转 MySQL源码分析
看到一个不错的介绍,原址如下:
http://software.intel.com/zh-cn/blogs/2010/08/20/mysql0/
作者: Yuan Zhou (Intel) (7 篇文章) 日期: 八月 20, 2010 在 12:13 下午
编译安装
为了实现MySQL的更高级别的性能调优,我们通常需要理解其内部实现机制,并对其进行优化调试。在下面的系列中,我们会分别介绍MySQL的部分内部实现机制。
首先我们介绍如何从源代码部署一台MySQL服务器。
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下载MySQL Community Server源码
http://dev.mysql.com/downloads/ 本文中演示使用的是mysql-5.5.0-m2版本。
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安装环境:
[root@localhost ~]# uname -a
Linux localhost.localdomain 2.6.18-164.el5 #1 SMP Tue Aug 18 15:51:48 EDT 2009 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
[root@localhost ~]# gcc -v
......
Gcc-4.1.2 x86_64-redhat-linux
Thread model: posix
gcc version 4.1.2 20080704 (Red Hat 4.1.2-46) -
编译安装(以下命令全部以root身份运行)
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添加运行MySQL程序的mysql用户:
groupadd mysql
useradd mysql –g mysql -
CFLAGS="-g –O0" CXX=gcc CXXFLAGS="-g –O0 -felide-constructors -fno-exceptions -fno-rtti" ./configure --prefix=Folder_you_want_to_install --with-extra-charsets=complex --enable-thread-safe-client --enable-local-infile --enable-assembler --with-plugins=innobase --with-fast-mutexes
建议使用-O0选项,即不使用gcc优化代码,方便于在调试时可以直接看到代码。
--with-plugins=innobase,启用innodb存储引擎插件。 -
make && make install
此命令结束后应该能在安装目录下看到MySQL的文件了。
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添加运行MySQL程序的mysql用户:
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配置
配置MySQL的参数,可以support-files下配置文件的模板:
cp support-files/my-medium.cnf /etc/my.cnf
vi /etc/my.cnf
按照测试的需求修改,注意加上datadir和innodb等部分重要参数。bin/mysql_install_db --user=mysql
这里安装必要的数据库文件,如MySQL的系统表,--user=mysql是用来运行mysql的用户。 -
测试
简单测试一下,运行mysqld_safe &
在RHEL系统上以root运行mysqld_safe时,会自动切换到mysql用户来运行mysqld程序。查看mysqld进程,记录下启动时参数(斜体加粗部分),为今后的调试做准备。
[root@localhost ~]# ps aux | grep mysql
mysql 12261 0.0 13.0 1746120 200992 ? Tl Apr19 0:01 /usr/local/mysql/libexec/mysqld --basedir=/usr/local/mysql --datadir=/usr/local/mysql/var --user=mysql --log-error=/usr/local/mysql/var/localhost.localdomain.err --pid-file=/usr/local/mysql/var/localhost.localdomain.pid --socket=/tmp/mysql.sock --port=3306
root 12286 0.0 0.1 109396 2276 pts/3 S+ Apr19 0:00 mysql
root 22624 0.0 0.0 61192 748 pts/6 S+ 10:20 0:00 grep mysql
这条命令会关闭mysqld
mysqladmin –u root –p shutdown
调试程序
安装结束,进入正题调试环节。通常Linux下程序员倾向于使用强大的gdb(GNU Project Debugger)来调试程序,可以查看程序的内部结构、设置断点、查看调用堆栈等。在本文中,我们尝试使用kdbg,其本质上是带有图形界面的gdb,更方便直观,但依赖 KDE桌面环境。
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安装
yum install kdbg
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启动kdbg并选择可执行程序libexec/mysqld。
不同版本的kdbg在界面上可能不同。
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在execution->arguments中输入前面记录mysqld的启动参数。
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设置断点,按F5开始运行调试。
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当程序运行到断点时会暂停,此时可以查看输出、调用栈和当前的堆栈值等。
