mongodb内核源码实现、性能调优、最佳运维实践系列-command命令处理模块源码实现一
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前滴滴出行技术专家，现任OPPO 文档数据库 mongodb 负责人，负责 oppo 千万级峰值 TPS/ 十万亿级数据量文档数据库 mongodb 内核研发及运维工作，一直专注于分布式缓存、高性能服务端、数据库、中间件等相关研发。后续持续分享《 MongoDB 内核源码设计、性能优化、最佳运维实践》， Github 账号地址 : https://github.com/y123456yz
1. 背景
<<transport_layer 网络传输层模块源码实现 >> 中分享了 mongodb 内核底层网络 IO 处理相关实现，包括套接字初始化、一个完整 mongodb 报文的读取、获取到 DB 数据发送给客户端等。 Mongodb 支持多种增、删、改、查、聚合处理、 cluster 处理等操作，每个操作在内核实现中对应一个 command ，每个 command 有不同的功能， mongodb 内核如何进行 command 源码处理将是本文分析的重点
此外，mongodb 提供了 mongostat 工具来监控当前集群的各种操作统计。 Mongostat 监控统计如下图所示：
其中，insert 、 delete 、 update 、 query 这四项统计比较好理解，分别对应增、删、改、查。但是， comand 、 getmore 不是很好理解， command 代表什么统计？ getMore 代表什么统计？，这两项相对比较难理解。
此外，通过本文字分析，我们将搞明白这六项统计的具体含义，同时弄清这六项统计由那些操作进行计数。
Command 命令处理模块分为： mongos 操作命令、 mongod 操作命令、 mongodb 集群内部命令，具体定义如下 :
① mongos 操作命令，客户端可以通过 mongos 访问集群相关的命令。
② mongod 操作命令：客户端可以通过 mongod 复制集和 cfg server 访问集群的相关命令。
③ mongodb 集群内部命令： mongos 、 mongod 、 mongo-cfg 集群实例之间交互的命令。
Command 命令处理模块核心代码实现如下：
《command 命令处理模块源码实现》相关文章重点分析命令处理模块核心代码实现，也就是上面截图中的命令处理源码文件实现。
2. <<transport_layer 网络传输层模块源码实现 >> 衔接回顾
<<transport_layer 网络传输层模块源码实现三 >> 一文中，我们对 service_state_machine 状态机调度子模块进行了分析，该模块中的 dealTask 任务进行 mongodb 内部业务逻辑处理，其核心实现如下：
1. //dealTask处理
2. void ServiceStateMachine::_processMessage(ThreadGuard guard) {
3. ......
4. //command处理、DB访问后的数据通过dbresponse返回
5. DbResponse dbresponse = _sep->handleRequest(opCtx.get(), _inMessage);
6. ......
7. }
上面的_sep 对应 mongod 或者 mongos 实例的服务入口实现，该 _seq 成员分别在如下代码中初始化为 ServiceEntryPointMongod 和 ServiceEntryPointMongod 类实现。 SSM 状态机的 _seq 成员初始化赋值核心代码实现如下：
1. //mongos实例启动初始化
2. static ExitCode runMongosServer() {
3. ......
4. //mongos实例对应sep为ServiceEntryPointMongos
5. auto sep = stdx::make_unique<ServiceEntryPointMongos>(getGlobalServiceContext());
6. getGlobalServiceContext()->setServiceEntryPoint(std::move(sep));
7. ......
8. }
9.
10. //mongod实例启动初始化
11. ExitCode _initAndListen(int listenPort) {
12. ......
13. //mongod实例对应sep为ServiceEntryPointMongod
14. serviceContext->setServiceEntryPoint(
15. stdx::make_unique<ServiceEntryPointMongod>(serviceContext));
16. ......
17. }
18.
19. //SSM状态机初始化
20. ServiceStateMachine::ServiceStateMachine(...)
21. : _state{State::Created},
22. //mongod和mongos实例的服务入口通过这里赋值给_seq成员变量
23. _sep{svcContext->getServiceEntryPoint()},
24. ......
}
通过上面的几个核心接口实现，把mongos 和 mongod 两个实例的服务入口与状态机 SSM( ServiceStateMachine ) 联系起来，最终和下面的 command 命令处理模块关联。
dealTask 进行一次 mongodb 请求的内部逻辑处理，该处理由 _sep->handleRequest( ) 接口实现。由于 mongos 和 mongod 服务入口分别由 ServiceEntryPointMongos 和 ServiceEntryPointMongo d 两个类实现，因此 dealTask 也就演变为如下接口处理：
① mongos 实例： ServiceEntryPointMongos :: handleRequest (...)
② Mongod 实例 : ： ServiceEntryPointMongo d:: handleRequest (...)
