從MySQL源碼看其網(wǎng)絡(luò)IO模型

前言

MySQL是當(dāng)今最流行的開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)，閱讀其源碼是一件大有裨益的事情(雖然其代碼感覺(jué)比較凌亂)。而筆者閱讀一個(gè)Server源碼的習(xí)慣就是先從其網(wǎng)絡(luò)IO模型看起。于是，便有了本篇博客。

MySQL啟動(dòng)Socket監(jiān)聽(tīng)

看源碼，首先就需要找到其入口點(diǎn)，mysqld的入口點(diǎn)為mysqld_main,跳過(guò)了各種配置文件的加載

之后，我們來(lái)到了network_init初始化網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié),如下圖所示:

下面是其調(diào)用棧:

mysqld_main (MySQL Server Entry Point) 
    |-network_init (初始化網(wǎng)絡(luò)) 
        /* 建立tcp套接字 */ 
        |-create_socket (AF_INET) 
        |-mysql_socket_bind (AF_INET) 
        |-mysql_socket_listen (AF_INET) 
        /* 建立UNIX套接字*/ 
        |-mysql_socket_socket (AF_UNIX) 
        |-mysql_socket_bind (AF_UNIX) 
        |-mysql_socket_listen (AF_UNIX) 

值得注意的是，在tcp socket的初始化過(guò)程中，考慮到了ipv4/v6的兩種情況:

// 首先創(chuàng)建ipv4連接 
ip_sock= create_socket(ai, AF_INET, &a); 
// 如果無(wú)法創(chuàng)建ipv4連接，則嘗試創(chuàng)建ipv6連接 
if(mysql_socket_getfd(ip_sock) == INVALID_SOCKET) 
     ip_sock= create_socket(ai, AF_INET6, &a); 

如果我們以很快的速度stop/start mysql,會(huì)出現(xiàn)上一個(gè)mysql的listen port沒(méi)有被release導(dǎo)致無(wú)法當(dāng)前mysql的socket無(wú)法bind的情況，在此種情況下mysql會(huì)循環(huán)等待，其每次等待時(shí)間為當(dāng)前重試次數(shù)retry * retry/3 +1秒,一直到設(shè)置的—port-open-timeout(默認(rèn)為0)為止,如下圖所示:

MySQL新建連接處理循環(huán)

通過(guò)handle_connections_sockets處理MySQL的新建連接循環(huán),根據(jù)操作系統(tǒng)的配置通過(guò)poll/select處理循環(huán)(非epoll,這樣可移植性較高，且mysql瓶頸不在網(wǎng)絡(luò)上)。

MySQL通過(guò)線程池的模式處理連接(一個(gè)連接對(duì)應(yīng)一個(gè)線程，連接關(guān)閉后將線程歸還到池中),如下圖所示:

對(duì)應(yīng)的調(diào)用棧如下所示:

handle_connections_sockets 
    |->poll/select 
    |->new_sock=mysql_socket_accept(...sock...) /*從listen socket中獲取新連接*/ 
    |->new THD 連接線程上下文 /* 如果獲取不到足夠內(nèi)存，則shutdown new_sock*/ 
    |->mysql_socket_getfd(sock) 從socket中獲取 
        /** 設(shè)置為NONBLOCK和環(huán)境有關(guān) **/ 
    |->fcntl(mysql_socket_getfd(sock), F_SETFL, flags | O_NONBLOCK); 
    |->mysql_socket_vio_new 
        |->vio_init (VIO_TYPE_TCPIP) 
            |->(vio->write = vio_write) 
            /* 默認(rèn)用的是vio_read */ 
            |->(vio->read=(flags & VIO_BUFFERED_READ) ?vio_read_buff :vio_read;) 
            |->(vio->viokeepalive = vio_keepalive) /*tcp層面的keepalive*/ 
            |->..... 
    |->mysql_net_init 
        |->設(shè)置超時(shí)時(shí)間，最大packet等參數(shù) 
    |->create_new_thread(thd) /* 實(shí)際是從線程池拿，不夠再新建pthread線程 */ 
        |->最大連接數(shù)限制 
        |->create_thread_to_handle_connection 
            |->首先看下線程池是否有空閑線程 
                |->mysql_cond_signal(&COND_thread_cache) /* 有則發(fā)送信號(hào) */ 
            /** 這邊的hanlde_one_connection是mysql連接的主要處理函數(shù) */ 
            |->mysql_thread_create(...handle_one_connection...) 

MySQL的VIO

如上圖代碼中，每新建一個(gè)連接，都隨之新建一個(gè)vio(mysql_socket_vio_new->vio_init),在vio_init的過(guò)程中，初始化了一堆回掉函數(shù),如下圖所示:

我們關(guān)注點(diǎn)在vio_read和vio_write上,如上面代碼所示，在筆者所處機(jī)器的環(huán)境下將MySQL連接的socket設(shè)置成了非阻塞模式(O_NONBLOCK)模式。所以在vio的代碼里面采用了nonblock代碼的編寫(xiě)模式,如下面源碼所示:

vio_read

size_t vio_read(Vio *vio, uchar *buf, size_t size) 
{ 
  while ((ret= mysql_socket_recv(vio->mysql_socket, (SOCKBUF_T *)buf, size, flags)) == -1) 
  { 
    ...... 
    // 如果上面獲取的數(shù)據(jù)為空，則通過(guò)select的方式去獲取讀取事件，并設(shè)置超時(shí)timeout時(shí)間 
    if ((ret= vio_socket_io_wait(vio, VIO_IO_EVENT_READ))) 
        break; 
  } 
} 

