MySQL 架构组成--逻辑模块组成 for mysql6.7.13

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一、MySQL Server 系统架构



在前一节中我们学习了mysql的物理文件组成，接下来我们来学习mysql的逻辑模块组成。
逻辑模块组成:
MySQL逻辑结构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，如图所示：



从上图看起来MySQL逻辑架构非常的简单，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
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，以及最重要的内存管理，文件I/O，数字和字符串处理等等。
。
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。
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。
各模块工作配合
我们可以将以上各个模块画成一个简单的关系图来描述各模块的工作关系：



MySQL 各个模块间是如何相互协同工作的？
接下来，我们通过启动MySQL，客户端连接，请求query，得到返回结果，最后退出，这样一整个过程来进行分析。
首先当我们执行启动MySQL 命令之后，MySQL 的初始化模块就从系统配置文件中读取系统参数和命令行参数，并按照参数来初始化整个系统，如申请并分配buffer，初始化全局变量，以及各种结构等。同时各个存储引擎也被启动，并进行各自的初始化工作。当整个系统初始化结束后，由连接管理模块接手。连接管理模块会启动处理客户端连接请求的监听程序，包括tcp/ip 的网络监听，还有unix 的socket。这时候，MySQL Server 就基本启动完成，准备好接受客户端请求了。
当连接管理模块监听到客户端的连接请求，连接管理模块就会将连接请求转发给线程管理模块，去请求一个连接线程。
线程管理模块马上又会将控制交给连接线程模块，告诉连接线程模块：现在我这边有连接请求过来了，需要建立连接，你赶快处理一下。连接线程模块在接到连接请求后，首先会检查当前连接线程池中是否有空闲连接线程，如果有，就取出一个和客户端请求连接上，如果没有空闲的连接线程，则建立一个新的连接线程与客户端请求连接。
注意：连接线程模块并不是在收到连接请求后马上就会取出一个连接线程连和客户端连接，而是首先通过调用用户模块进行授权检查，只有客户端请求通过了授权检查后，他才会将客户端请求和负责请求的连接线程连上。
知识补充：在MySQL 中，将客户端请求分为了两种类型：一种是query，需要调用Parser ，也就是Query 解析和转发模块的解析才能够执行的请求；一种是command，不需要调用Parser 就可以直接执行的请求。
当客户端请求和连接线程“互换暗号（互通协议）”接上头之后，连接线程就开始处理客户端发送过来的各种命令（或者query），并将收到的query 语句转给Query 解析和转发模块，Query 解析器先对Query 进行基本的语义和语法解析，然后根据命令类型的不同，有些会直接处理，有些会分发给其他模块来处理。
例如对于SELECT语句，在解析查询之前，服务器会先检查缓存(Query cache)，如果能够在其中找到对应的查询，服务器就不必在执行查询解析、优化和执行的整个过程，而是直接返回查询缓存中的结果集。如果不是一个可以被cache 的query类型，或者cache 中没有该query 的数据，那么query 将被继续传回query 解析器，让query解析器进行相应处理，再通过query 分发器分发给相关处理模块。例如如果解析器解析结果是一条未被cache 的select 语句，则将控制权交给查询Optimizer，也就是Query 优化器模块，如果是DML 或者是DDL 语句，则会交给表变更管理模块，如果是一些更新统计信息、检测、修复和整理类的query 则会交给表维护模块去处理，复制相关的query 则转交给复制模块去进行相应的处理，请求状态的query 则转交给了状态收集报告模块。
注：实际上表变更管理模块根据所对应的处理请求的不同，是分别由insert 处理器、delete处理器、update 处理器、create 处理器，以及alter 处理器这些小模块来负责不同的DML和DDL 的。
在各个模块收到Query 解析与分发模块分发过来的请求后，首先会通过访问控制模块检查连接用户是否有访问目标表以及目标字段的权限，如果有，就会调用表管理模块请求相应的表，并获取对应的锁。
当表变更管理模块“获取”打开的表之后，就会根据该表的相关meta 信息，判断表的存储引擎类型和其他相关信息。根据表的存储引擎类型，提交请求给存储引擎接口模块，调用对应的存储引擎实现模块，进行相应处理。
当一条query 或者一个command 处理完成（成功或者失败）之后，控制权都会交还给连接线程模块。如果处理成功，则将处理结果（可能是一个Result set，也可能是成功或者失败的标识）通过连接线程反馈给客户端。如果处理过程中发生错误，也会将相应的错误信息发送给客户端，然后连接线程模块会进行相应的清理工作，并继续等待后面的请求，重复上面提到的过程，或者完成客户端断开连接的请求。
如果在上面的过程中，相关模块使数据库中的数据发生了变化，而且MySQL 打开了binlog功能，则对应的处理模块还会调用日志处理模块将相应的变更语句以更新事件的形式记录到相关参数指定的二进制日志文件中。
在上面各个模块的处理过程中，各自的核心运算处理功能部分都会依赖整个MySQL的核心API 模块，比如内存管理，文件I/O，数字和字符串处理等等。
二、MySQL 自带工具使用介绍
MySQL 数据库不仅提供了数据库的服务器端应用程序，同时还提供了大量的客户端工具程序，如mysql，mysqladmin，mysqldump 等等
1、mysql命令
Mysql命令是用的最多的一个命令工具了，为用户提供一个命令行接口来操作管理MySQL 服务器。
语法格式：
Usage: mysql [OPTIONS] [database]
例如：# mysql -e "select user,host from user" mysql
大家只要运行一下“mysql --help”就会得到如下相应的基本使用帮助信息：