参考资料
http://dev.mysql.com/doc/
http://forge.mysql.com/wiki/MySQL_Internals
http://www.kdbg.org/
作者: Yuan Zhou (Intel) (7 篇文章) 日期: 九月 1, 2010 在 11:49 上午
主要模块及数据流
经过多年的发展,mysql的主要模块已经稳定,基本不会有大的修改。本文将对MySQL的整体架构及重要目录进行讲述。
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源码结构(MySQL-5.5.0-m2)
- BUILD: 内含在各个平台、各种编译器下进行编译的脚本。如compile-pentium-debug表示在pentium架构上进行编译的脚本。
- Client: 客户端工具,如mysql, mysqladmin之类。
- Cmd-line-utils: readline, libedit工具。
- Config: 给aclocal使用的配置文件。
- Dbug: 提供一些调试用的宏定义。
- Extra: 提供innochecksum,resolveip等额外的小工具。
- Include: 包含的头文件
- Libmysql: 库文件,生产libmysqlclient.so。
- Libmysql_r: 线程安全的库文件,生成libmysqlclient_r.so。
- Libservices: 5.5.0中新加的目录,实现了打印功能。
- Man: 手册页。
- Mysql-test: mysqld的测试工具一套。
- Mysys: 为跨平台计,MySQL自己实现了一套常用的数据结构和算法,如string, hash等。
- Netware: 在netware平台上进行编译时需要的工具和库。
- Plugin: mysql以插件形式实现的部分功能。
- Pstack: 异步栈追踪工具。
- Regex: 正则表达式工具。
- Scripts: 提供脚本工具,如mysql_install_db等
- Sql: mysql主要代码,将会生成mysqld文件。
- Sql-bench: 一些评测代码。
- Sql-common: 存放部分服务器端和客户端都会用到的代码。
- Storage: 存储引擎所在目录,如myisam, innodb, ndb等。
- Strings: string库。
- Support-files: my.cnf示例配置文件。
- Tests: 测试文件所在目录。
- Unittest: 单元测试。
- Vio: virtual io系统,是对network io的封装。
- Win: 给windows平台提供的编译环境。
- Zip: zip库工具
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主要数据结构
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THD 线程描述符(sql/sql_class.h)
包含处理用户请求时需要的相关数据,每个连接会有一个线程来处理,在一些高层函数中,此数据结构常被当作第一个参数传递。
NET net; // 客户连接描述符
Protocol *protocol; // 当前的协议
Protocol_text protocol_text; // 普通协议
Protocol_binary protocol_binary; // 二进制协议
HASH user_vars; //用户变量的hash值
String packet; // 网络IO时所用的缓存
String convert_buffer; // 字符集转换所用的缓存
struct sockaddr_in remote; //客户端socket地址THR_LOCK_INFO lock_info; // 当前线程的锁信息
THR_LOCK_OWNER main_lock_id; // 在旧版的查询中使用
THR_LOCK_OWNER *lock_id; //若非main_lock_id, 指向游标的lock_id
pthread_mutex_t LOCK_thd_data; //thd的mutex锁,保护THD数据(thd->query, thd->query_length)不会被其余线程访问到。Statement_map stmt_map; //prepared statements和stored routines 会被重复利用
int insert(THD *thd, Statement *statement); // statement的hash容器
class Statement::
LEX_STRING name; /* prepared statements的名字 */
LEX *lex; //语法树描述符
bool set_db(const char *new_db, size_t new_db_len)
void set_query(char *query_arg, uint32 query_length_arg);
{
pthread_mutex_lock(&LOCK_thd_data);
set_query_inner(query_arg, query_length_arg);
pthread_mutex_unlock(&LOCK_thd_data);
} -
NET 网络连接描述符(sql/mysql_com.h)
网络连接描述符,对内部数据包进行了封装,是client和server之间的通信协议。
Vio *vio; //底层的网络I/O socket描述符
unsigned char *buff,*buff_end,*write_pos,*read_pos; //缓存相关
unsigned long remain_in_buf,length, buf_length, where_b;
unsigned long max_packet,max_packet_size; //当前值;最大值
unsigned int pkt_nr,compress_pkt_nr; //当前(未)压缩包的顺序值
my_bool compress; //是否压缩
unsigned int write_timeout, read_timeout, retry_count; //最大等待时间
unsigned int *return_status; //thd中的服务器状态
