每日一博 | 从MySQL源码看其网络IO模型
从MySQL源码看其网络IO模型
前言
MySQL是当今最流行的开源数据库，阅读其源码是一件大有裨益的事情(虽然其代码感觉比较凌乱)。而笔者阅读一个Server源码的习惯就是先从其网络IO模型看起。于是，便有了本篇博客。
MySQL启动Socket监听
看源码，首先就需要找到其入口点，mysqld的入口点为mysqld_main,跳过了各种配置文件的加载 之后，我们来到了network_init初始化网络环节,如下图所示:
下面是其调用栈:
mysqld_main (MySQL Server Entry Point)
|-network_init (初始化网络)
/* 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的初始化过程中，考虑到了ipv4/v6的两种情况:
// 首先创建ipv4连接
ip_sock= create_socket(ai, AF_INET, &a);
// 如果无法创建ipv4连接，则尝试创建ipv6连接
if(mysql_socket_getfd(ip_sock) == INVALID_SOCKET)
ip_sock= create_socket(ai, AF_INET6, &a);
如果我们以很快的速度stop/start mysql,会出现上一个mysql的listen port没有被release导致无法当前mysql的socket无法bind的情况，在此种情况下mysql会循环等待，其每次等待时间为当前重试次数retry * retry/3 +1秒,一直到设置的--port-open-timeout(默认为0)为止,如下图所示: 
MySQL新建连接处理循环
通过handle_connections_sockets处理MySQL的新建连接循环,根据操作系统的配置通过poll/select处理循环(非epoll,这样可移植性较高，且mysql瓶颈不在网络上)。
MySQL通过线程池的模式处理连接(一个连接对应一个线程，连接关闭后将线程归还到池中),如下图所示: 
对应的调用栈如下所示:
handle_connections_sockets
|->poll/select
|->new_sock=mysql_socket_accept(...sock...) /*从listen socket中获取新连接*/
|->new THD 连接线程上下文 /* 如果获取不到足够内存，则shutdown new_sock*/
|->mysql_socket_getfd(sock) 从socket中获取
/** 设置为NONBLOCK和环境有关 **/
|->fcntl(mysql_socket_getfd(sock), F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
|->mysql_socket_vio_new
|->vio_init (VIO_TYPE_TCPIP)
|->(vio->write = vio_write)
/* 默认用的是vio_read */
|->(vio->read=(flags & VIO_BUFFERED_READ) ?vio_read_buff :vio_read;)
|->(vio->viokeepalive = vio_keepalive) /*tcp层面的keepalive*/
|->.....
|->mysql_net_init
|->设置超时时间，最大packet等参数
|->create_new_thread(thd) /* 实际是从线程池拿，不够再新建pthread线程 */
|->最大连接数限制
|->create_thread_to_handle_connection
|->首先看下线程池是否有空闲线程
|->mysql_cond_signal(&COND_thread_cache) /* 有则发送信号 */
/** 这边的hanlde_one_connection是mysql连接的主要处理函数 */
|->mysql_thread_create(...handle_one_connection...)
MySQL的VIO
如上图代码中，每新建一个连接，都随之新建一个vio(mysql_socket_vio_new->vio_init),在vio_init的过程中，初始化了一堆回掉函数,如下图所示: 
我们关注点在vio_read和vio_write上,如上面代码所示，在笔者所处机器的环境下将MySQL连接的socket设置成了非阻塞模式(O_NONBLOCK)模式。所以在vio的代码里面采用了nonblock代码的编写模式,如下面源码所示:
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)
{
......
// 如果上面获取的数据为空，则通过select的方式去获取读取事件，并设置超时timeout时间
if ((ret= vio_socket_io_wait(vio, VIO_IO_EVENT_READ)))
break;
}
}
即通过while循环去读取socket中的数据，如果读取为空，则通过vio_socket_io_wait去等待(借助于select的超时机制),其源码如下所示:
vio_socket_io_wait
|->vio_io_wait
|-> (ret= select(fd + 1, &readfds, &writefds, &exceptfds,
(timeout >= 0) ? &tm : NULL))
笔者在jdk源码中看到java的connection time out也是通过这,select(...wait_time)的方式去实现连接超时的。
由上述源码可以看出,这个mysql的read_timeout是针对每次socket recv(而不是整个packet的)，所以可能出现超过read_timeout MySQL仍旧不会报错的情况，如下图所示: 
vio_write
vio_write实现模式和vio_read一致，也是通过select来实现超时时间的判定,如下面源码所示:
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? */
// 处理EAGAIN和EWOULDBLOCK返回，NON_BLOCK模式都必须处理
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的连接处理线程
从上面的代码:
mysql_thread_create(...handle_one_connection...)
可以发现，MySQL每个线程的处理函数为handle_one_connection,其过程如下图所示:
代码如下所示:
for(;;){
// 这边做了连接的handshake和auth的工作
rc= thd_prepare_connection(thd);
// 和通常的线程处理一样，一个无限循环获取连接请求
while(thd_is_connection_alive(thd))
{
if(do_command(thd))
break;
}
// 出循环之后，连接已经被clientdu端关闭或者出现异常
// 这边做了连接的销毁动作
end_connection(thd);
end_thread:
...
// 这边调用end_thread做清理动作，并将当前线程返还给线程池重用
// end_thread对应为one_thread_per_connection_end
if (MYSQL_CALLBACK_ELSE(thread_scheduler, end_thread, (thd, 1), 0))
return;
...
// 这边current_thd是个宏定义，其实是current_thd();
// 主要是从线程上下文中获取新塞进去的thd
// my_pthread_getspecific_ptr(THD*,THR_THD);
thd= current_thd;
...
}
mysql的每个woker线程通过无限循环去处理请求。
线程的归还过程
MySQL通过调用one_thread_per_connection_end(即上面的end_thread)去归还连接。
MYSQL_CALLBACK_ELSE(...end_thread)
one_thread_per_connection_end
|->thd->release_resources()
|->......
|->block_until_new_connection
线程在新连接尚未到来之前，等待在信号量上(下面代码是C/C++ mutex condition的标准使用模式):
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);
......
// 从等待列表中获取需要处理的THD
thd= waiting_thd_list->front();
waiting_thd_list->pop_front();
......
// 将thd放入到当前线程上下文中
// my_pthread_setspecific_ptr(THR_THD, this)
thd->store_globals();
......
mysql_mutex_unlock(&LOCK_thread_count);
.....
}
整个过程如下图所示:
由于MySQL的调用栈比较深，所以将thd放入线程上下文中能够有效的在调用栈中减少传递参数的数量。
总结
MySQL的网络IO模型采用了经典的线程池技术，虽然性能上不及reactor模型，但好在其瓶颈并不在网络IO上，采用这种方法无疑可以节省大量的精力去专注于处理sql等其它方面的优化。
