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MySQL 源码分析 ——代码结构与基本流程彭立勋 Alibaba DBA Team

Topics MySQL 基本架构源码目录结构核心类库与函数主要模块数据流

MySQL 目录结构 (1) 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 架构上进行调试编译的脚本。 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。 Docs : MySQL 在不同平台下的参考手册 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 。 libmysqld : 嵌入式 MySQL Server 库 . libservices : 5.5.0 中新加的目录，实现了打印功能。

MySQL 目录结构 (2) man : 适合 man 命令查看的帮助文件。 mysql-test : mysqld 的测试工具套件。 mysys : 为实现跨平台， MySQL 自己实现了一套常用的数据结构和算法，如 string, hash 等。还包含一些底层函数的跨平台封装 , 一般以 my_ 开头。 netware : 在 netware 平台上进行编译时需要的工具和库。 plugin : MySQL 5.1 开始支持一个插件式 API 接口 , 不需要重启 mysqld 即可动态载入插件 ,FullText 就是一个例子。 pstack : GNU 异步栈追踪工具。 regex : 正则表达式实现 ( 来自多伦多大学 Henry Spencer 大牛的源码 ) 。 scripts : 提供脚本工具，如 mysql_install_db/mysqld_safe 等。 server-tools: 包含 instance_manager 子目录 , 负责实例的本地和远程管理。

MySQL 目录结构 (3) sql: MySQL Server 主要代码，将会生成 mysqld 文件。 sql-bench: 一些基准测试代码代码 , 主要是 Perl 程序 ( 虽然后缀是 sh) 。 sql-common: 存放部分服务器端和客户端都会用到的代码 , 有些地方的同名文件是这里 lin 过去的。 storage : 存储引擎所在目录。 strings : string 库 , 包含很多字符串处理的函数。 support-files : my.cnf 示例配置文件及编译所需的一些工具。 tests : 测试文件所在目录。 unittest : 单元测试文件。 vio : 虚拟 io 系统，是对 network io 的封装 , 把不同的协议封装成统一的 IO 函数。 win : 在 windows 平台编译所需的文件和一些说明。 zlib : zlib 算法库 (GNU)

InnoDB 目录结构 (1) btr: B+ 树的实现 buf : 缓冲池的实现 , 包括 LRU 算法 ,Flush 刷新算法等 dict : InnoDB 内存数据字典的实现 dyn : InnoDB 动态数组的实现 fil : InnoDB 文件数据结构以及对于文件的一些操作 fsp : 对 InnoDB 物理文件的管理 , 如页 / 区 / 段等 ( 即 File Space) ha : 哈希算法的实现 handler : 继承与 MySQL 的 handler, 实现 handler API 与 Server 交互 ibuf : 插入缓冲 (Insert Buffer) 的实现 include : InnoDB 所有头文件都放在这个目录 , 是查找结构定义的最佳地点 lock : InnoDB 的锁实现及三种锁算法实现 log: 日志缓冲 (Log Buffer) 和重做日志组 (Redo Log) 的实现

InnoDB 目录结构 (2) mem: 辅助缓冲池 (Additional Memory Pool) 的实现 , 用来申请一些内部数据结构的内存 mtr : 事务的底层实现 ( 日志 , 缓冲 ) os : 封装一些对于操作系统的操作 page : 页的实现 , 研究 InnoDB 文件结构 , 这个目录至关重要 pars : 重载部分 MySQL 的 SQL Parser( 有待商榷 ) que : Query graph, 基本上没啥用 read : 读取游标的实现 rem : 行管理操作 ( 比较操作 , 打印等 ) row : 对于各种类型行数据操作的实现 srv : InnoDB 后台线程 , 启动服务 ,Master Thread,SQL 队列等 sync : InnoDB 互斥变量 (Mutex) 的实现 , 基本同步机制 thr : InnoDB 封装的可移植线程库

InnoDB 目录结构 (3) trx : 事务的实现 usr : Session 管理 ut : 各种通用小工具

核心类库 THD : 线程类 Item : Item 类 ( 查询条目 , 函数 ,WHERE,ORDER,GROUP,ON 子句等 ) TABLE : 表描述符 TABEL_LIST : JOIN 操作描述符 Field : 列数据类型及属性定义 LEX : 语法树 Protocol : 通讯协议 NET : 网络描述符 handler : 存储引擎接口