这两个接口入参都是OperationContext 和 Message ，分别对应操作上下文、请求原始数据内容。下文会分析 Message 解析实现、 OperationContext 服务上下文实现将在后续章节分析。
Mongod 和 mongos 实例服务入口类都继承自网络传输模块中的 ServiceEntryPointImpl 类，如下图所示：
Tips: mongos 和 mongod 服务入口类为何要继承网络传输模块服务入口类？
原因是一个请求对应一个链接session ，该 session 对应的请求又和 SSM 状态机唯一对应。所有客户端请求对应的 SSM 状态机信息全部保存再 ServiceEntryPointImpl._sessions 成员中，而 command 命令处理模块为 SSM 状态机任务中的 dealTask 任务，通过该继承关系， ServiceEntryPointMongod 和 ServiceEntryPointMongos 子类也就可以和状态机及任务处理关联起来，同时也可以获取当前请求对应的 session 链接信息。
3. Mongodb 协议解析
在《transport_layer 网络传输层模块源码实现二》中的数据收发子模块完成了一个完整 mongodb 报文的接收，一个 mongodb 报文由 Header 头部 +opCode 包体组成，如下图所示：
上图中各个字段说明如下表：
opCode 取值比较多，早期版本中 OP_INSERT 、 OP_DELETE 、 OP_UPDATE 、 OP_QUERY 分别针对增删改查请求， Mongodb 从 3.6 版本开始默认使用 OP_MSG 操作作为默认 opCode ，是一种可扩展的消息格式，旨在包含其他操作码的功能，新版本读写请求协议都对应该操作码。本文以 OP_MSG 操作码对应协议为例进行分析，其他操作码协议分析过程类似， OP_MSG 请求协议格式如下：
1. OP_MSG {
2. //mongodb报文头部
3. MsgHeader header;
4. //位图，用于标识报文是否需要校验 是否需要应答等
5. uint32 flagBits; // message flags
6. //报文内容，例如find write等命令内容通过bson格式存在于该结构中
7. Sections[] sections; // data sections
8. //报文CRC校验
9. optional<uint32> checksum; // optional CRC-32C checksum
}
OP_MSG 各个字段说明如下表：
一个完整OP_MSG 请求格式如下：
除了通用头部header 外，客户端命令请求实际上都保存于 sections 字段中，该字段存放的是请求的原始 bson 格式数据。 BSON 是由 10gen 开发的一个数据格式，目前主要用于 MongoDB 中，是 MongoDB 的数据存储格式。 BSON 基于 JSON 格式，选择 JSON 进行改造的原因主要是 JSON 的通用性及 JSON 的 schemaless 的特性。 BSON 相比JSON 具有以下特性 ：
① Lightweight ( 更轻量级 )
② Traversable ( 易操作 )
③ Efficient ( 高效性能 )
本文重点不是分析bson 协议格式， bson 协议实现细节将在后续章节分享。 bson 协议更多设计细节详见： http://bsonspec.org/
总结：一个完整mongodb 报文由 header+body 组成，其中 header 长度固定为 16 字节， body 长度等于 messageLength -16 。 Header 部分协议解析由 message.cpp 和 message.h 两源码文件实现， body 部分对应的 OP_MSG 类请求解析由 op_msg.cpp 和 op_msg.h 两源码文件实现。
3. mongodb 报文通用头部解析及封装源码实现
Header 头部解析由 src/mongo/util/net 目录下 message.cpp和message.h 两文件完成，该类主要完成通用header 头部和 body 部分的解析、封装。因此报文头部核心代码分为以下两类：
① 报文头部内容解析及封装(MSGHEADER 命名空间实现 )
② 头部和body 内容解析及封装 (MsgData 命名空间实现 )
3.1 mongodb 报文头部解析及封装核心代码实现
mongodb 报文头部解析由 namespace MSGHEADER {...} 实现，该类主要成员及接口实现如下：
1. namespace MSGHEADER {
2. //header头部各个字段信息
3. struct Layout {
4. //整个message长度，包括header长度和body长度
5. int32_t messageLength;
6. //requestID 该请求id信息
7. int32_t requestID;
8. //getResponseToMsgId解析
9. int32_t responseTo;
10. //操作类型：OP_UPDATE、OP_INSERT、OP_QUERY、OP_DELETE、OP_MSG等
11. int32_t opCode;
12. };
13.
14. //ConstView实现header头部数据解析
15. class ConstView {
16. public:
17. ......
18. //初始化构造
19. ConstView(const char* data) : _data(data) {}
20. //获取_data地址
21. const char* view2ptr() const {
22. return data().view();
23. }
24. //TransportLayerASIO::ASIOSourceTicket::_headerCallback调用
25. //解析header头部的messageLength字段
26. int32_t getMessageLength() const {
27. return data().read<LittleEndian<int32_t>>(offsetof(Layout, messageLength));
28. }
29. //解析header头部的requestID字段
30. int32_t getRequestMsgId() const {
31. return data().read<LittleEndian<int32_t>>(offsetof(Layout, requestID));
32. }
33. //解析header头部的getResponseToMsgId字段
34. int32_t getResponseToMsgId() const {
35. return data().read<LittleEndian<int32_t>>(offsetof(Layout, responseTo));
36. }
37. //解析header头部的opCode字段
38. int32_t getOpCode() const {
39. return data().read<LittleEndian<int32_t>>(offsetof(Layout, opCode));
40. }
41.
