MySQL数据结构分析—Vio

目的

       MySQL数据结构Vio是MySQL对网络通信底层的进行封装结构，是MySQL网络通信数据结构NET重要的成员变量。Vio数据结构的封装，屏蔽了跨平台的差异性、统一了不同读写策略的接口等。使得网络通信过程可以不考虑具体实现的细节，而仅考虑算法和处理逻辑，从而处理MySQL的通信。

数据结构

       MySQL数据结构Vio的定义在源码中/include/violate.h和/vio/vio_priv.h，具体定义如下所示：

enum enum_vio_type

{

  VIO_CLOSED, VIO_TYPE_TCPIP, VIO_TYPE_SOCKET, VIO_TYPE_NAMEDPIPE,

  VIO_TYPE_SSL, VIO_TYPE_SHARED_MEMORY

};

/* This structure is for every connection on both sides */

struct st_vio

{

  my_socket  sd;  /* my_socket - real or imaginary */

  HANDLE hPipe;

  my_bool  localhost;  /* Are we from localhost? */

  int  fcntl_mode;  /* Buffered fcntl(sd,F_GETFL) */

  struct sockaddr_storage  local;  /* Local internet address */

  struct sockaddr_storage  remote;  /* Remote internet address */

  int addrLen;  /* Length of remote address */

  enum enum_vio_type  type;  /* Type of connection */

  char  desc[30];        /* String description */

  char  *read_buffer;  /* buffer for vio_read_buff */

  char  *read_pos;  /* start of unfetched data in the read buffer */

  char  *read_end;  /* end of unfetched data */

  /* function pointers. They are similar for socket/SSL/whatever */

  void  (*viodelete)(Vio*);

  int  (*vioerrno)(Vio*);

  size_t  (*read)(Vio*, uchar *, size_t);

  size_t  (*write)(Vio*, const uchar *, size_t);

  int  (*vioblocking)(Vio*, my_bool, my_bool *);

  my_bool  (*is_blocking)(Vio*);

  int  (*viokeepalive)(Vio*, my_bool);

  int  (*fastsend)(Vio*);

  my_bool (*peer_addr)(Vio*, char *, uint16*, size_t);

  void  (*in_addr)(Vio*, struct sockaddr_storage*);

  my_bool  (*should_retry)(Vio*);

  my_bool  (*was_interrupted)(Vio*);

  int  (*vioclose)(Vio*);

  void  (*timeout)(Vio*, unsigned int which, unsigned int timeout);

  my_bool  (*poll_read)(Vio *vio, uint timeout);

  my_bool  (*is_connected)(Vio*);

  my_bool  (*has_data) (Vio*);

#ifdef HAVE_OPENSSL

  void  *ssl_arg;

#endif

#ifdef  HAVE_SMEM

  HANDLE  handle_file_map;

  char  *handle_map;

  HANDLE  event_server_wrote;

  HANDLE  event_server_read;

  HANDLE  event_client_wrote;

  HANDLE  event_client_read;

  HANDLE  event_conn_closed;

  size_t  shared_memory_remain;

  char  *shared_memory_pos;

#endif /* HAVE_SMEM */

#ifdef _WIN32

  OVERLAPPED pipe_overlapped;

  DWORD read_timeout_ms;

  DWORD write_timeout_ms;

#endif

};

typedef struct st_vio Vio;

       枚举类型enum_vio_type定义了Vio的几种不同的网络连接类型，根据不同的类型，在网络通信时有相应不同的处理逻辑。

       Vio数据结构的定义分为几个部分：成员变量部分、接口部分、SSL部分、共享内存部分和windows特有成员变量。其中成员变量包括：socket描述符sd；管道描述符hPipe；localhost表示是否为本机；fcntl_mode表示socket文件描述符的模式，通过fcntl()函数（在windows下是fcntlsocket()函数）设置sd描述符的一些特性；local和remote分别表示本地和远端的网络地址，其中sockaddr_storage是通用网络地址数据结构；addrLen远端的网络地址长度；type表示网络连接类型；数组desc是Vio的描述信息；read_buffer、read_pos、read_end分别表示读buffer缓冲的指针地址、读取的当前位置以及结束地址，socket数据读取采用缓冲机制，提高读的性能。接口部分是socket的基本操作的函数指针，根据不同的平台和不同的读写策略，分别指向不同的处理函数。SSL部分是指当定义了HAVE_OPENSSL宏时，定义SSL相关的成员变量ssl_arg。共享内存部分是指当定义了HAVE_SMEM宏时，定义共享内存相关的成员变量。如果定义了_WIN32宏时，那么需要定义windows操作的成员变量。SSL部分、共享内存部分和windows特有成员变量都是根据编译时定义的宏及平台决定的，是不同读写策略时，使用的成员变量。