unsigned char reading_or_writing;
/*1 代表读, 2 代表写, 0代表无状态 */
unsigned int last_errno; //返回给客户端的错误号
unsigned char error;
/*0:执行成功
1:在协议层有逻辑错误
2:系统调用或标准库出错
3:特例,表示缓存不能装下当前这么大的包
*/ -
TABLE 数据库表描述符(sql/table.h)
数据库表描述符,分成TABLE和TABLE_SHARE两部分。
handler *file; //指向这张表在storage engine中的handler的指针
THD *in_use; /* 使用这张表的thread号 */
Field **field; /* 指向数据域的指针*/
uchar *record[2]; /* 指向记录的指针*/
uchar *write_row_record; /* 在THD::write_row中用来做优化 */
uchar *insert_values; /* INSERT ... UPDATE语句用 */
/*
可用来直接获取表中数据而不用读取行的当前key的映射值
*/
key_map covering_keys;
key_map quick_keys, merge_keys;
key_map keys_in_use_for_query;
/* 可用以生成GROUP BY结果的key映射值 */
key_map keys_in_use_for_group_by;
/* 可用以生成ORDER BY 结果的key映射值 */
key_map keys_in_use_for_order_by;
KEY *key_info; /* 数据库中key的信息*/HASH name_hash; //数据域名字的hash值
MEM_ROOT mem_root; //内存块
LEX_STRING db;
LEX_STRING table_name;
LEX_STRING table_cache_key;
enum db_type db_type //当前表的storage engine类型
enum row_type row_type //当前记录是定长还是变长
uint primary_key;
uint next_number_index; //自动增长key的值
bool is_view ;
bool crashed; -
FIELD 字段描述符(sql/field.h)
域描述符,是各种字段的抽象基类。
uchar *ptr; // 记录中数据域的位置
uchar *null_ptr; // 记录 null_bit 位置的byte
TABLE *table; // 指向表的指针
TABLE *orig_table; // 指向原表的指针
const char **table_name, *field_name;
LEX_STRING comment;
/* 数据域是下列key的一部分 */
key_map key_start, part_of_key, part_of_key_not_clustered;
key_map part_of_sortkey;
/*各种数据域的类型*/
enum utype { NONE,DATE,SHIELD,NOEMPTY,CASEUP,PNR,BGNR,PGNR,YES,NO,REL,
CHECK,EMPTY,UNKNOWN_FIELD,CASEDN,NEXT_NUMBER,INTERVAL_FIELD,
BIT_FIELD, TIMESTAMP_OLD_FIELD, CAPITALIZE, BLOB_FIELD,
TIMESTAMP_DN_FIELD, TIMESTAMP_UN_FIELD, TIMESTAMP_DNUN_FIELD};
…..
virtual int store(const char *to, uint length,CHARSET_INFO *cs)=0;
inline String *val_str(String *str) { return val_str(str, str); } -
Utility API Calls 各种API
各种核心的工具,例如内存分配,字符串操作或文件管理。标准C库中的函数只使用了很少一部分,C++中的函数基本没用。
void *my_malloc(size_t size, myf my_flags) //对malloc的封装
size_t my_write(File Filedes, const uchar *Buffer, size_t Count, myf MyFlags) //对write的封装 -
Preprocessor Macros 处理器宏
Mysql中使用了大量的C预编译,随编译参数的不同最终代码也不同。
#define max(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b)) //得出两数中的大者
do
{
char compile_time_assert[(X) ? 1 : -1]
__attribute__ ((unused));
} while(0)
使用gcc的attribute属性指导编译器行为
• Global variables 全局变量
• configuration settings
• server status information
• various data structures shared among threads
主要包括一些全局的设置,服务器信息和部分线程间共享的数据结构。struct system_status_var global_status_var; //全局的状态信息
struct system_variables global_system_variables; //全局系统变量
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THD 线程描述符(sql/sql_class.h)
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主要调用流程
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MySQL启动
主要代码在sql/mysqld.cc中,精简后的代码如下:
int main(int argc, char **argv) //标准入口函数
MY_INIT(argv[0]); //调用mysys/My_init.c->my_init(),初始化mysql内部的系统库