42. protected:
43. //mongodb报文数据起始地址
44. const view_type& data() const {
45. return _data;
46. }
47. private:
48. //数据部分
49. view_type _data;
50. };
51.
52. //View填充header头部数据
53. class View : public ConstView {
54. public:
55. ......
56. //构造初始化
57. View(char* data) : ConstView(data) {}
58. //header起始地址
59. char* view2ptr() {
60. return data().view();
61. }
62. //以下四个接口进行header填充
63. //填充header头部messageLength字段
64. void setMessageLength(int32_t value) {
65. data().write(tagLittleEndian(value), offsetof(Layout, messageLength));
66. }
67. //填充header头部requestID字段
68. void setRequestMsgId(int32_t value) {
69. data().write(tagLittleEndian(value), offsetof(Layout, requestID));
70. }
71. //填充header头部responseTo字段
72. void setResponseToMsgId(int32_t value) {
73. data().write(tagLittleEndian(value), offsetof(Layout, responseTo));
74. }
75. //填充header头部opCode字段
76. void setOpCode(int32_t value) {
77. data().write(tagLittleEndian(value), offsetof(Layout, opCode));
78. }
79. private:
80. //指向header起始地址
81. view_type data() const {
82. return const_cast<char*>(ConstView::view2ptr());
83. }
84. };
85. }
从上面的header 头部解析、填充的实现类可以看出， header 头部解析由 MSGHEADER::ConstView 实现； header 头部填充由 MSGHEADER::View 完成。实际上代码实现上，通过 offsetof 来进行移位，从而快速定位到头部对应字段。
3.2 mongodb 报文头部 +body 解析封装核心代码实现
Namespace MSGHEADER{...} 命名空间只负责 header 头部的处理， namespace MsgData{...} 命名空间相对 MSGHEADER 命名空间更加完善，除了处理头部解析封装外，还负责 body 数据起始地址维护、 body 数据封装、数据长度检查等。 MsgData 命名空间核心代码实现如下：
1. namespace MsgData {
2. struct Layout {
3. //数据填充组成：header部分
4. MSGHEADER::Layout header;
5. //数据填充组成: body部分,body先用data占位置
6. char data[4];
7. };
8.
9. //解析header字段信息及body其实地址信息
10. class ConstView {
11. public:
12. //初始化构造
13. ConstView(const char* storage) : _storage(storage) {}
14. //获取数据起始地址
15. const char* view2ptr() const {
16. return storage().view();
17. }
18.
19. //以下四个接口间接执行前面的MSGHEADER中的头部字段解析
20. //填充header头部messageLength字段
21. int32_t getLen() const {
22. return header().getMessageLength();
23. }
24. //填充header头部requestID字段
25. int32_t getId() const {
26. return header().getRequestMsgId();
27. }
28. //填充header头部responseTo字段
29. int32_t getResponseToMsgId() const {
30. return header().getResponseToMsgId();
31. }
32. //获取网络数据报文中的opCode字段
33. NetworkOp getNetworkOp() const {
34. return NetworkOp(header().getOpCode());
35. }
36. //指向body起始地址
37. const char* data() const {
38. return storage().view(offsetof(Layout, data));
39. }
40. //messageLength长度检查，opcode检查
41. bool valid() const {
42. if (getLen() <= 0 || getLen() > (4 * BSONObjMaxInternalSize))
43. return false;
44. if (getNetworkOp() < 0 || getNetworkOp() > 30000)
45. return false;
46. return true;
47. }
48. ......
49. protected:
50. //获取_storage
51. const ConstDataView& storage() const {
52. return _storage;
53. }
54. //指向header起始地址
55. MSGHEADER::ConstView header() const {
56. return storage().view(offsetof(Layout, header));
57. }
58. private:
59. //mongodb报文存储在这里
60. ConstDataView _storage;
61. };
62.
63. //填充数据，包括Header和body
64. class View : public ConstView {
65. public:
66. //构造初始化
67. View(char* storage) : ConstView(storage) {}
68. ......
69. //获取报文起始地址
70. char* view2ptr() {
71. return storage().view();
72. }
73.
74. //以下四个接口间接执行前面的MSGHEADER中的头部字段构造
75. //以下四个接口完成msg header赋值
76. //填充header头部messageLength字段
77. void setLen(int value) {
78. return header().setMessageLength(value);
79. }
80. //填充header头部messageLength字段
81. void setId(int32_t value) {
82. return header().setRequestMsgId(value);
83. }
84. //填充header头部messageLength字段
85. void setResponseToMsgId(int32_t value) {
86. return header().setResponseToMsgId(value);
87. }
88. //填充header头部messageLength字段
89. void setOperation(int value) {
90. return header().setOpCode(value);
91. }
92.
93. using ConstView::data;
94. //指向data
95. char* data() {
96. return storage().view(offsetof(Layout, data));
97. }
98. private:
99. //也就是报文起始地址
100. DataView storage() const {
101. return const_cast<char*>(ConstView::view2ptr());
102. }
103. //指向header头部
104. MSGHEADER::View header() const {
105. return storage().view(offsetof(Layout, header));
106. }
107. };
108.