源码实现

       MySQL数据结构Vio对网络通信的封转，在源码的/vio/vio.c、/vio/viosocket.c、/vio/viossl.c、/vio/viosslfactories.c中实现。由于大多数的实现是根据不同的连接类型，对底层函数的调用，基本不涉及复杂的算法和处理逻辑。因此，以下内容中，仅对几个比较核心的处理过程进行简要的分析。

vio_init函数

       vio_init()函数是Vio的内部初始化函数，对外接口vio_new*()初始化函数，都调用vio_init()函数进行初始化。该函数根据不同的连接类型，初始化相应类型的处理函数指针。参考源码/vio/vio.c。

vio_read_buffer函数

       vio_read_buffer()函数是网络缓冲写方法，该方法同IO_CACHE的io读有相似之处。读取策略分为三种：如果read_buffer中有数据，直接从read_buffer中读取数据；如果读取的数据长度小于16K，那么调用vio_read()函数读取16K数据到read_buffer中，然后再从read_buffer中读取数据；如果数据长度大于16K，直接通过vio_read()读取制定长度的数据，不需要写入缓冲read_buffer。这种读写策略，可以有效的提高小数据量读取的性能。例如readline这种方式，需要通过逐个字符判断是否为换行符，如果直接调用vio_read()进行读取，会每次产生一次寻址、读取等物理操作。而采用缓冲读策略，所有的操作从read_buffer中获取数据，避免频繁的物理操作。

vio_close函数

       vio_close()函数是关闭网络连接的操作，在该过程中，有一个问题需要特别说明。在调用close()（windows下使用closesocket()函数）进行关闭socket连接之前，调用shutdown()函数将读写关闭。这是因为，在多个进程共享一个socket套接字，调用close()只是引用数减1，其他进程仍然可以通信，直到计数为0，才将socket套接字释放。而调用shutdown(2)则使得其他进程也无法进行通信。具体close()^[1]和shutdown()^[2]的区别，可以参考Linux manual中相应的解释。

socket_poll_read函数

       socket_poll_read()函数是实现IO复用的封装函数，从该封装函数中可以看出，MySQL在IO复用中，如果操作系统是windows，那么采用select()函数（在linux下select()的最大文件描述数目为1024，windows下无限制），在Linux系统中，使用poll()函数。select()和poll()类似，性能比select()略高。然而，这两种方式都存在一个问题，因为他们都需要遍历所有的文件描述符，当监听描述符个数增加时，监听效率降低，并且select和poll每次都要在用户态和内核态拷贝监听的描述符参数。更为高效的解决方案是epoll()方法，可以解决select()和poll()存在的不足。具体详细的分析和差异，参考相应的文档。

       SSL相关的处理函数在源码的/vio/viossl.c和/vio/viosslfactories.c，具体的实现主要是对SSL相关函数的封装，不再赘述。

结论

       通过以上分析可知，MySQL数据结构Vio主要封装了不同连接方式的网络通信接口，从而使得网络通信可以忽略平台差异和连接方式的不同，并且可以支持共享内存、SSL安全连接方式等通信方式。

       然而在IO复用方面，MySQL数据结构Vio存在一定的不足，使用了poll()方式。对于数据库这种高并发系统来说，会随着连接数的增加，使得poll()的系统调用次数严重下降，处理能力也随之降低。因此，对MySQL来说，一般的优化方案是限制连接数，而在应用层使用连接池的策略，来解决这个问题。然而当多个不同系统同时使用一个数据库实例时，仍然会导致连接数增加，如果该值设置较小的话，会导致连接失败。最佳的方式是使用epoll()方式代替poll()方式，从本质上提高处理能力。

参考

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2、

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4、http://www.cnblogs.com/xuxm2007/archive/2011/08/15/2139809.html