logger.init_base(); //初始化日志功能
init_common_variables(MYSQL_CONFIG_NAME,argc, argv, load_default_groups) //调用load_defaults(conf_file_name, groups, &argc, &argv),读取配置信息
user_info= check_user(mysqld_user);//检测启动时的用户选项
set_user(mysqld_user, user_info);//设置以该用户运行
init_server_components();//初始化内部的一些组件,如table_cache, query_cache等。
network_init();//初始化网络模块,创建socket监听
start_signal_handler();// 创建pid文件
mysql_rm_tmp_tables() || acl_init(opt_noacl)//删除tmp_table并初始化数据库级别的权限。
init_status_vars(); // 初始化mysql中的status变量
start_handle_manager();//创建manager线程
handle_connections_sockets();//主要处理函数,处理新的连接并创建新的线程处理之 -
监听接收链接
主要代码在sql/mysqld.cc中,精简后的代码如下:
THD *thd;
FD_SET(ip_sock,&clientFDs); //客户端socket
while (!abort_loop)
readFDs=clientFDs;
if (select((int) max_used_connection,&readFDs,0,0,0) error && net->vio != 0 &&
!(thd->killed == THD::KILL_CONNECTION))
{
if(do_command(thd)) //处理客户端发出的命令
break;
}
end_connection(thd);
} -
预处理连接
thread_count++;//增加当前连接的线程
thread_scheduler.add_connection(thd);
for (;;) {
lex_start(thd);
login_connection(thd); // 认证
prepare_new_connection_state(thd); //初始化thd描述符
while(!net->error && net->vio != 0 &&
!(thd->killed == THD::KILL_CONNECTION))
{
if(do_command(thd)) //处理客户端发出的命令
break;
}
end_connection(thd);
} -
处理
do_command在sql/sql_parse.cc中:读取客户端传递的命令并分发。
NET *net= &thd->net;
packet_length= my_net_read(net);
packet= (char*) net->read_pos;
command= (enum enum_server_command) (uchar) packet[0]; //从net结构中获取命令
dispatch_command(command, thd, packet+1, (uint) (packet_length-1));//分发命令
在dispatch_command函数中,根据命令的类型进行分发。
thd->command=command;
switch( command ) {
case COM_INIT_DB: ...;
case COM_TABLE_DUMP: ...;
case COM_CHANGE_USER: ...;
….
case COM_QUERY: //如果是查询语句
{
alloc_query(thd, packet, packet_length)//thd->set_query(query, packet_length);
mysql_parse(thd, thd->query(), thd->query_length(), &end_of_stmt);
// 解析查询语句
….
}
在mysql_parse函数中,lex_start(thd);
if (query_cache_send_result_to_client(thd, (char*) inBuf, length) sql_command
在mysql_execute_command中,根据命令类型,转到相应的执行函数。switch (lex->sql_command) {
LEX *lex= thd->lex;
TABLE_LIST *all_tables;
case SQLCOM_SELECT:
check_table_access(thd, lex->exchange ? SELECT_ACL | FILE_ACL : SELECT_ACL, all_tables, UINT_MAX, FALSE); //检查用户权限
execute_sqlcom_select(thd, all_tables); //执行select命令
break;case SQLCOM_INSERT:
{ res= insert_precheck(thd, all_tables) //rights
mysql_insert(thd, all_tables, lex->field_list, lex->many_values,
lex->update_list, lex->value_list,
lex->duplicates, lex->ignore);
break;
在execute_sqlcom_select函数中,res= open_and_lock_tables(thd, all_tables)//directly and indirectly
res= handle_select(thd, lex, result, 0);
handle_select在sql_select.cc中,调用mysql_select ,在mysql_select中,join->prepare();//Prepare of whole select (including sub queries in future).
join->optimize();//global select optimisation.
