SQLite体系架构

作者: carver | 来源:发表于2018-03-10 22:41 被阅读37次

    SQLite采用模块设计,其架构图如下所示:


    SQLite架构

    接口(Interface)

    接口由SQLite C API组成,外部通过JDBC等连接SQLite,最后也是调用这些C API进行操作。

    编译器(Compiler)

    在编译器中,分词器(Tokenizer)和分析器(Parser)对SQL进行语法检查,然后把它转化为底层能更方便处理的分层的数据结构---语法树,然后把语法树传给代码生成器(code generator)进行处理。而代码生成器根据它生成一种针对SQLite的汇编代码,最后由虚拟机(Virtual Machine)执行。

    • 词法分析器(Tokenizer)

    当执行一个包含SQL语句的字符串时,接口程序要把这个字符串传递给tokenizer。Tokenizer的任务是把原有字符串分割成一个个标识符(token),并把这些标识符传递给解析器。Tokenizer是用手工编写的,在C文件tokenize.c中。

    • 语法分析器(Parser)

    语法分析器的工作是在指定的上下文中赋予标识符具体的含义。SQLite的语法分析器使用Lemon LALR(1)分析程序生成器来产生,Lemon做的工作与YACC/BISON相同,但它使用不同的输入句法,这种句法更不易出错。Lemon还产生可重入的并且线程安全的语法分析器。Lemon定义了非终结析构器的概念,当遇到语法错误时它不会泄露内存。驱动Lemon的源文件可在parse.y中找到。

    • 代码生成器(Code Generator)

    语法分析器在把标识符组装成完整的SQL语句后,就调用代码生成器产生虚拟机代码

    虚拟机(Virtual Machine)

    架构中最核心的部分是虚拟机,或者叫做虚拟数据库引擎(Virtual Database Engine,VDBE)。它和Java虚拟机相似,解释执行字节代码。VDBE的字节代码由128个操作码(opcodes)构成,它们主要集中在数据库操作。它的每一条指令都用来完成特定的数据库操作(比如打开一个表的游标)或者为这些操作栈空间的准备(比如压入参数)。总之,所有的这些指令都是为了满足SQL命令的要求。

    后端(Back-End)

    后端由B-树(B-tree),页缓存(page cache,pager)和操作系统接口(即系统调用)构成。B-tree和page cache共同对数据进行管理。B-tree的主要功能就是索引,它维护着各个页面之间的复杂的关系,便于快速找到所需数据。而pager的主要作用就是通过OS接口在B-tree和Disk之间传递页面。

    • B-树(B-Tree)

    一个SQLite数据库使用B-树的形式存储在磁盘上,B-树的实现位于源文件btree.c中。数据库中的每个表和索引使用一棵单独的B-树,所有的B-树存放在同一个磁盘文件中。文件格式的细节被记录在btree.c开头的备注里。B-树子系统的接口在头文件btree.h中定义。

    • 页面高速缓存(Page Cache)

    B-树模块以固定大小的数据块形式从磁盘上请求信息,默认的块大小是1024个字节,但是可以在512和65536个字节之间变化。页面高速缓存负责读、写和缓存这些数据块。页面高速缓存还提供回滚和原子提交的抽象,并且管理数据文件的锁定。B-树驱动模块从页面高速缓存中请求特定的页,当它想修改页面、想提交或回滚当前修改时,它也会通知页面高速缓存。页面高速缓存处理所有麻烦的细节,以确保请求能够快速、安全而有效地被处理。
    页面高速缓存的代码实现被包含在单一的C源文件pager.c中。页面高速缓存子系统的接口在头文件pager.h中定义。

    OS接口

    为了在POSIX和Win32操作系统之间提供移植性,SQLite使用一个抽象层来提供操作系统接口。OS抽象层的接口在os.h中定义,每种支持的操作系统有各自的实现:Unix使用os_unix.c,Windows使用os_win.c,等等。每个特定操作系统的实现通常都有自己的头文件,如os_unix.h, os_win.h等。

    参考资料

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