即通過(guò)while循環(huán)去讀取socket中的數(shù)據(jù)，如果讀取為空，則通過(guò)vio_socket_io_wait去等待(借助于select的超時(shí)機(jī)制),其源碼如下所示:

vio_socket_io_wait 
    |->vio_io_wait 
        |-> (ret= select(fd + 1, &readfds, &writefds, &exceptfds, 
              (timeout >= 0) ? &tm : NULL)) 

筆者在jdk源碼中看到j(luò)ava的connection time out也是通過(guò)這,select(…wait_time)的方式去實(shí)現(xiàn)連接超時(shí)的。

由上述源碼可以看出,這個(gè)mysql的read_timeout是針對(duì)每次socket recv(而不是整個(gè)packet的)，所以可能出現(xiàn)超過(guò)read_timeout MySQL仍舊不會(huì)報(bào)錯(cuò)的情況，如下圖所示:

vio_write

vio_write實(shí)現(xiàn)模式和vio_read一致，也是通過(guò)select來(lái)實(shí)現(xiàn)超時(shí)時(shí)間的判定,如下面源碼所示:

size_t vio_write(Vio *vio, const uchar* buf, size_t size) 
{ 
  while ((ret= mysql_socket_send(vio->mysql_socket, (SOCKBUF_T *)buf, size, flags)) == -1) 
  { 
    int error= socket_errno; 
 
    /* The operation would block? */ 
    // 處理EAGAIN和EWOULDBLOCK返回，NON_BLOCK模式都必須處理 
    if (error != SOCKET_EAGAIN && error != SOCKET_EWOULDBLOCK) 
      break; 
 
    /* Wait for the output buffer to become writable.*/ 
    if ((ret= vio_socket_io_wait(vio, VIO_IO_EVENT_WRITE))) 
      break; 
  } 
} 

MySQL的連接處理線程

從上面的代碼:

mysql_thread_create(...handle_one_connection...) 

可以發(fā)現(xiàn)，MySQL每個(gè)線程的處理函數(shù)為handle_one_connection,其過(guò)程如下圖所示:

代碼如下所示:

for(;;){ 
    // 這邊做了連接的handshake和auth的工作 
    rc= thd_prepare_connection(thd); 
    // 和通常的線程處理一樣，一個(gè)無(wú)限循環(huán)獲取連接請(qǐng)求 
    while(thd_is_connection_alive(thd)) 
    { 
        if(do_command(thd)) 
            break; 
    } 
    // 出循環(huán)之后，連接已經(jīng)被clientdu端關(guān)閉或者出現(xiàn)異常 
    // 這邊做了連接的銷毀動(dòng)作 
    end_connection(thd); 
end_thread: 
    ... 
    // 這邊調(diào)用end_thread做清理動(dòng)作，并將當(dāng)前線程返還給線程池重用 
    // end_thread對(duì)應(yīng)為one_thread_per_connection_end 
    if (MYSQL_CALLBACK_ELSE(thread_scheduler, end_thread, (thd, 1), 0)) 
        return; 
    ... 
    // 這邊current_thd是個(gè)宏定義，其實(shí)是current_thd(); 
    // 主要是從線程上下文中獲取新塞進(jìn)去的thd 
    // my_pthread_getspecific_ptr(THD*,THR_THD); 
    thd= current_thd; 
    ... 
} 

mysql的每個(gè)woker線程通過(guò)無(wú)限循環(huán)去處理請(qǐng)求。

線程的歸還過(guò)程

MySQL通過(guò)調(diào)用one_thread_per_connection_end(即上面的end_thread)去歸還連接。

MYSQL_CALLBACK_ELSE(...end_thread) 
    one_thread_per_connection_end 
        |->thd->release_resources() 
        |->...... 
        |->block_until_new_connection 

線程在新連接尚未到來(lái)之前，等待在信號(hào)量上(下面代碼是C/C++ mutex condition的標(biāo)準(zhǔn)使用模式):

static bool block_until_new_connection() 
{ 
    mysql_mutex_lock(&LOCK_thread_count); 
    ...... 
    while (!abort_loop && !wake_pthread && !kill_blocked_pthreads_flag) 
      mysql_cond_wait(&x1, &LOCK_thread_count); 
   ...... 
   // 從等待列表中獲取需要處理的THD 
   thd= waiting_thd_list->front(); 
   waiting_thd_list->pop_front(); 
   ...... 
   // 將thd放入到當(dāng)前線程上下文中 
   // my_pthread_setspecific_ptr(THR_THD,  this) 
   thd->store_globals(); 
   ...... 
   mysql_mutex_unlock(&LOCK_thread_count); 
   ..... 
} 

整個(gè)過(guò)程如下圖所示:

由于MySQL的調(diào)用棧比較深，所以將thd放入線程上下文中能夠有效的在調(diào)用棧中減少傳遞參數(shù)的數(shù)量。

總結(jié)

MySQL的網(wǎng)絡(luò)IO模型采用了經(jīng)典的線程池技術(shù)，雖然性能上不及reactor模型，但好在其瓶頸并不在網(wǎng)絡(luò)IO上，采用這種方法無(wú)疑可以節(jié)省大量的精力去專注于處理sql等其它方面的優(yōu)化。

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