MySQL源码分析（1）：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。
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
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
主要调用流程
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
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);

}
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);

}
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。


参考资料：
High Performance MySQL