关系型数据库工作原理-数据库整体框架(翻译自Coding-Geek文章)
本文翻译自Coding-Geek文章:《 How does a relational database work》。原文链接:http://coding-geek.com/how-databases-work/#Buffer-Replacement_strategies
本文翻译了如下章节, 介绍数据库整体框架:
Global overview
所谓的数据库是指一组易于访问和修改的数据集合。但是,但是一组简单的文件也能实现这个功能。实际上,最近简单的一些数据库系统如SQLLite实现的功能与一组文件没有大的差异。但是,SQLLite可以算作设计得非常优秀的一组文件。因为它支持:
- 通过事务管理保证了数据的安全性和一致性。
- 大数据快速处理能力,能处理百万级的数据。
我们现在来了解一下数据库包含哪些重要的组件,请看这张数据数据库架构图。
在写下这篇文章之前,我已经研究了大量关于如何实现数据库的书籍、文档、甚至源代码。因此,别太在意我为何要这样设计数据库的架构图,以及这些组件为何取这样的名字。针对这篇文档,我做了一些取舍。真正需要关注的是这些组件承担的不同职责。 一句话,数据库是由一组相互交互,功能不同的组件构成的系统。
The core components
The process manager
进程管理器。许多数据库都有专用的进程池或者线程池管理。甚至,仅仅为了获得纳秒级的性能提升,许多现代处理器设计了专用的线程,代替操作系统的线程。The network manager
网络管理。对于分布式数据库来讲,网络I/O是一个关键问题。所以设计了专用的网络管理器。File system manager
文件系统管理。磁盘I/O是数据库最关键的性能瓶颈(Disk I/O is the first bottleneck of a database)。设计一个文件管理器能完美的与操作系统的文件系统交互,甚至替换操作系统的文件系统是非常主要的。The memory manager
内存管理。为了避免频繁的磁盘I/O操作,通过一个块大的内存来缓存数据是必须的。但是,有了大的内存缓存,就需要对它高效的管理。特别是有大量查询并发访问内存缓存的时候。Security Manager
安全管理。管理用户授权和权限认证。Client manager
客户端管理。管理客户端的连接。
The tools
Backup manager
备份管理。数据库备份与恢复。Recovery manager
数据库恢复系统。数据库崩溃后重启,保证数据库的一致性。- Monitor manager
监控系统。日志记录数据库的活动状态,并提供功能监控数据库系统。
- Monitor manager
Administration manager
系统管理。元数据存储管理(例如表名、表结构)。提供工具管理数据表结构、存储空间配置等。
The query Manager
Query parser
查询解析器。SQL编译,检查查询语句的有效性。Query rewriter
查询重写器。SQL前置优化。Query optimizer
查询优化器。对SQL语句做性能上的优化(类似C++编译器优化代码执行路径,提升执行效率)。Query executor
查询执行器。编译SQL代码,执行查询数据库操作。
The data manager
Transaction manager
事务管理。启动/提交/回滚事务。Cache manager
缓存管理。在读取数据之前将数据提前加载到内存;在修改数据之后将数据持久化到磁盘。Data access manager
数据访问管理器。操作磁盘上的数据文件。
接下来的章节,我将重点介绍数据库如果执行一条SQL的查询操作。通过三部分展开:
- the client manager—客户端管理
- the query manager—查询管理
- the data manager —数据管理
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