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我们先通过一张架构图看看数据库的全貌。
这张图从约瑟夫 · 海勒斯坦 (Joseph M. Hellerstein) 等人的论文“Architecture of a Database System”中翻译而来。文中将数据库从逻辑上拆分为 5 个部分：
- 客户端通讯管理器 (Client Communications Manager) 这是应用开发者能够直观感受到的模块，通常我们使用 JDBC 或者 ODBC 协议访问数据库时，连接的就是这个部分。
- 查询处理器（Relational Query Processor）它包括四个部分，功能上是顺序执行的。首先是解析器，它将接收到的 SQL 解析为内部的语法树。然后是查询重写（Query Rewrite），它也被称为逻辑优化，主要是依据关系代数的等价变换，达到简化和标准化的目的，比如会消除重复条件或去掉一些无意义谓词 ，还有将视图替换为表等操作。再往后就是查询算法优化（Query Optimizer），它也被称为物理优化，主要是根据表连接方式、连接顺序和排序等技术进行优化，我们常说的基于规则优化（RBO）和基于代价优化（CBO）就在这部分。最后就是计划执行器（Plan Executor），最终执行查询计划，访问存储系统。
- 事务存储管理器（Transactional Storage Manager）它包括四个部分，其中访问方式（Access Methods）是指数据在磁盘的具体存储形式。锁管理（Lock Manager）是指并发控制。日志管理（Log Manager）是确保数据的持久性。缓存管理（Buffer Manager）则是指 I/O 操作相关的缓存控制。
- 进程管理器（Process Manager）连接建好了，数据库会为客户端分配一个进程，客户端后续发送的所有操作都会通过对应的进程来执行。当然，这里的进程只是大致的说法。事实上， Oracle 和 PostgreSQL 是进程的方式，而 MySQL 使用的则是线程。还有，进程与客户也不都是简单的一对一关系。
- 共享组件与工具 (Shared Components and Utilities) 在整个过程中还会涉及到的一些辅助操作，当然它们对于数据库的运行也是非常重要的。例如编目数据管理器（Catalog Manager）会记录数据库的表、字段、视图等元数据信息，并根据这些信息来操作具体数据内容。复制机制（Replication）也很重要，它是实现系统高可靠性的基础，在单体数据库中，通过主备节点复制的方式来实现数据的复制。