109. ......
110. //Value为前面的Layout，减4是因为有4字节填充data，所以这个就是header长度
111. const int MsgDataHeaderSize = sizeof(Value) - 4;
112.
113. //除去头部后的数据部分长度
114. inline int ConstView::dataLen() const {
115. return getLen() - MsgDataHeaderSize;
116. }
117. } // namespace MsgData
和MSGHEADER 命名空间相比， MsgData 这个 namespace 命名空间接口实现和前面的 MSGHEADER 命名空间实现大同小异。 MsgData 不仅仅处理 header 头部的解析组装，还负责 body 部分数据头部指针指向、头部长度检查、 opCode 检查、数据填充等。其中， MsgData 命名空间中 header 头部的解析构造底层依赖 MSGHEADER 实现。
3.3 Message/DbMessage 核心代码实现
在《transport_layer 网络传输层模块源码实现二》中，从底层 ASIO 库接收到的 mongodb 报文是存放在 Message 结构中存储，最终存放在ServiceStateMachine._inMessage 成员中。
在前面第2 章我们知道 mongod 和 mongso 实例的服务入口接口 handleRequest (...) 中都带有 Message 入参，也就是接收到的 Message 数据通过该接口处理。Message 类主要接口实现如下：
1. //DbMessage._msg成员为该类型
2. class Message {
3. public:
4. //message初始化
5. explicit Message(SharedBuffer data) : _buf(std::move(data)) {}
6. //头部header数据
7. MsgData::View header() const {
8. verify(!empty());
9. return _buf.get();
10. }
11. //获取网络数据报文中的op字段
12. NetworkOp operation() const {
13. return header().getNetworkOp();
14. }
15. //_buf释放为空
16. bool empty() const {
17. return !_buf;
18. }
19. //获取报文总长度messageLength
20. int size() const {
21. if (_buf) {
22. return MsgData::ConstView(_buf.get()).getLen();
23. }
24. return 0;
25. }
26. //body长度
27. int dataSize() const {
28. return size() - sizeof(MSGHEADER::Value);
29. }
30. //buf重置
31. void reset() {
32. _buf = {};
33. }
34. // use to set first buffer if empty
35. //_buf直接使用buf空间
36. void setData(SharedBuffer buf) {
37. verify(empty());
38. _buf = std::move(buf);
39. }
40. //把msgtxt拷贝到_buf中
41. void setData(int operation, const char* msgtxt) {
42. setData(operation, msgtxt, strlen(msgtxt) + 1);
43. }
44. //根据operation和msgdata构造一个完整mongodb报文
45. void setData(int operation, const char* msgdata, size_t len) {
46. verify(empty());
47. size_t dataLen = len + sizeof(MsgData::Value) - 4;
48. _buf = SharedBuffer::allocate(dataLen);
49. MsgData::View d = _buf.get();
50. if (len)
51. memcpy(d.data(), msgdata, len);
52. d.setLen(dataLen);
53. d.setOperation(operation);
54. }
55. ......
56. //获取_buf对应指针
57. const char* buf() const {
58. return _buf.get();
59. }
60.
61. private:
62. //存放接收数据的buf
63. SharedBuffer _buf;
64. };
Message 是操作 mongodb 收发报文最直接的实现类，该类主要完成一个完整 mongodb 报文封装。有关 mongodb 报文头后面的 body 更多的解析实现在 DbMessage 类中完成， DbMessage 类包含 Message 类成员 _msg 。实际上， Message 报文信息在 handleRequest (...) 实例服务入口中赋值给 DbMessage._msg ，报文后续的 body 处理继续由 DbMessage 类相关接口完成处理。 DbMessage 和 Message 类关系如下 :
1. class DbMessage {
2. ......
3. //包含Message成员变量
4. const Message& _msg;
5. //mongodb报文起始地址
6. const char* _nsStart;
7. //报文结束地址
8. const char* _theEnd;
9. }
10.
11. DbMessage::DbMessage(const Message& msg) : _msg(msg),
12. _nsStart(NULL), _mark(NULL), _nsLen(0) {
13. //一个mongodb报文(header+body)数据的结束地址
14. _theEnd = _msg.singleData().data() + _msg.singleData().dataLen();
15. //报文起始地址 [_nextjsobj, _theEnd ]之间的数据就是一个完整mongodb报文
16. _nextjsobj = _msg.singleData().data();
17. ......
