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：

1. 通过事务管理保证了数据的安全性和一致性。
2. 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

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. Security Manager
   安全管理。管理用户授权和权限认证。

6. Client manager
   客户端管理。管理客户端的连接。

The tools

1. Backup manager
   备份管理。数据库备份与恢复。

2. 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。

   1. 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。

3. 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

1. Query parser
   查询解析器。SQL编译，检查查询语句的有效性。

2. Query rewriter
   查询重写器。SQL前置优化。

3. 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)。

4. Query executor
   查询执行器。编译SQL代码，执行查询数据库操作。

The data manager

1. Transaction manager
   事务管理。启动/提交/回滚事务。

2. 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。

3. 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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