      break;
      }
      end_connection(thd);
      }

    3. 预处理连接

      thread_count++;//增加当前连接的线程
      thread_scheduler.add_connection(thd);
      for (;;) {
      lex_start(thd);
      login_connection(thd);          // 认证
      prepare_new_connection_state(thd); //初始化thd描述符
      while(!net->error && net->vio != 0 &&
      !(thd->killed == THD::KILL_CONNECTION))
      {
      if(do_command(thd)) //处理客户端发出的命令
      break;
      }
      end_connection(thd);
      }

    4. 处理

      do_command在sql/sql_parse.cc中:读取客户端传递的命令并分发。
      NET *net= &thd->net;
      packet_length= my_net_read(net);
      packet= (char*) net->read_pos;
      command= (enum enum_server_command) (uchar) packet[0]; //从net结构中获取命令
      dispatch_command(command, thd, packet+1, (uint) (packet_length-1));//分发命令
      在dispatch_command函数中,根据命令的类型进行分发。
      thd->command=command;
      switch( command ) {
      case COM_INIT_DB: ...;
      case COM_TABLE_DUMP: ...;
      case COM_CHANGE_USER: ...;
      ….
      case COM_QUERY: //如果是查询语句
      {
      alloc_query(thd, packet, packet_length)//thd->set_query(query, packet_length);
      mysql_parse(thd, thd->query(), thd->query_length(), &end_of_stmt);
      // 解析查询语句
      ….
      }

      在mysql_parse函数中,
      lex_start(thd);
      if (query_cache_send_result_to_client(thd, (char*) inBuf, length) sql_command

      在mysql_execute_command中,根据命令类型,转到相应的执行函数。
      switch (lex->sql_command) {
      LEX  *lex= thd->lex;
      TABLE_LIST *all_tables;
      case SQLCOM_SELECT:
      check_table_access(thd, lex->exchange ? SELECT_ACL | FILE_ACL :  SELECT_ACL,  all_tables, UINT_MAX, FALSE);     //检查用户权限
      execute_sqlcom_select(thd, all_tables); //执行select命令
      break;

      case SQLCOM_INSERT:
      { res= insert_precheck(thd, all_tables) //rights
      mysql_insert(thd, all_tables, lex->field_list, lex->many_values,
      lex->update_list, lex->value_list,
      lex->duplicates, lex->ignore);
      break;
      在execute_sqlcom_select函数中,
      res= open_and_lock_tables(thd, all_tables)//directly and indirectly
      res= handle_select(thd, lex, result, 0);

      handle_select在sql_select.cc中,调用mysql_select ,在mysql_select中,
      join->prepare();//Prepare of whole select (including sub queries in future).
      join->optimize();//global select optimisation.
      join->exec();//

      在mysql_insert函数中,
      open_and_lock_tables(thd, table_list)
      mysql_prepare_insert(); //prepare item in INSERT statment
      while ((values= its++))
      write_record(thd, table ,&info);//写入新的数据

      在write_record函数中,
      table->file->ha_write_row(table->record[0])
      ha_write_row在Handler.cc中,只是一个接口
      write_row(buf); //调用表存储所用的引擎

    当客户端链接上mysql服务端时,系统为其分配一个链接描述符thd,用以描述客户端的所有信息,将作为参数在各个模块之间传递。一个典型的客户端查询在MySQL的主要模块之间的调用关系如下图所示:

    当mysql启动完毕后,调用handle_connection_sockets等待客户端连接。当客户端连接上服务器时,服务处理函数将接受连接,会为其创建链接线程,并进行认证。如认证通过,每个连接线程将会被分配到一个线程描述符thd,可能是新创建的,也可能是从cached_thread线程池中复用的。该描述符包含了客户端输入的所有信息,如查询语句等。服务器端会层层解析命令,根据命令类型的不同,转到相应的sql执行函数,进而给传递给下层的存储引擎模块,处理磁盘上的数据库文件,最后将结果返回。执行完毕后thd将被加入cached_thread中。

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