18. }
DbMessage . _msg 成员为 DbMessage 类型， DbMessage 的 _nsStart 和 _theEnd 成员分别记录完整mongodb 报文的起始地址和结束地址，通过这两个指针就可以获取一个完整 mongodb 报文的全部内容，包括 header 和 body 。
注意： DbMessage 是早期mongodb 版本 (version<3.6) 中用于报文 body 解析封装的类，这些类针对 opCode=[dbUpdate, dbDelete] 这个区间的操作。在 mongodb 新版本 (version>=3.6) 中， body 解析及封装由 op_msg.h 和 op_msg.cpp 代码文件中的 clase OpMsgRequest{} 完成处理。
3.4 OpMsg 报文解析封装核心代码实现
Mongodb 从 3.6 版本开始默认使用 OP_MSG 操作作为默认 opCode ，是一种可扩展的消息格式，旨在包含其他操作码的功能，新版本读写请求协议都对应该操作码。 OP_MSG 对应 mongodb 报文 body 解析封装处理由 OpMsg 类相关接口完成， OpMsg::parse(Message) 从 Message 中解析出报文 body 内容，其核心代码实现如下：
1. struct OpMsg {
2. ......
3. //msg解析赋值见OpMsg::parse
4. //各种命令(insert update find等)都存放在该body中
5. BSONObj body;
6. //sequences用法暂时没看懂，感觉没什么用？先跳过
7. std::vector<DocumentSequence> sequences; //赋值见OpMsg::parse
8. }
1. //从message中解析出OpMsg信息
2. OpMsg OpMsg::parse(const Message& message) try {
3. //message不能为空，并且opCode必须为dbMsg
4. invariant(!message.empty());
5. invariant(message.operation() == dbMsg);
6. //获取flagBits
7. const uint32_t flags = OpMsg::flags(message);
8. //flagBits有效性检查,bit 0-15中只能对第0和第1位操作
9. uassert(ErrorCodes::IllegalOpMsgFlag,
10. str::stream() << "Message contains illegal flags value: Ob"
11. << std::bitset<32>(flags).to_string(),
12. !containsUnknownRequiredFlags(flags));
13.
14. //校验码默认4字节
15. constexpr int kCrc32Size = 4;
16. //判断该mongo报文body内容是否启用了校验功能
17. const bool haveChecksum = flags & kChecksumPresent;
18. //如果有启用校验功能，则报文末尾4字节为校验码
19. const int checksumSize = haveChecksum ? kCrc32Size : 0;
20. //sections字段内容
21. BufReader sectionsBuf(message.singleData().data() + sizeof(flags),
22. message.dataSize() - sizeof(flags) - checksumSize);
23.
24. //默认先设置位false
25. bool haveBody = false;
26. OpMsg msg;
27. //解析sections对应命令请求数据
28. while (!sectionsBuf.atEof()) {
29. //BufReader::read读取kind内容，一个字节
30. const auto sectionKind = sectionsBuf.read<Section>();
31. //kind为0对应命令请求body内容，内容通过bson报错
32. switch (sectionKind) {
33. //sections第一个字节是0说明是body
34. case Section::kBody: {
35. //默认只能有一个body
36. uassert(40430, "Multiple body sections in message", !haveBody);
37. haveBody = true;
38. //命令请求的bson信息保存在这里
39. msg.body = sectionsBuf.read<Validated<BSONObj>>();
40. break;
41. }
42.
43. //DocSequence暂时没看明白，用到的地方很少，跳过，后续等
44. //该系列文章主流功能分析完成后，从头再回首分析
45. case Section::kDocSequence: {
46. ......
47. }
48. }
49. }
50. //OP_MSG必须有body内容
51. uassert(40587, "OP_MSG messages must have a body", haveBody);
52. //body和sequence去重判断
53. for (const auto& docSeq : msg.sequences) {
54. ......
55. }
56. return msg;
57. }
OpMsg 类被 OpMsgRequest 类继承， OpMsgRequest 类中核心接口就是解析出 OpMsg.body 中的库信息和表信息， OpMsgRequest 类代码实现如下：
1. //协议解析得时候会用到，见runCommands
2. struct OpMsgRequest : public OpMsg {
3. ......
4. //构造初始化
5. explicit OpMsgRequest(OpMsg&& generic) : OpMsg(std::move(generic)) {}
6. //opMsgRequestFromAnyProtocol->OpMsgRequest::parse
7. //从message中解析出OpMsg所需成员信息
8. static OpMsgRequest parse(const Message& message) {
9. //OpMsg::parse
10. return OpMsgRequest(OpMsg::parse(message));
11. }
12. //根据db body extraFields填充OpMsgRequest
13. static OpMsgRequest fromDBAndBody(... {
14. OpMsgRequest request;
15. request.body = ([&] {
16. //填充request.body
17. ......
