Mysql 底层结构

Posted on

实例和数据库
我们通常所说的 MySQL 数据库服务器由一个实例（instance）以及一个数据库（database）组成。实例包括一组后台进程/线程和许多内存结构，用于管理数据库；数据库由一组磁盘文件组成，用于存储数据和日志等信息。MySQL 使用典型的客户端/服务器（Client/Server）结构，下图显示了一个简单的 MySQL 体系结构：

mysql

客户端通过通过实例中的后台进程访问 MySQL 数据库。MySQL 采用单进程多线程架构，也就是说一个 MySQL 实例在操作系统中就是一个进程（mysqld）。在 Linux 系统中使用ps命令进行查看：

1
2
[root@sqlhost ~]# ps -ef|grep mysql|grep -v grep
mysql     7898     1  1 Feb03 ?        00:12:12 /usr/sbin/mysqld

严格来说，一个 MySQL 实例管理的是多个数据库（也叫模式，Schema）包括系统数据库 mysql、information_schema、performance_schema、sys 以及用户创建的数据库等。使用SHOW DATABASES或者SHOW SCHEMAS命令查看当前实例中的数据库：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
mysql> show databases;
+--------------------+
| Database           |
+--------------------+
| information_schema |
| mydb               |
| mysql              |
| performance_schema |
| sys                |
+--------------------+
5 rows in set (0.14 sec)

数据库就像是一个容器，存储了各种对象。例如，数据表（Table）、视图（View）、存储过程（Stored Procedure）以及触发器（Trigger）等。其中，表是存储数据的主要对象。它们之间的关系如下图所示：

mysql database

MySQL 物理结构
MySQL 的物理结构主要包括两个目录：软件的安装目录和数据目录，以及配置文件和日志文件等。

mysql

📝不同平台、不同安装方式（源码安装、二进制解压）的目录结构有所不同，具体可以参考 MySQL 官方文档。

安装目录
安装目录（Base Directory）是 MySQL 服务器的安装路径，Linux 上使用 RPM 包安装的默认位置为 /usr/。安装目录中主要包含以下内容：

文件或目录 描述
bin/ mysql 客户端和实用程序目录
sbin/ mysqld 服务器程序目录
share/man/ Unix 帮助手册页目录
include/mysql/ 头文件目录
lib/mysql/ 库文件目录
share/mysql/ 各种字符集、语言相关的错误信息目录
我们可以使用下面的命令查看安装目录：

1
2
3
4
5
6
7
mysql> show global variables like "%basedir%";
+---------------+-------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-------+
| basedir       | /usr/ |
+---------------+-------+
1 row in set (0.00 sec)

数据目录
数据目录（Data Directory）是 MySQL 存储数据库文件的位置，Linux 上使用 RPM 包安装的默认位置为 /var/lib/mysql/。数据目录中主要包含以下内容：

文件或目录 描述
#innodb_temp/ InnoDB 会话临时表空间目录
mysql/ 系统数据库 mysql 文件目录

MySQL 逻辑结构
MySQL 使用典型的客户端/服务器（Client/Server）结构，逻辑结构图如下所示：

mysql logical

MySQL 体系结构大体可以分为三层：客户端、服务器层以及存储引擎层。其中，服务器层又包括了连接管理、查询缓存 、SQL 接口、解析器、优化器、缓冲与缓存以及各种管理工具与服务等。

具体来说，每个组件的作用如下：

  • 客户端，连接 MySQL 服务器的各种工具和应用程序。例如 mysql 命令行工具、mysqladmin 以及各种驱动程序等。
  • 连接管理，负责监听和管理客户端的连接以及线程处理等。每一个连接到 MySQL 服务器的请求都会被分配一个连接线程。连接线程负责与客户端的通信，接受客户端发送的命令并且返回服务器处理的结果。
  • 查询缓存 ，用于将执行过的 SELECT 语句和结果缓存在内存中。每次执行查询之前判断是否命中缓存，如果命中直接返回缓存的结果。缓存命中需要满足许多条件，SQL 语句完全相同，上下文环境相同等。实际上除非是只读应用，查询缓存的失效频率非常高，任何对表的修改都会导致缓存失效；因此，查询缓存在 MySQL 8.0 中已经被删除。
  • SQL 接口，接收客户端发送的各种 DML和 DDL 命令，并且返回用户查询的结果。另外还包括所有的内置函数（日期、时间、数学以及加密函数）和跨存储引擎的功能，例如存储过程、触发器、视图等。
  • 解析器，对 SQL 语句进行解析，例如语义和语法的分析和检查，以及对象访问权限检查等。
  • 优化器，利用数据库的统计信息决定 SQL 语句的最佳执行方式。使用索引还是全表扫描的方式访问单个表，多表连接的实现方式等。优化器是决定查询性能的关键组件，而数据库的统计信息是优化器判断的基础。
  • 缓存与缓冲，由一系列缓存组成的，例如数据缓存、索引缓存以及对象权限缓存等。对于已经访问过的磁盘数据，在缓冲区中进行缓存；下次访问时可以直接读取内存中的数据，从而减少磁盘 IO。
  • 存储引擎，存储引擎是对底层物理数据执行实际操作的组件，为服务器层提供各种操作数据的 API。MySQL 支持插件式的存储引擎，包括 InnoDB、MyISAM、Memory 等。
  • 管理工具，MySQL 提供的系统管理和控制工具，例如备份与恢复、复制、集群等。