核心函数库 (1) 内存操作 : init_alloc_root : 内存池初始化 , 生成内存池根 (MEM_ROOT) alloc_root : 申请内存池内存 , 从 mem_root 制定的内存池申请内存块 free_root : 释放内存池 , 通过 MyFlags 指定哪种内存可以被释放文件操作 : my_open : 打开一个文件 my_close : 关闭一个文件 my_b_flush_io_cache : 讲数据从内存缓冲写到物理磁盘 end_io_cache : 释放一个 IO_CACHE 对象哈希操作 : _ hash_init : 初始化 HASH 描述符 hash_search : 搜索哈希表 , 调用 hash_first hash_first : 返回哈希表中找到的第一个行指针 , 否则返回 0

核心函数库 (2) 字符串操作 : strappend : 填充字符串 strmov : 移动字符串到新地址

核心算法 Bitmaps bitmap_init/bimap_free: 创建与释放一个位图 (8*n 个位为单位 ) bitmap_set_bit/bitmap_fast_test_and_set: 设置位图的一个位 bitmap_clear_all/bitmap_set_all: 清空或全部设置一个位图 bitmap_cmp: 对两个位图的特定位比较 Join Buffer 如果存在条件过滤 , 则第一次过滤完的记录将放入 Join Buffer, 避免第二次再判断 Sort Buffer 算法一 : 将排序字段和主键放入 Sort Buffer 排序 , 按照结果用主键取出数据返回算法二 : 将整行数据放入 Sort Buffer, 排序完成后直接从 Sort Buffer 返回数据

MySQL 启动流程主要代码在 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

MySQL 监听连接主要代码在 sql/mysqld.cc 中 (handle_connections_sockets) ，精简后的代码如下： pthread_handler_t handle_connections_sockets(void *arg __attribute__((unused))) { FD_SET(unix_sock,&clientFDs); // unix_socket 在 network_init 中被打开 while (!abort_loop) { // abort_loop 是全局变量，在某些情况下被置为 1 表示要退出。 readFDs=clientFDs; // 需要监听的 socket select((int) max_used_connection,&readFDs,0,0,0); // select 异步 (? 科学家解释下是同步还是异步 ) 监听，当接收到 ?? 以后返回。 new_sock = accept(sock, my_reinterpret_cast(struct sockaddr *) (&cAddr), &length); // 接受请求 thd= new THD; // 创建 mysqld 任务线程描述符，它封装了一个客户端连接请求的所有信息 vio_tmp=vio_new(new_sock, VIO_TYPE_SOCKET, VIO_LOCALHOST); // 网络操作抽象层 my_net_init(&thd->net,vio_tmp)); // 初始化任务线程描述符的网络操作 create_new_thread(thd); // 创建任务线程 } }

MySQL 创建连接 (1) 主要代码在 sql/mysqld.cc 中 (create_new_thread/create_thread_to_handle_connection) ，精简后的代码如下： static void create_new_thread(THD *thd) { NET *net=&thd->net; if (connection_count >= max_connections + 1 || abort_loop) { // 看看当前连接数是不是超过了系统配置允许的最大值，如果是就断开连接。 close_connection(thd, ER_CON_COUNT_ERROR, 1); delete thd; } ++connection_count; thread_scheduler.add_connection(thd); // 将新连接加入到 thread_scheduler 的连接队列中。 }

MySQL 创建连接 (2) 而 thread_scheduler 转而调用 create_thread_to_handle_connection, 精简后的代码如下： void create_thread_to_handle_connection(THD *thd) { if (cached_thread_count > wake_thread) { // 看当前工作线程缓存 (thread_cache) 中有否空余的线程 thread_cache.append(thd); pthread_cond_signal(&COND_thread_cache); // 有的话则唤醒一个线程来用 } else { threads.append(thd); pthread_create(&thd->real_id,&connection_attrib, handle_one_connection, (void*) thd))); // 没有可用空闲线程则创建一个新的线程 } }

MySQL 创建连接 (3) 创建连接使用 handle_one_connection 函数 , 精简代码如下 : pthread_handler_t handle_one_connection(void *arg) { thread_scheduler.init_new_connection_thread(); // 初始化线程预处理操作 setup_connection_thread_globals(thd); // 载入一些 Session 级变量 for (;;) { lex_start(thd); // 初始化 LEX 词法解析器 login_connection(thd); // 进行连接身份验证 prepare_new_connection_state(thd); // 初始化线程 Status, 即 show status 看到的 do_command(thd); // 处理命令 end_connection(thd); // 没事做了关闭连接 , 丢入线程池 } }