18. }());
19. return request;
20. }
21. //从body中获取db name
22. StringData getDatabase() const {
23. if (auto elem = body["$db"])
24. return elem.checkAndGetStringData();
25. uasserted(40571, "OP_MSG requests require a $db argument");
26. }
27. //find insert 等命令信息 body中的第一个elem就是command 名
28. StringData getCommandName() const {
29. return body.firstElementFieldName();
30. }
31. };
OpMsgRequest 通过 OpMsg::parse(message) 解析出OpMsg 信息，从而获取到 body 内容， GetCommandName() 接口和 getDatabase() 则分别从 body 中获取库 DB 信息、命令名信息。通过该类相关接口，命令名 (find 、 write 、 update 等 ) 和 DB 库都获取到了。
OpMsg 模块除了 OP_MSG 相关报文解析外，还负责 OP_MSG 报文组装填充，该模块接口功能大全如下表：
4. Mongod 实例服务入口核心代码实现
Mongod 实例服务入口类 ServiceEntryPointMongod 继承 ServiceEntryPointImpl 类， mongod 实例的报文解析处理、命令解析、命令执行都由该类负责处理。 ServiceEntryPointMongod 核心接口可以细分为： opCode 解析及回调处理、命令解析及查找、命令执行三个子模块。
4.1 opCode 解析及回调处理
OpCode 操作码解析及其回调处理由 ServiceEntryPointMongod::handleRequest (...) 接口实现，核心代码实现如下 :
1. //mongod服务对于客户端请求的处理
2. //通过状态机SSM模块的如下接口调用:ServiceStateMachine::_processMessage
3. DbResponse ServiceEntryPointMongod::handleRequest(OperationContext* opCtx, const Message& m) {
4. //获取opCode，3.6版本对应客户端默认使用OP_MSG
5. NetworkOp op = m.operation();
6. ......
7. //根据message构造DbMessage
8. DbMessage dbmsg(m);
9. //根据操作上下文获取对应的client
10. Client& c = *opCtx->getClient();
11. ......
12. //获取库.表信息，注意只有dbUpdate<opCode<dbDelete的opCode请求才通过dbmsg直接获取库和表信息
13. const char* ns = dbmsg.messageShouldHaveNs() ? dbmsg.getns() : NULL;
14. const NamespaceString nsString = ns ? NamespaceString(ns) : NamespaceString();
15. ....
16. //CurOp::debug 初始化opDebug，慢日志相关记录
17. OpDebug& debug = currentOp.debug();
18. //慢日志阀值
19. long long logThresholdMs = serverGlobalParams.slowMS;
20. //时mongodb将记录这次慢操作,1为只记录慢操作,即操作时间大于了设置的配置,2表示记录所有操作
21. bool shouldLogOpDebug = shouldLog(logger::LogSeverity::Debug(1));
22. DbResponse dbresponse;
23. if (op == dbMsg || op == dbCommand || (op == dbQuery && isCommand)) {
24. //新版本op=dbMsg，因此走这里
25. //从DB获取数据，获取到的数据通过dbresponse返回
26. dbresponse = runCommands(opCtx, m);
27. } else if (op == dbQuery) {
28. ......
29. //早期mongodb版本查询走这里
30. dbresponse = receivedQuery(opCtx, nsString, c, m);
31. } else if (op == dbGetMore) {
32. //早期mongodb版本查询走这里
33. dbresponse = receivedGetMore(opCtx, m, currentOp, &shouldLogOpDebug);
34. } else {
35. ......
36. //早期版本增 删 改走这里处理
37. if (op == dbInsert) {
38. receivedInsert(opCtx, nsString, m); //插入操作入口 新版本CmdInsert::runImpl
39. } else if (op == dbUpdate) {
40. receivedUpdate(opCtx, nsString, m); //更新操作入口
41. } else if (op == dbDelete) {
42. receivedDelete(opCtx, nsString, m); //删除操作入口
43. }
44. }
45. //获取runCommands执行时间，也就是内部处理时间
46. debug.executionTimeMicros = durationCount<Microseconds>(currentOp.elapsedTimeExcludingPauses());
47. ......
48. //慢日志记录
49. if (shouldLogOpDebug || (shouldSample && debug.executionTimeMicros > logThresholdMs * 1000LL)) {
50. Locker::LockerInfo lockerInfo;
51. //OperationContext::lockState LockerImpl<>::getLockerInfo
52. opCtx->lockState()->getLockerInfo(&lockerInfo);
53.
54. //OpDebug::report 记录慢日志到日志文件
55. log() << debug.report(&c, currentOp, lockerInfo.stats);
56. }
57. //各种统计信息
58. recordCurOpMetrics(opCtx);
59. }
Mongod 的 handleRequest() 接口主要完成以下工作：
① 从Message 中获取 OpCode ，早期版本每个命令又对应取值，例如增删改查早期版本分别对应： dbInsert 、 dbDelete 、 dbUpdate 、 dbQuery ； Mongodb 3.6 开始，默认请求对应 OpCode 都是 OP_MSG ，本文默认只分析 OpCode=OP_MSG 相关的处理。
② 获取本操作对应的Client 客户端信息。
③ 如果是早期版本，通过Message 构造 DbMessage ，同时解析出库 . 表信息。
④ 根据不同OpCode 执行对应回调操作， OP_MSG 对应操作为 runCommands(...) ，获取的数据通过 dbresponse 返回。
⑤ 获取到db 层返回的数据后，进行慢日志判断，如果 db 层数据访问超过阀值，记录慢日志。
⑥ 设置debug 的各种统计信息。
4.2 命令解析及查找
从上面的分析可以看出，接口最后调用runCommands(...) ，该接口核心代码实现如下所示：
1. //message解析出对应command执行
2. DbResponse runCommands(OperationContext* opCtx, const Message& message) {
3. //获取message对应的ReplyBuilder，3.6默认对应OpMsgReplyBuilder
4. //应答数据通过该类构造
5. auto replyBuilder = rpc::makeReplyBuilder(rpc::protocolForMessage(message));
6. [&] {
7. OpMsgRequest request;
8. try { // Parse.
