深入 SQLite 后端：虚拟机、存储和构建过程

Source: Dev.to

虚拟机 (VDBE)

当前端完成编译后，会把字节码程序交给虚拟数据库引擎 (VDBE)。

字节码程序是：

• 一系列线性指令
• 每条指令包含一个操作码和最多五个操作数
• 按顺序执行，一次一条指令

该 VM 的行为类似于专为数据库操作设计的自定义 CPU，负责表扫描、值比较、光标管理以及事务语义的实现等工作。

树模块（B‑树存储）

SQLite 使用树结构来存储数据：

• 表 → B+ 树
• 索引 → B‑树

每个表和索引都有各自独立的树结构。实现代码位于：

• btree.c – 树的逻辑
• btree.h – 公共接口

树模块支持搜索、插入、删除、更新以及结构性变更（例如创建或删除表和索引）。

Pager（页面管理器）

Pager 是一个关键组件，负责调解所有文件 I/O。树模块从不直接访问数据库文件，而是通过 Pager 请求固定大小的页面。

Pager 的主要职责：

• 读取和写入数据库页面
• 维护内存页面缓存
• 处理文件锁定
• 管理回滚日志（journal）
• 强制事务边界

实际上，Pager 同时充当 数据管理器、锁管理器、日志管理器 和 事务管理器。其源文件为：

• pager.c
• pager.h

Pager 使 SQLite 能够在单个数据库文件上提供 ACID 保证。

lovestaco@i3nux-mint:~/pers/sqlite$ ll /home/lovestaco/pers/sqlite/bld/sqlite3
-rwxrwxr-x 1 lovestaco lovestaco 6.9M Jan 11 17:14 /home/lovestaco/pers/sqlite/bld/sqlite3

构建过程

SQLite 的构建过程体现了其自包含和可复现的哲学。整个过程分为六个主要步骤：

1. 生成 sqlite3.h
2. 构建 SQL 解析器
3. 生成 VM 操作码
4. 生成操作码名称
5. 生成 SQL 关键字表
6. 编译库文件

在构建期间：

• lemon.c 生成 parse.c 和 parse.h
• mkkeywordhash.c 生成 keywordhash.h
• awk 与 sed 生成 sqlite3.h、opcodes.h 和 opcodes.c

opcodes.h 为 VM 指令分配数值，而 opcodes.c 将操作码映射为人类可读的名称，便于调试和诊断。

现代发行版提供了一个合并文件 sqlite3.c，以及 sqlite3.h。使用合并文件的优势包括：

• 性能提升 5–10 %
• 更激进的编译器优化
• 构建过程更简化
• 更易嵌入到应用程序中

命令行工具还需要 shell.c。

小结

• SQL 被编译成字节码，由专门构建的 VM 执行。
• SQLite 通过数据库级锁实现可串行化执行。
• 日志机制保证原子性和恢复能力。
• 每个数据库都存放在单个本地文件中，由 sqlite_master 锚定。

该架构模块化、层次清晰，且完全开源、属于公有领域。

展望

下一章节将更深入地探讨数据库和日志文件的存储结构，揭示 SQLite 磁盘布局是如何实现这些抽象的。

进一步资源

• 我的 SQLite 实验：
• FreeDevTools（开源开发工具中心）：

参考：SQLite Database System: Design and Implementation. Sibsankar Haldar (n.d.).