join->exec();//
在mysql_insert函数中,open_and_lock_tables(thd, table_list)
mysql_prepare_insert(); //prepare item in INSERT statment
while ((values= its++))
write_record(thd, table ,&info);//写入新的数据
在write_record函数中,table->file->ha_write_row(table->record[0])
ha_write_row在Handler.cc中,只是一个接口
write_row(buf); //调用表存储所用的引擎
当客户端链接上mysql服务端时,系统为其分配一个链接描述符thd,用以描述客户端的所有信息,将作为参数在各个模块之间传递。一个典型的客户端查询在MySQL的主要模块之间的调用关系如下图所示:
当mysql启动完毕后,调用handle_connection_sockets等待客户端连接。当客户端连接上服务器时,服务处理函数将接受连接,会为其创建链接线程,并进行认证。如认证通过,每个连接线程将会被分配到一个线程描述符thd,可能是新创建的,也可能是从cached_thread线程池中复用的。该描述符包含了客户端输入的所有信息,如查询语句等。服务器端会层层解析命令,根据命令类型的不同,转到相应的sql执行函数,进而给传递给下层的存储引擎模块,处理磁盘上的数据库文件,最后将结果返回。执行完毕后thd将被加入cached_thread中。
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MySQL启动
作者: Yuan Zhou (Intel) (7 篇文章) 日期: 九月 1, 2010 在 11:50 上午
Mysql中的内存分配相关
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涉及到内存的配置参数
- 这些参数可以分成两部分,分别对应MySQL中的两个层次:服务器层和存储引擎层。
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MySQL服务器相关:
每个连接到MySQL服务器的线程都需要有自己的缓冲,默认为其分配256K。事务开始之后,则需要增加更多的空间。运行较小的查询可能仅给指定的线程增加少量的内存消耗,例如存储查询语句的空间等。但如果对数据表做复杂的操作比较复杂,例如排序则需要使用临时表,此时会分配大约read_buffer_size,sort_buffer_size,read_rnd_buffer_size,tmp_table_size大小的内存空间。不过它们只是在需要的时候才分配,并且在那些操作做完之后就释放了。
read_buffer_size是MySql读入缓冲区大小。对表进行顺序扫描的请求将分配一个读入缓冲区,MySql会为它分配一段内存缓冲区。read_buffer_size变量控制这一缓冲区的大小。如果对表的顺序扫描请求非常频繁,并且你认为频繁扫描进行得太慢,可以通过增加该变量值以及内存缓冲区大小提高其性能。
sort_buffer_size是MySql执行排序使用的缓冲大小。如果想要增加ORDER BY的速度,首先看是否可以让MySQL使用索引而不是额外的排序阶段。如果不能,可以尝试增加sort_buffer_size变量的大小。该变量会监测sort_merge_passed, sort_range, sort_rows, sort_scan的状况。通常较小的sort_merge_passed性能越高,但是也与workload的特性有关。
read_rnd_buffer_size是MySql的随机读缓冲区大小。当按任意顺序读取行时(例如,按照排序顺序),将分配一个随机读缓存区。进行排序查询时,MySql会首先扫描一遍该缓冲,以避免磁盘搜索,提高查询速度,如果需要排序大量数据,可适当调高该值。但MySql会为每个客户连接发放该缓冲空间,所以应尽量适当设置该值,以避免内存开销过大。
query_cache_size是MySql的查询缓冲大小。(从4.0.1开始,MySQL提供了查询缓冲机制)使用查询缓冲,MySQL将SELECT语句和查询结果存放在缓冲区中,今后对于同样的SELECT语句(区分大小写),将直接从缓冲区中读取结果。根据MySQL用户手册,使用查询缓冲最多可以达到238%的效率。此外还有每个连接中会使用的一些变量会消耗少量内存。
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MyISAM引擎相关
key_buffer_size存储了所有index的缓存,一般我们设为16M,通过检查状态值Key_read_requests和Key_reads,可以知道key_buffer_size设置是否合理。比例key_reads / key_read_requests应该尽可能的低,至少是1:100,1:1000更好(上述状态值可以使用"key_read%"获得用来显示状态数据)。key_buffer_size只对MyISAM表起作用。即使不使用MyISAM存储引擎,但是内部的临时磁盘表是MyISAM表,故也要使用该值。
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InnoDB引擎相关
innodb_buffer_pool_size对于InnoDB表来说,作用就相当于key_buffer_size对于MyISAM表的作用一样。InnoDB使用该参数指定大小的内存来缓冲数据和索引。对于单独的MySQL数据库服务器,手册上推荐把该值设置成物理内存的80%。
innodb_additional_mem_pool_size指定InnoDB用来存储数据字典和其他内部数据结构的内存池大小。缺省值是1M。通常不用太大,只要够用就行,应该与表结构的复杂度有关系。如果不够用,MySQL会在错误日志中写入一条警告信息。
