0.简介

本文通过对MySQL的逻辑架构、开发架构、运行架构、物理架构以及数据架构的分析来建立一个对应MySQL架构整体的认识。

1.逻辑架构

逻辑架构考虑功能需求，主要从行为和职责来划分。MySQL的逻辑架构采用经典的三层模型：

1.连接层：处理客户端连接，负责认证和权限验证。

2.SQL处理层：包括查询解析、优化、执行等核心功能。

3.存储引擎层：负责数据存储和检索，支持插件式架构。

这种分层设计实现了关注点分离，使得各层可以独立优化和扩展。例如，可以更换存储引擎而不影响SQL处理层的功能（这得益于其底层的插件式管理，依赖于高度的抽象）。从上图看其结构较为简单，但其每层其实存在很多的小模块，更为具体些的可以见下图：

2.开发架构

此处关注软件模块的组织形式和开发的质量属性，此处主要关注主要的模块和代码文件的组织形式，作为后续源码分析的基础。

可以从目录拆分看到MySQL的模块化和插件化设计，以及通过多种测试手段保证可测试性进而保证质量。

3.运行架构

运行架构主要关注运行期的属性（性能，可伸缩性，持续可用性，安全性等），MySQL和PG不同，采用的是多线程模型而非多进程模型，所以此处主要关注程序的线程模型（以InnoDB为例)，分析各部分的作用。

可以看到，主要线程分为五类：

1）主线程（Main Thread）: 负责 MySQL 服务器的初始化和关闭。负责调度其他各线程，用于定时刷脏页(新版本使用Page Cleaner ），回收undo log，。

2）连接线程（Connection Threads）:处理客户端连接和请求，每个客户端连接对应一个独立的线程。

3）后台线程（Background Threads）:执行后台任务，如刷新脏页、写入日志等。包括 InnoDB 的 I/O 线程、Purge 线程等。

InnoDB I/O 线程：包括读写线程，分别用于从磁盘读取数据页和脏页写入磁盘。

Purge 线程：当事务提交后就不再需要一些undo页，该线程就是用于回收这些不需要的页面。

Page Cleaner 线程：用于刷脏页调度。

4）复制线程（Replication Threads）:负责主从复制的数据同步。

内存中主要对象则包括缓冲池，其内有数据页（undo page），索引页（index page），插入缓冲（insert buffer page），自适应哈希索引（adaptive hash index），数据字典（data dictionary）；另外还有重做日志缓存（redo log buffer），额外内存池（innodb addational mem pool）。

4.物理架构

物理架构关注如何安装部署，和分析原理关系不大，不再描述。

5.数据架构

数据架构主要考虑数据需求，关注持久化数据的存储方案，存储格式（还是以innodb引擎库表存储为例）。此处主要关注逻辑存储和物理存储，了解储存部分的层级关系，详细的存储方式，目录结构会在存储章节介绍。

和其他数据库逻辑结构层级一致，如下：

其表文件物理实际存储结构如下（当然其磁盘上还有日志文件，其对应结构后面文章会详细描述）：

(1) 表空间（Tablespace）

表空间是存储表和索引数据的物理文件。

InnoDB 存储引擎使用表空间来管理数据。

表空间可以分为：

系统表空间: 存储系统元数据和共享表数据。

独立表空间: 每个表有独立的表空间文件（.ibd 文件），MySQL 8默认开启。

(2) 数据文件

MySQL 的数据文件包括：

.frm 文件: 存储表结构定义（MySQL 8.0 后不再使用）。

.ibd 文件: InnoDB 表的独立表空间文件。

.MYD 和 .MYI 文件: MyISAM 表的数据文件和索引文件。

(3) 日志文件

MySQL 使用多种日志文件来确保数据的一致性和持久性：

Redo Log（重做日志）: 记录事务的修改操作，用于崩溃恢复。

Undo Log（回滚日志）: 记录事务的旧值，用于回滚和 MVCC。

Binlog（二进制日志）: 记录所有数据更改操作，用于复制和恢复。

Error Log（错误日志）: 记录 MySQL 服务器的错误信息。

(5) 数据字典

MySQL 8.0 引入了数据字典，用于存储数据库对象的元数据。

数据字典存储在 InnoDB 表中，取代了之前的 .frm 文件。