MySQL学习笔记（一）MySQL体系结构

前言

MySQL是当今最通用的数据库软件之一，也是大部分人接触最多，时间最长的数据库软件之一。深入了解MySQL的架构和设计对于DBA，研发和运维都非常重要，能够帮助我们在日常工作中更好地理解和运用MySQL。

本系列主要介绍MySQL的架构设计，而不会过多涉及具体的SQL语句介绍和使用。需要读者具备初级的MySQL和SQL基础。

MySQL介绍

MySQL是一个关系型数据库管理系统，由瑞典MySQL AB 公司开发，属于 Oracle 旗下产品，世界上最流行的关系型数据库管理系统之一，在 网络应用方面，MySQL是最好的关系数据库管理系统 (Relational Database Management System，RDBMS) 应用软件之一。

MySQL被设计为一个可移植的数据库，几乎能在当前所有的操作系统上运行，比如Linux，Solaris，Mac和Windows。尽管各种系统在底层（如线程）实现方面各有不同，但MySQL几乎总能保证在各平台上的物理体系结构的一致性。

MySQL是一个单进程多进程架构的数据库，但与Oracle多进程的架构有所不同（Oracle的Windows版本也是单进程多进程的架构）。这也就是说，MySQL数据库实例在系统上的表现就是一个进程。

区分数据库、数据库实例、数据库服务器

初入门时很多人可能会分不清这几个概念，在这里给出定义。

数据库（Database）

操作系统或存储上的数据文件的集合。MySQL数据库中，数据库文件可以是* .frm、*.MYD、*.MYI、*.ibd等结尾的文件，不同存储引擎文件类型不同。

数据库实例（Instance）

数据库实例是一个应用程序，是位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件，由后台进程或者线程以及一个共享内存区组成。用户对数据库数据的任何操作，都是在数据库实例下进行的。应用程序只有通过数据库实例才能和数据库打交道。

数据库服务器(Database Server)

部署安装数据库实例的服务器。

数据库和数据库实例的关系

通常情况下，数据库实例和数据库是一一对应的关系，也就是一个数据库实例对应一个数据库；但在集群环境中存在多个数据库实例共同使用一个数据库。

MySQL体系结构

用一张图来总览MySQL的架构组成。自上而下可以分为网络连接层，服务层（核心层），存储引擎层，物理文件层。下面分别进行介绍。

MySQL体系架构图

网络连接层

负责MySQL和其他应用程序的连接交互，包括连接管理、授权认证、安全等。由客户端程序连接和MySQL服务器上的连接池组成。

每个客户端连接都对应着服务器上的一个线程，MySQL服务器上维护了一个线程池，避免为每个连接都创建销毁一个线程。当客户端连接到MySQL服务器时，服务器对其进行认证。登录认证后，还要验证客户端是否有执行某个查询的操作权限。这一层并不是MySQL所特有的技术。

使用连接池的必要性：

每个连接对应一个线程，实际业务中通常有许多个连接访问数据库服务器，如果每次连接都要创建一个新的线程，连接释放则销毁线程，对于系统损耗是非常大的。通过连接池维护和缓存一定的连接，由应用程序动态地对池中的连接进行申请、使用和释放，减少了内存损耗，提升了资源利用率。

服务层（核心层）

该层是MySQL的核心，包括很多重要的服务。分别有：

管理服务和工具组件，系统管理和控制工具，例如备份恢复、MySQL复制、集群等 ；

SQL接口组件，接受用户的SQL命令，并且返回用户需要查询的结果；

查询分析器组件，SQL命令传递到解析器的时候会被解析器验证和解析(权限、语法结构)

优化器组件，SQL语句在查询之前会使用查询优化器对查询进行优化，选取最优的路径进行条件联接并生成最终查询结果；

缓冲（Cache）组件，如果查询缓存有命中的查询结果，查询语句就可以直接去查询缓存中取数据；

存储引擎层

存储引擎负责MySQL中数据的存储与提取。 服务器中的查询执行引擎通过API与存储引擎进行通信，通过接口屏蔽了不同存储引擎之间的差异。由于关系数据库中数据是以表的形式存储的，存储引擎又被称为表类型。

MySQL采用插件式的表存储引擎，是其区别于其他数据库最重要的特点。在Oracle 和SQL Server等数据库中，所有的数据存储管理机制都是一样的。而MySQL提供了多种存储引擎，用户可以根据需求为每张表选择特定的存储引擎（存储引擎是针对于表的而不是针对库）。

关于存储引擎的更多特性和功能，之后的文章会详细介绍。

物理文件层

该层主要将数据库的数据（表，索引等）存储在文件系统上，并完成与存储引擎的交互。存储数据包括日志文件，数据文件，配置文件等。

下一章将会讲解底层物理文件层的相关内容。