MySQL Server 系统架构

发布日期:2011-11-26 16:47:56

一、 逻辑模块组成

总的来说,MySQL 可以看成是二层架构,第一层我们通常叫做SQL Layer,在MySQL 数据库系统处理底层数据之前的所有工作都是在这一层完成的,包括权限判断,sql 解析,执行计划优化,query cache 的处理等等;第二层就是存储引擎层,我们通常叫做StorageEngine Layer,也就是底层数据存取操作实现部分,由多种存储引擎共同组成。所以,可以用如下一张最简单的架构示意图来表示MySQL 的基本架构,如图2-1 所示: 

虽然从上图看起来MySQL 架构非常的简单,就是简单的两部分而已,但实际上每一层中都含有各自的很多小模块,尤其是第一层SQL Layer,结构相当复杂的。下面我们就分别针对SQL Layer 和Storage Engine Layer 做一个简单的分析。

SQL Layer 中包含了多个子模块,下面我将逐个做一下简单的介绍:

1、初始化模块

顾名思议,初始化模块就是在MySQL Server 启动的时候,对整个系统做各种各样的初始化操作,比如各种buffer,cache 结构的初始化和内存空间的申请,各种系统变量的初始化设定,各种存储引擎的初始化设置,等等。

2、核心API

核心API 模块主要是为了提供一些需要非常高效的底层操作功能的优化实现,包括各种底层数据结构的实现,特殊算法的实现,字符串处理,数字处理等,小文件I/O,格式化输出,以及最重要的内存管理部分。核心API 模块的所有源代码都集中在mysys 和strings文件夹下面,有兴趣的读者可以研究研究。

3、网络交互模块

底层网络交互模块抽象出底层网络交互所使用的接口api,实现底层网络数据的接收与发送,以方便其他各个模块调用,以及对这一部分的维护。所有源码都在vio 文件夹下面。

4、Client & Server 交互协议模块

任何C/S 结构的软件系统,都肯定会有自己独有的信息交互协议,MySQL 也不例外。MySQL的Client & Server 交互协议模块部分,实现了客户端与MySQL 交互过程中的所有协议。

当然这些协议都是建立在现有的OS 和网络协议之上的,如TCP/IP 以及Unix Socket。

5、用户模块

用户模块所实现的功能,主要包括用户的登录连接权限控制和用户的授权管理。他就像MySQL 的大门守卫一样,决定是否给来访者“开门”。 

6、访问控制模块

造访客人进门了就可以想干嘛就干嘛么?为了安全考虑,肯定不能如此随意。这时候就需要访问控制模块实时监控客人的每一个动作,给不同的客人以不同的权限。访问控制模块实现的功能就是根据用户模块中各用户的授权信息,以及数据库自身特有的各种约束,来控制用户对数据的访问。用户模块和访问控制模块两者结合起来,组成了MySQL 整个数据库系统的权限安全管理的功能。

7、连接管理、连接线程和线程管理

连接管理模块负责监听对MySQL Server 的各种请求,接收连接请求,转发所有连接请求到线程管理模块。每一个连接上MySQL Server 的客户端请求都会被分配(或创建)一个连接线程为其单独服务。而连接线程的主要工作就是负责MySQL Server 与客户端的通信,接受客户端的命令请求,传递Server 端的结果信息等。线程管理模块则负责管理维护这些连接线程。包括线程的创建,线程的cache 等。

8、Query 解析和转发模块

在MySQL 中我们习惯将所有Client 端发送给Server 端的命令都称为query,在MySQLServer 里面,连接线程接收到客户端的一个Query 后,会直接将该query 传递给专门负责将各种Query 进行分类然后转发给各个对应的处理模块,这个模块就是query 解析和转发模块。其主要工作就是将query 语句进行语义和语法的分析,然后按照不同的操作类型进行分类,然后做出针对性的转发。

9、Query Cache 模块

Query Cache 模块在MySQL 中是一个非常重要的模块,他的主要功能是将客户端提交给MySQL 的Select 类query 请求的返回结果集cache 到内存中,与该query 的一个hash 值做一个对应。该Query 所取数据的基表发生任何数据的变化之后,MySQL 会自动使该query 的Cache 失效。在读写比例非常高的应用系统中,Query Cache 对性能的提高是非常显著的。当然它对内存的消耗也是非常大的。

10、Query 优化器模块

Query 优化器,顾名思义,就是优化客户端请求的query,根据客户端请求的query 语句,和数据库中的一些统计信息,在一系列算法的基础上进行分析,得出一个最优的策略,告诉后面的程序如何取得这个query 语句的结果。

11、表变更管理模块

表变更管理模块主要是负责完成一些DML 和DDL 的query,如:update,delte,insert,create table,alter table 等语句的处理。

12、表维护模块

表的状态检查,错误修复,以及优化和分析等工作都是表维护模块需要做的事情。

13、系统状态管理模块

系统状态管理模块负责在客户端请求系统状态的时候,将各种状态数据返回给用户,像DBA 常用的各种show status 命令,show variables 命令等,所得到的结果都是由这个模块返回的。 

14、表管理器

这个模块从名字上看来很容易和上面的表变更和表维护模块相混淆,但是其功能与变更及维护模块却完全不同。大家知道,每一个MySQL 的表都有一个表的定义文件,也就是*.frm文件。表管理器的工作主要就是维护这些文件,以及一个cache,该cache 中的主要内容是各个表的结构信息。此外它还维护table 级别的锁管理。

15、日志记录模块

日志记录模块主要负责整个系统级别的逻辑层的日志的记录,包括error log,binarylog,slow query log 等。

16、复制模块

复制模块又可分为Master 模块和Slave 模块两部分, Master 模块主要负责在Replication 环境中读取Master 端的binary 日志,以及与Slave 端的I/O 线程交互等工作。

Slave 模块比Master 模块所要做的事情稍多一些,在系统中主要体现在两个线程上面。一个是负责从Master 请求和接受binary 日志,并写入本地relay log 中的I/O 线程。另外一个是负责从relay log 中读取相关日志事件,然后解析成可以在Slave 端正确执行并得到和Master 端完全相同的结果的命令并再交给Slave 执行的SQL 线程。

17、存储引擎接口模块

存储引擎接口模块可以说是MySQL 数据库中最有特色的一点了。目前各种数据库产品中,基本上只有MySQL 可以实现其底层数据存储引擎的插件式管理。这个模块实际上只是一个抽象类,但正是因为它成功地将各种数据处理高度抽象化,才成就了今天MySQL 可插拔存储引擎的特色。

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