9. //协议解析 根据message获取对应OpMsgRequest
10. request = rpc::opMsgRequestFromAnyProtocol(message);
11. }
12. }
13. try { // Execute.
14. //opCtx初始化
15. curOpCommandSetup(opCtx, request);
16. //command初始化为Null
17. Command* c = nullptr;
18. //OpMsgRequest::getCommandName查找
19. if (!(c = Command::findCommand(request.getCommandName()))) {
20. //没有找到相应的command的后续异常处理
21. ......
22. }
23. //执行command命令，获取到的数据通过replyBuilder.get()返回
24. execCommandDatabase(opCtx, c, request, replyBuilder.get());
25. }
26. //OpMsgReplyBuilder::done对数据进行序列化操作
27. auto response = replyBuilder->done();
28. //responseLength赋值
29. CurOp::get(opCtx)->debug().responseLength = response.header().dataLen();
30. // 返回
31. return DbResponse{std::move(response)};
32. }
RunCommands(...) 接口从 message 中解析出 OpMsg 信息，然后获取该 OpMsg 对应的 command 命令信息，最后执行该命令对应的后续处理操作。主要功能说明如下：
① 获取该OpCode 对应 replyBuilder ， OP_MSG 操作对应 builder 为 OpMsgReplyBuilder 。
② 根据message 解析出 OpMsgRequest 数据， OpMsgRequest 来中包含了真正的命令请求 bson 信息。
③ opCtx 初始化操作。
④ 通过request.getCommandName() 返回命令信息 ( 如“ find ”、“ update ”等字符串 ) 。
⑤ 通过Command::findCommand(command name) 从 CommandMap 这个 map 表中查找是否支持该 command 命令。如果没找到说明不支持，如果找到说明支持。
⑥ 调用execCommandDatabase(...) 执行该命令，并获取命令的执行结果。
⑦ 根据command 执行结果构造 response 并返回
4.3 命令执行
1. void execCommandDatabase(...) {
2. ......
3. //获取dbname
4. const auto dbname = request.getDatabase().toString();
5. ......
6. //mab表存放从bson中解析出的elem信息
7. StringMap<int> topLevelFields;
8. //body elem解析
9. for (auto&& element : request.body) {
10. //获取bson中的elem信息
11. StringData fieldName = element.fieldNameStringData();
12. //如果elem信息重复，则异常处理
13. ......
14. }
15. //如果是help命令，则给出help提示
16. if (Command::isHelpRequest(helpField)) {
17. //给出help提示
18. Command::generateHelpResponse(opCtx, replyBuilder, *command);
19. return;
20. }
21. //权限认证检查，检查该命令执行权限
22. uassertStatusOK(Command::checkAuthorization(command, opCtx, request));
23. ......
24.
25. //该命令执行次数统计 db.serverStatus().metrics.commands可以获取统计信息
26. command->incrementCommandsExecuted();
27. //真正的命令执行在这里面
28. retval = runCommandImpl(opCtx, command, request, replyBuilder, startOperationTime);
29. //该命令执行失败次数统计
30. if (!retval) {
31. command->incrementCommandsFailed();
32. }
33. ......
34. }
execCommandDatabase(...) 最终调用RunCommandImpl(...) 进行对应命令的真正处理，该接口核心代码实现如下：
1. bool runCommandImpl(...) {
2. //获取命令请求内容body
3. BSONObj cmd = request.body;
4. //获取请求中的DB库信息
5. const std::string db = request.getDatabase().toString();
6. //ReadConcern检查
7. Status rcStatus = waitForReadConcern(
8. opCtx, repl::ReadConcernArgs::get(opCtx), command->allowsAfterClusterTime(cmd));
9. //ReadConcern检查不通过，直接异常提示处理
10. if (!rcStatus.isOK()) {
11. //异常处理
12. return;
13. }
14. if (!command->supportsWriteConcern(cmd)) {
15. //命令不支持WriteConcern，但是对应的请求中却带有WriteConcern配置，直接报错不支持
16. if (commandSpecifiesWriteConcern(cmd)) {
17. //异常处理"Command does not support writeConcern"
18. ......
19. return result;
20. }
21. //调用Command::publicRun执行不同命令操作
22. result = command->publicRun(opCtx, request, inPlaceReplyBob);
23. }
24. //提取WriteConcernOptions信息
25. auto wcResult = extractWriteConcern(opCtx, cmd, db);
26. //提取异常，直接异常处理
27. if (!wcResult.isOK()) {
28. //异常处理
29. ......
30. return result;
31. }
32. ......
33. //执行对应的命令Command::publicRun，执行不同命令操作
34. result = command->publicRun(opCtx, request, inPlaceReplyBob);
35. ......
