SQLite系统构架及虚拟机分析

struct Vdbe {
sqlite3 *db; /* 数据库连接 */
Op *aOp; /* 保存虚拟机的空间 */
… /* 其他指令 */
int nOp; /* 生成的指令的条数 */
char *zSql; /* SQL语句 */
… /* 其他指令 */
SubProgram *pProgram; /* 虚拟机使用的其他子程序，
链表 */
};
一个虚拟机实例可以有多个子程序，每个子程序可以由多条指令组成。下面是子程序的结构：
struct SubProgram {
VdbeOp *aOp; /* 指令 */
int nOp; /* 指令条数 */
int nMem; /* 需要的内部空间 */
int nCsr; /* 需要的游标 */
void *token; /* 循环触发时需要的id */
SubProgram *pNext; /* 链表的下一个 */

};
现在的SQLite有142条操作指令，都定义在opcodes.h中，在vdbe.c中有相应的源代码，将解析一些指令作为代表，详细的技术文档可以查看官方文档。所有的指令大概可以分为3类：
（1）数据操作：包含算术、逻辑运算、字符串操作等；
（2）数据管理：主要关于内存和磁盘的操作。内存上如栈(stack)操作、数据的传送等，磁盘操作主要是B-Tree和Pager模块，包括打开及操作游标、事务的开始与结束等；
（3）控制流：指令的跳转。
SQL语句在生成VDBE程序后，每条指令包含了一个操作码(opcode)和至多5个操作数（operands:P1、P2、P3、P4和P5)。其中：
（1）P1、P2、P3都是32 bit的带符号整数，它们通常引用的是寄存器。
（2）P2在所有的有跳转功能的指令中表示目的地址。例如上面的第2条指令将会跳转到第10条指令，然后顺序执行。
（3）P4可以是32 bit或者64 bit的带符号整型数据、字符串、BLOB数据(二进制大对象)、函数指针等其他多样的对象。
（4）P5通常是无符号的字符，充当的是标识位。
在SQLite的VDBE内部，所有的指令都是VdbeOp结构的一个实例(定义在vdbe.h中)，结构的定义也主要是这5个操作数。
struct VdbeOp {
u8 opcode; /* 操作码类型 */
… /* 其他数据接口 */
signed char p4type; /* p4 的类型 */
u8 p5; /* p5是无符号字符型 */
int p1; /* 操作数1 */
int p2; /* 操作数2，通常是跳转指令的目的 */
int p3; /* 操作数3 */
union { /* ... */ } p4; /* p4 是一个联合，
可以有不同的类型 */
… /* 其他数据接口 */
};
由代码生成器生成的程序交由VM执行。sqlite3_step()会触发内部vdbe解释生成的vdbe指令。指令的执行在如下的函数中进行(SQLITE_PRIVATE 即为static关键字)，此处去掉了烦琐的细节，只展示其中的关键结构和一个指令的执行。
SQLITE_PRIVATE int sqlite3VdbeExec(
Vdbe *p /* VDBE 实例 */
) {
int pc; /* 程序计数器 */
Op *aOp = p->aOp; /* 得到所有的指令 */
Op *pOp; /* 当前指令 */
int rc= SQLITE_OK; /* 返回值 */
sqlite3* db = p->db; /* 数据库连接实例 */
u8 encoding = ENC(db);/* UTF-8编码 */
… /* 其他初始化代码 */
switch ( pOp->opcode ) { /* 在此之后就是一个
非常大的case代码
case OP_Goto: {
CHECK_FOR_INTERRUPT;
pc=pOp->p2-1;/* 调整程序计数器 */
break;
}
… /* 其他的case指令 */
}
… /* 其他指令 */
}
这个函数是整个VDBE的核心执行函数，虽然重要，但是代码的原理非常简单，就是一系列的switch-case语句。在相应的case情况下，会执行相应的底层代码，进行数据库的磁盘操作。
3 实验
3.1 数据库编程接口
SQLite的编程模型比较简单，下面的例子给出了一个基本的框架。
#include "sqlite3.h"
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char **argv)
{
char *file = "./test.db";/* 数据库文件 */
sqlite3 *db = NULL; /* 数据库连接实例 */
int rc = 0; /* 返回值 */
sqlite3_initialize(); /* 初始库 */
rc= sqlite3_open_v2(file, &db,
SQLITE_OPEN_READWRITE, NULL);
/* 准备SQL语句，生成VDBE程序 */
sqlite3_stmt *stmt = NULL:
rc=sqlite3_prepare_v2(db, "SELECT * FROM FILM",
-1, &stmt, NULL);
if (rc != SQLITE_OK) exit(-1);
while (sqlite3_step(stmt) == SQLITE_ROW) {
const char *data = (const char*)
sqlite3_column_text(stmt, 0);
printf("%s\n", data?data:"[NULL]");
}
sqlite3_finalize(stmt);
sqlite3_close(db); /* 关闭 */
sqlite3_shutdown(); /* 释放资源 */
}
在上面的例子中，使用了sqlite3_prepare_v2()和sqlite3_

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