innodb_log_buffer_size指定InnoDB用来存储日志数据的缓存大小,如果您的表操作中包含大量并发事务(或大规模事务),并且在事务提交前要求记录日志文件,请尽量调高此项值,以提高日志效率。
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Key_buffer_size
Table_open_cache
Sort_buffer_size
Read_buffer_size
Net_buffer_length
Read_rnd_buffer_size
Innodb_buffer_pool_size
Innodb_additional_mem_pool_size
Innodb_log_buffer_size
Query_cache_size Mysql中最小内存占用公式-
key buffer
innodb buffer pool
innodb log buffer
innodb additional mempool
net buffer-
sort buffer
myisam sort buffer
read buffer
join buffer
readrnd buffer
minmemoryneeded = globalbuffers + (threadbuffers * max_connections)
其中globalbuffers 包括:
threadbuffers 包括:
参考资料
http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/memory-use.html
http://www.mysqlperformanceblog.com/2006/05/17/mysql-server-memory-usage/
作者: Yuan Zhou (Intel) (7 篇文章) 日期: 九月 1, 2010 在 11:51 上午
配置文件详解
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关于配置文件存放位置和优先级
在一次部署中,我们发现MySQL没有按照配置文件中的innodb_data_path选项创建文件,查找后发现这台机器上有多个配置文件:/etc/my.cnf和/etc/mysql/my.cnf,而MySQL会优先读取/etc/mysql/my.cnf。当出现多个配置文件时,其优先级是如何确定的?源码面前,了无秘密。
用kDbg跟踪调试发现MySQL对系统中各处配置文件的优先级处理如下:
mysys/default.c
406行: int load_defaults(const char *conf_file, const char **groups,
int *argc, char ***argv)这里其实只是包了一层,调用另一个函数。
450行: int my_load_defaults(const char *conf_file, const char **groups,
int *argc, char ***argv, const char ***default_directories)
函数中段调用init_default_directories,获得程序初始化时将会尝试读取配置文件的所有目录,共五个,依次为:
1. /etc
2. /etc/mysql
3. $BASEDIR/mysql
4. cur_dir
5. ~/在506行调用了一个函数my_search_option_files,其定义为:
int my_search_option_files(const char *conf_file, int *argc, char ***argv,
uint *args_used, Process_option_func func,
void *func_ctx, const char **default_directories)
此函数的第259行for (dirs= default_directories ; *dirs; dirs++)
配置文件优先级在此体现,即使前面的配置文件中设置了选项,也会被后面配置中设定的值覆盖。例如在/etc/my.cnf中设定key_bufer_size=200M,但在/etc/mysql/my.cnf中又设定了key_buffer_size=300M,那么最终MySQL启动时将以后者为准。 -
几个重要的配置参数
- --datadir: 数据文件的存放路径。
- --basedir: mysql: 安装路径。
- --concurrent_insert: 默认情况下(AUTO)mysql允许对MyISAM引擎的select和insert操作并行执行。
- --key_buffer_size: 指定缓存key index用的cache大小。
- --table_open_cache: 所有threads打开的table数量。
- --sort_buffer_size: 每个线程都需要分配一个排序缓存,用于ORDER BY或GROUP BY。
- --read_buffer_size: 每个线程对表做scan操作时需要分配这样的缓存,需要是4k的倍数。
- --read_rnd_buffer_size: Sort_buffer中的数据被按照Key排序,此时MySQL会从中取出一部分数据按照物理磁盘上行指针的顺序排列并放入read_rnd_buffer中。
- --thread_cache_size: 服务端可以重新使用的线程数。当一个客户端连接线程结束工作时,会被放入该缓存中以备重用。
- --tmp_table_size: 可以使用的最大内存中的临时表。
- --query_cache_size: 缓存查询结果的内存使用量,默认为禁止(0)
在mysqld.cc中定义了所有可配置的服务端参数:
enum options_mysqld
{
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