36. }
RunCommandImpl(...) 接口最终调用该接口入参的 command ，执行 command->publicRun (...) 接口，也就是命令模块的公共 publicRun 。
4.4 总结
Mongod 服务入口首先从 message 中解析出 opCode 操作码， 3.6 版本对应客户端默认操作码为 OP_MSQ ，解析出该操作对应 OpMsgRequest 信息。然后从 message 原始数据中解析出 command 命令字符串后，继续通过全局 Map 表种查找是否支持该命令操作，如果支持则执行该命令；如果不支持，直接异常打印，同时返回。
5. Mongos 实例服务入口核心代码实现
mongos 服务入口核心代码实现过程和 mongod 服务入口代码实现流程几乎相同， mongos 实例 message 解析、 OP_MSG 操作码处理、 command 命令查找等流程和上一章节 mongod 实例处理过程类似，本章节不在详细分析。 Mongos 实例服务入口处理调用流程如下：
ServiceEntryPointMongos::handleRequest(...)->Strategy::clientCommand(...)-->runCommand(...)->execCommandClient(...)
最后的接口核心代码实现如下：
1. void runCommand(...) {
2. ......
3. //获取请求命令name
4. auto const commandName = request.getCommandName();
5. //从全局map表中查找
6. auto const command = Command::findCommand(commandName);
7. //没有对应的command存在,抛异常说明不支持该命令
8. if (!command) {
9. ......
10. return;
11. }
12. ......
13. //执行命令
14. execCommandClient(opCtx, command, request, builder);
15. ......
16. }
17.
18. void execCommandClient(...)
19. {
20. ......
21. //认证检查，是否有操作该command命令的权限，没有则异常提示
22. Status status = Command::checkAuthorization(c, opCtx, request);
23. if (!status.isOK()) {
24. Command::appendCommandStatus(result, status);
25. return;
26. }
27. //该命令的执行次数自增，代理上面也是要计数的
28. c->incrementCommandsExecuted();
29. //如果需要command统计，则加1
30. if (c->shouldAffectCommandCounter()) {
31. globalOpCounters.gotCommand();
32. }
33. ......
34. //有部分命令不支持writeconcern配置，报错
35. bool supportsWriteConcern = c->supportsWriteConcern(request.body);
36. //不支持writeconcern又带有该参数的请求，直接异常处理"Command does not support writeConcern"
37. if (!supportsWriteConcern && !wcResult.getValue().usedDefault) {
38. ......
39. return;
40. }
41. //执行本命令对应的公共publicRun接口，Command::publicRun
42. ok = c->publicRun(opCtx, request, result);
43. ......
44. }
l Tips: mongos 和 mongod 实例服务入口核心代码实现的一点小区别
① Mongod 实例 opCode 操作码解析、 OpMsg 解析、 command 查找及对应命令调用处理都由 class ServiceEntryPointMongod{...} 类一起完成。
② mongos 实例则把 opCode 操作码解析交由 class ServiceEntryPointMongos{...} 类实现， OpMsg 解析、 command 查找及对应命令调用处理放到了 clase Strategy{...} 类来处理。
6. 总结
Mongodb 报文解析及组装流程总结
① 一个完整mongodb 报文由通用报文 header 头部 +body 部分组成。
② Body 部分内容，根据报文头部的 opCode 来决定不同的body 内容。
③ 3.6 版本对应客户端请求 opCode 默认为 OP_MSG ，该操作码对应 body 部分由 flagBits + sections + checksum 组成，其中 sections 中存放的是真正的命令请求信息，已 bson 数据格式保存。
④ Header 头部和 body 报文体封装及解析过程由 class Message {...} 类实现
⑤ Body 中对应 command 命令名、库名、表名的解析在 mongodb(version<3.6) 低版本协议中由 class DbMessage {...} 类实现
⑥ Body 中对应 command 命令名、库名、表名的解析在 mongodb(version<3.6) 低版本协议中由 struct OpMsgRequest{...} 结构和 struct OpMsg {...} 类实现
Mongos 和 mongod 实例的服务入口处理流程大同小异，整体处理流程如下：
① 从message 解析出 opCode 操作码，根据不同操作码执行对应操作码回调。
② 根据message 解析出 OpMsg request 信息， mongodb 报文的命令信息就存储在该 body 中，该 body 已 bson 格式存储。
③ 从body 中解析出 command 命令字符串信息 ( 如“ insert ”、“ update ”等 ) 。
④ 从全局_commands map 表中查找是否支持该命令，如果支持则执行该命令处理，如果不支持则直接报错提示。
⑤ 最终找到对应command 命令后，执行 command 的功能 run 接口。
图形化总结如下:
说明： 第3 章的协议解析及封装过程实际上应该算是网络处理模块范畴，本文为了分析 command 命令处理模块方便，把该部分实现归纳到了命令处理模块，这样方便理解。
Tips: 下期继续分享不同command 命令执行细节。
7. 遗留问题
第1 章节中的统计信息，将在 command 模块核心代码分析完毕后揭晓答案，《 mongodb command 命令处理模块源码实现二》中继续分析，敬请关注。
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