这里主要介绍一些在运维过程中会用到的相关选项：
首先看看“-e, --execute=name”参数，这个参数是告诉mysql，我要执行“-e”后面的某个命令，而不是要通过mysql 连接登录到MySQL Server 上面。此参数在我们写一些基本的MySQL 检查和监控的脚本中非常有用，运维mysql时经常在脚本中使用到它。
#mysql -h hostname -Pport -uusername -ppassword -e 相关mysql的sql语句
例1：
通过binlog_cache_use 以及 binlog_cache_disk_use来分析设置的binlog_cache_size是否足够



例2：通过脚本创建数据库、表及对表进行增、改、删、查操作。
脚本内容如下：






创建授予test用户可以在指定的源登录



测试test用户连接mysql服务器



授予脚本执行权限
#chmod +x /root/mysql1.sh
执行脚本：



如果在连接时候使用了“-E, --vertical”参数，登入之后的所有查询结果都将以纵列显示，效果和我们在一条query 之后以“\G”结尾一样。
#mysql -E -u root -p



“-H, --html”与“-X, --xml”，在启用这两个参数之后，select出来的所有结果都会按照“Html”与“Xml”格式来输出，在有些场合之下，比如希望Xml或者Html 文件格式导出某些报表文件的时候，是非常方便的。
#mysql -X -u root -p



“--prompt=name”参数对于做运维的人来说是一个非常重要的参数选项，其主要功能是定制自己的mysql 提示符的显示内容。在默认情况下，我们通过mysql 登入到数据库之后，mysql 的提示符只是一个很简单的内容”mysql>“，没有其他任何附加信息。非常幸运的是mysql 通过“--prompt=name”参数给我们提供了自定义提示信息的办法，可以通过配置显示登入的主机地址，登录用户名，当前时间，当前数据库schema，MySQL Server 的一些信
息等等。我个人强烈建议将登录主机名，登录用户名和所在的schema 这三项加入提示内容，
因为当大家手边管理的MySQL 越来越多，操作越来越频繁的时候，非常容易因为操作的时候没有太在意自己当前所处的环境而造成在错误的环境执行了错误的命令并造成严重后果的情况。如果我们在提示内容中加入了这几项之后，至少可以更方便的提醒自己当前所处环境，以尽量减少犯错误的概率。
个人强烈建议提示符定义： "\\u@\\h : \\d \\r:\\m:\\s> "，显示效果：



切换数据库：



提示符解释：
\u 表示用户名, \h 表示主机名， \d 表示当前数据库，\r小时（12小时制），\m分种，\s秒，\R The current time, in 24-hour military time (0–23)
“--tee=name”参数也是对运维人员非常有用的参数选项，用来告诉mysql，将所有输入和输出内容都记录进文件。在我们一些较大维护变更的时候，为了方便被查，最好是将整个操作过程的所有输入和输出内容都保存下来。
假如mysql命令行状态下，要进行大量的交互操作，其实可以把这些操作记录在log中进行审计，很简单 mysql -u root -p --tee=/path/xxxx.log



也可以在服务器上的/etc/my.cnf中的[client]加入
tee = /tmp/client_mysql.log即可.
注：若没有[client]就添加即可
或者在mysql>提示符下执行下面的命令



mysql 其他参数选项可以通过MySQL 官方参考手册查阅，也可以通过执行“mysql --help”或man mysql得到帮助信息之后通过自行实验来做进一步的深刻认识。
2、mysqladmin
Usage: mysqladmin [OPTIONS] command command ...
mysqadmin，顾名思义，提供的功能都是与MySQL 管理相关的各种功能。如MySQL Server状态检查，各种统计信息的flush，创建/删除数据库，关闭MySQL Server 等等。mysqladmin所能做的事情，虽然大部分都可以通过mysql 连接登录上MySQL Server 之后来完成，但是大部分通过mysqladmin 来完成操作会更简单更方便。这里将介绍一下经常使用到的几个常用功能：
ping 命令可以很容易检测MySQL Server 是否还能正常提供服务
mysql本机上测试：



