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SQlite体系结构

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1 体系结构

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     在内部,SQLite由以下几个组件组成:内核、SQL编译器、后端以及附件。SQLite通过利用虚拟机和虚拟数据库引擎(VDBE),使调试、修改和扩展SQLite的内核变得更加方便。所有SQL语句都被编译成易读的、可以在SQLite虚拟机中执行的程序集。SQLite支持大小高达2 TB的数据库,每个数据库完全存储在单个磁盘文件中。这些磁盘文件可以在不同字节顺序的计算机之间移动。这些数据以B+树(B+tree)数据结构的形式存储在磁盘上。SQLite根据该文件系统获得其数据库权限。SQLite的体系结构图,如图1-1所示:

     (一)公共接口(Interface)

SQLite库的大部分公共接口由main.c, legacy.c和vdbeapi.c源文件中的函数来实现,这些函数依赖于分散在其他文件中的一些程序,因为在这些文件中它们可以访问有文件作用域的数据结构

     (二)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。SQlite体系结构,by 5lulu.com

     (三)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。

     (四)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,以执行SQL语句请求的工作。代码生成器包含许多文件:attach.c, auth.c, build.c, delete.c, expr.c, insert.c,pragma.c, select.c, trigger.c, update.c, vacuum.c和where.c。这些文件涵盖了大部分最重要、最有意义的事情。expr.c处理SQL中表达式的代码生成。where.c处理SELECT、UPDATE和DELETE语句中WHERE子句的代码生成。文件attach.c, delete.c, insert.c, select.c, trigger.c, update.c和vacuum.c处理同名SQL语句的代码生成(这些文件在必要时都调用expr.c和where.c中的例程)。所有其他SQL语句的代码由build.c生成。文件auth.c实现sqlite3_set_authorizer()的功能。

     (五)虚拟机(Virtual Machine)

代码生成器生成的代码由虚拟机来执行。总的来说,虚拟机实现一个专为操作数据库文件而设计的抽象计算引擎。它有一个存储中间数据的存储栈,每条指令包含一个操作码和不超过三个额外的操作数。

     (六)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。

     (七)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。

      (八) 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。

     (九)实用工具(Utilities)

内存分配字符串比较函数位于util.c中。语法分析器使用的符号表用Hash表来维护,其实现位于hash.c中。源文件utf.c包含Unicode转换子程序。SQLite有自己的printf()实现(带一些扩展功能),在printf.c中,还有自己的随机数生成器,在random.c中。

      (十)测试代码(Test Code)

如果你计算回归测试脚本,超过一半的SQLite代码将被测试。主要代码文件中有许多assert()语句。另外,源文件test1.c通过test5.c和md5.c实现只用于测试目的的一些扩展。os_test.c后端接口用来模拟断电,以验证页面高速缓存的崩溃恢复机制。

2 SQLite模块结构

SQLite 由以下几个主要模块组成:SQL 编译器、内核、后端。

  • 后端:由B-树(B-tree),页缓存管理(pager)和操作系统接口构成。B-tree和Pager共同对数据进行管理。B-tree用与对数据建立索引,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。Pager的主要作用就是通过OS接口在B-tree和硬盘之间传递页面。

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