MySQL 执行 Query(1) do_command 函数在 sql/sql_parse.cc 定义 , 代码如下 : bool do_command(THD *thd) { NET *net= &thd->net; packet_length = my_net_read(net); packet = (char*) net->read_pos; command = (enum enum_server_command) (uchar) packet[0]; // 解析客户端传过来的命令类型 dispatch_command(command, thd, packet+1, (uint) (packet_length-1)); }

MySQL 执行 Query(2) 再看 dispatch_command 函数在 sql/sql_parse.cc 定义 , 精简代码如下 : bool dispatch_command(enum enum_server_command command, THD *thd, char* packet, uint packet_length) { NET *net = &thd->net; thd->command = command; switch (command) { // 判断命令类型 case COM_INIT_DB: ...; case COM_TABLE_DUMP: ...; case COM_CHANGE_USER: ...; ... case COM_QUERY: // 如果是 Query alloc_query(thd, packet, packet_length); // 从网络数据包中读取 Query 并存入 thd->query mysql_parse(thd, thd->query, thd->query_length, &end_of_stmt); // 送去解析 } }

MySQL 执行 Query(3) mysql_parse 函数负责解析 SQL(sql/sql_parse.cc), 精简代码如下 : void mysql_parse(THD *thd, const char *inBuf, uint length, const char ** found_semicolon) { lex_start(thd); // 初始化线程解析描述符 if (query_cache_send_result_to_client(thd, (char*) inBuf, length) <= 0) { // 看 query cache 中有否命中，有就直接返回结果，否则进行查找 Parser_state parser_state(thd, inBuf, length); parse_sql(thd, & parser_state, NULL); // 解析 SQL 语句 mysql_execute_command(thd); // 执行 } }

MySQL 执行 Query(4) 终于开始执行鸟 ~mysql_execute_command 接近 3k 行 ......, 非常精简代码如下 : int mysql_execute_command(THD *thd) { LEX *lex= thd->lex; // 解析过后的 SQL 语句的语法结构 TABLE_LIST *all_tables = lex->query_tables; // 该语句要访问的表的列表 switch (lex->sql_command) { ... case SQLCOM_INSERT: insert_precheck(thd, all_tables); mysql_insert(thd, all_tables, lex->field_list, lex->many_values, lex->update_list, lex->value_list, lex->duplicates, lex->ignore); break; ... case SQLCOM_SELECT: check_table_access(thd, lex->exchange ? SELECT_ACL | FILE_ACL : SELECT_ACL, all_tables, UINT_MAX, FALSE); // 检查用户对数据表的访问权限 execute_sqlcom_select(thd, all_tables); // 执行 select 语句 break; } }

MySQL 执行 Query(5) 我们看一个例子 , mysql_insert ( 在 sql/sql_insert.cc), 精简代码如下 : bool mysql_insert(THD *thd, TABLE_LIST *table_list, // 该 INSERT 要用到的表 List<Item> &fields, // 使用的项 ....) { open_and_lock_tables(thd, table_list); // 这里的锁只是防止表结构修改 mysql_prepare_insert(...); foreach value in values_list { write_record(...); } } // 里面还有很多处理 trigger ，错误， view 之类的杂七杂八的东西，我们都忽略。

MySQL 执行 Query(6) 我们接着看真正写数据的函数 write_record ( 在 sql/sql_insert.cc), 精简代码如下 : int write_record(THD *thd, TABLE *table,COPY_INFO *info) { // 写数据记录 if (info->handle_duplicates == DUP_REPLACE || info->handle_duplicates == DUP_UPDATE) { // 如果是 REPLACE 或 UPDATE 则替换数据 table->file->ha_write_row(table->record[0]); table->file->ha_update_row(table->record[1], table->record[0])); } else { table->file->ha_write_row(table->record[0]); } } int handler::ha_write_row(uchar *buf) { // 这是啥 ? Handler API ! write_row(buf); // 调用具体的实现 binlog_log_row(table, 0, buf, log_func)); // 写 binlog }

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