在其他主机上测试mysql server是否正常提供服务



注1：地址192.168.56.11是mysql server的ip
注2：mysql server的防火墙要允许3306/tcp通信
注3：在mysql server上创建授权用户



status 命令可以获取当前MySQL Server 的几个基本的状态值：



mysqladmin status命令结果有下述列
Uptime:是mysql服务器运行的秒数。
Threads: 活跃线程的数量即开启的会话数。
Questions： 服务器启动以来客户的问题(查询)数目 （只要跟mysql作交互，不管查询表，还是查询服务器状态都记一次）。
Slow queries：是慢查询的数量。
Opens：mysql已经打开的数据库表的数量
Flush tables: mysql已经执行的flush tables，refresh和reload命令的数量。
注：flush tables //刷新表（清除缓存）
reload 重载授权表
refresh 洗掉所有表并关闭和打开日志文件
open：打开数据库的表的数量，以服务器启动开始。
Queries per second avg：select语句平均查询时间
Memory in use分配的内存(只有在MySQL用--with-debug编译时可用)
Max memory used分配的最大内存(只有在MySQL用--with-debug编译时可用)
processlist 获取当前数据库的连接线程信息：
监控mysql进程运行状态：



上面的这三个功能在一些简单监控脚本中经常使用到的。
mysqladmin 其他参数选项可以通过执行“mysqladmin --help”或man mysqladmin得到帮助信息。
编写一个简单的mysql监控脚本，内容如下：



附加知识点1：
Mysql的系统数据库：
1） INFORMATION_SCHEMA数据字典：此数据库存贮了其他所有数据库的信息（元数据）。元数据是关于数据的数据，如database name或table name，列的数据类型，或访问权限等。



INFORMATION_SCHEMA库的主要系统表
TABLES表：提供了关于数据库中的表和视图的信息。（Table_schema字段代表 数据表所属的数据库名）
SELECT * FROM information_schema.TABLES WHERE TABLE_SCHEMA='数据库名';
COLUMNS表：提供了表中的列信息。详细表述了某张表的所有列以及每个列的信息。
SELECT * FROM information_schema.COLUMNS WHERE TABLE_SCHEMA='数据库名‘' AND TABLE_NAME='表名'
TABLE_CONSTRAINTS表：存储主键约束、外键约束、唯一约束、check约束。各字段的说明信息
ELECT * FROM information_schema.TABLE_CONSTRAINTS WHERE TABLE_SCHEMA='数据库名' AND TABLE_NAME='表名'
STATISTICS表：提供了关于表索引的信息。
SELECT * FROM information_schema.STATISTICS WHERE TABLE_SCHEMA='数据库名' AND TABLE_NAME='表名'
2）performance_schema 性能字典，此数据库为数据库性能优化提供重要的参考信息
3）MYSQL数据库: 该数据库也是个核心数据库，存储用户的权限信息与帮助信息。
4）MySQL5.7 提供了 sys系统数据库。 sys数据库里面包含了一系列的存储过程、自定义函数以及视图来帮助我们快速的了解系统的元数据信息。sys系统数据库结合了information_schema和performance_schema的相关数据，让我们更加容易的检索元数据。
附加知识点2：
mysql有关show的用法
SHOW DATABASES列出 MySQL Server上的数据库。
SHOW TABLES [FROM db_name]列出数据库中的表。
SHOW TABLE STATUS [FROM db_name]列出数据库的表信息，比较详细。
SHOW COLUMNS FROM tbl_name [FROM db_name]列出表的列信息，同 SHOW FIELDS FROM tbl_name [FROM db_name]，
DESCRIBE tbl_name [col_name]。
SHOW FULL COLUMNS FROM tbl_name [FROM db_name]列出表的列信息，比较详细，同 SHOW FULL FIELDS FROM tbl_name [FROM db_name]。
SHOW INDEX FROM tbl_name [FROM db_name]列出表的索引信息。
SHOW STATUS列出 Server 的状态信息。
SHOW VARIABLES列出 MySQL 系参数值
SHOW PROCESSLIST查看当前mysql查询进程
SHOW GRANTS FOR user列出用户的授权命令
3、mysqldump：
这个工具其功能就是将MySQL Server中的数据以SQL 语句的形式从数据库中dump 成文本文件。mysqldump 是做为MySQL 的一种逻辑备份工具
4、mysqlbinlog
mysqlbinlog 程序的主要功能就是分析MySQL Server 所产生的二进制日志（也就是binlog）。
通过mysqlbinlog，我们可以解析出binlog 中指定时间段或者指定日志起始和结束位置的内容解析成SQL 语句。
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