query 启动入口
Databend-query server 的启动入口在 databend/src/binaries/query/main.rs 下，在初始化配置之后，它会创建一个 GlobalServices 和 server 关闭时负责处理 shutdown 逻辑的 shutdown_handle
GlobalServices::init(conf.clone()).await?;let mut shutdown_handle = ShutdownHandle::create()?;
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GlobalServices
GlobalServices 负责启动 databend-query 的所有全局服务，这些服务都遵循单一责任原则。
pub struct GlobalServices { global_runtime: UnsafeCell<Option<Arc<Runtime>>>, // 负责处理 query log query_logger: UnsafeCell<Option<Arc<QueryLogger>>>, // 负责 databend query 集群发现 cluster_discovery: UnsafeCell<Option<Arc<ClusterDiscovery>>>, // 负责与 storage 层交互来读写数据 storage_operator: UnsafeCell<Option<Operator>>, async_insert_manager: UnsafeCell<Option<Arc<AsyncInsertManager>>>, cache_manager: UnsafeCell<Option<Arc<CacheManager>>>, catalog_manager: UnsafeCell<Option<Arc<CatalogManager>>>, http_query_manager: UnsafeCell<Option<Arc<HttpQueryManager>>>, data_exchange_manager: UnsafeCell<Option<Arc<DataExchangeManager>>>, session_manager: UnsafeCell<Option<Arc<SessionManager>>>, users_manager: UnsafeCell<Option<Arc<UserApiProvider>>>, users_role_manager: UnsafeCell<Option<Arc<RoleCacheManager>>>,}
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GlobalServices 中的全局服务都实现了单例 trait，这些全局管理器后续会有对应的源码分析文章介绍，本文介绍与 Session 处理相关的逻辑。
pub trait SingletonImpl<T>: Send + Sync { fn get(&self) -> T;
fn init(&self, value: T) -> Result<()>;}
pub type Singleton<T> = Arc<dyn SingletonImpl<T>>;
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ShutdownHandle
接下来会根据网络协议初始化 handlers，并把它们注册到 shutdown_handler 的 services 中，任何实现 Server trait 的类型都可以被添加到 services 中。
#[async_trait::async_trait]pub trait Server: Send { async fn shutdown(&mut self, graceful: bool); async fn start(&mut self, listening: SocketAddr) -> Result<SocketAddr>;}
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目前 Databend 支持三种协议提交查询请求（mysql, clickhouse http, raw http）。
// MySQL handler.{ let hostname = conf.query.mysql_handler_host.clone(); let listening = format!("{}:{}", hostname, conf.query.mysql_handler_port); let mut handler = MySQLHandler::create(session_manager.clone()); let listening = handler.start(listening.parse()?).await?; // 注册服务到 shutdown_handle 来处理 server shutdown 时候的关闭逻辑，下同 shutdown_handle.add_service(handler);}
// ClickHouse HTTP handler.{ let hostname = conf.query.clickhouse_http_handler_host.clone(); let listening = format!("{}:{}", hostname, conf.query.clickhouse_http_handler_port);
let mut srv = HttpHandler::create(session_manager.clone(), HttpHandlerKind::Clickhouse); let listening = srv.start(listening.parse()?).await?; shutdown_handle.add_service(srv);}
// Databend HTTP handler.{ let hostname = conf.query.http_handler_host.clone(); let listening = format!("{}:{}", hostname, conf.query.http_handler_port);
let mut srv = HttpHandler::create(session_manager.clone(), HttpHandlerKind::Query); let listening = srv.start(listening.parse()?).await?; shutdown_handle.add_service(srv);}
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之后会创建一些其它服务
// Metric API service.{ let address = conf.query.metric_api_address.clone(); let mut srv = MetricService::create(session_manager.clone()); let listening = srv.start(address.parse()?).await?; shutdown_handle.add_service(srv); info!("Listening for Metric API: {}/metrics", listening);}
// Admin HTTP API service.{ let address = conf.query.admin_api_address.clone(); let mut srv = HttpService::create(session_manager.clone()); let listening = srv.start(address.parse()?).await?; shutdown_handle.add_service(srv); info!("Listening for Admin HTTP API: {}", listening);}
// RPC API service.{ let address = conf.query.flight_api_address.clone(); let mut srv = RpcService::create(session_manager.clone()); let listening = srv.start(address.parse()?).await?; shutdown_handle.add_service(srv); info!("Listening for RPC API (interserver): {}", listening);}
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最后会将这个 query 节点注册到 meta server 中。
// Cluster register.{ let cluster_discovery = session_manager.get_cluster_discovery(); let register_to_metastore = cluster_discovery.register_to_metastore(&conf); register_to_metastore.await?;}
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Session 相关
session 主要分为 4 个部分
session_manager: 全局唯一，负责管理 client session
session: 每当有新的 client 连接到 server 之后会创建一个新的 session 并且注册到 session_manager
query_ctx: 每一条查询语句会有一个 query_ctx，用来存储当前查询的一些上下文信息
query_ctx_shared: 查询语句中的子查询共享的上下文信息
下面逐一来分析
SessionManager (query/src/sessions/session_mgr.rs)
pub struct SessionManager { pub(in crate::sessions) conf: Config, pub(in crate::sessions) max_sessions: usize, pub(in crate::sessions) active_sessions: Arc<RwLock<HashMap<String, Arc<Session>>>>, pub status: Arc<RwLock<SessionManagerStatus>>,
// When session type is MySQL, insert into this map, key is id, val is MySQL connection id. pub(crate) mysql_conn_map: Arc<RwLock<HashMap<Option<u32>, String>>>, pub(in crate::sessions) mysql_basic_conn_id: AtomicU32,}
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SessionManager 主要用来创建和销毁 session，对应方法如下
// 根据 client 协议类型来创建 sessionpub async fn create_session(self: &Arc<Self>, typ: SessionType) -> Result<SessionRef>
// 根据 session id 来销毁 sessionpub fn destroy_session(self: &Arc<Self>, session_id: &String)
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Session (query/src/sessions/session.rs)
session 主要存储 client-server 的上下文信息，代码命名已经很清晰了，这里就不再过多赘述。
pub struct Session { pub(in crate::sessions) id: String, pub(in crate::sessions) typ: RwLock<SessionType>, pub(in crate::sessions) session_ctx: Arc<SessionContext>, status: Arc<RwLock<SessionStatus>>, pub(in crate::sessions) mysql_connection_id: Option<u32>,}
pub struct SessionContext { conf: Config, abort: AtomicBool, current_catalog: RwLock<String>, current_database: RwLock<String>, current_tenant: RwLock<String>, current_user: RwLock<Option<UserInfo>>, auth_role: RwLock<Option<String>>, client_host: RwLock<Option<SocketAddr>>, io_shutdown_tx: RwLock<Option<Sender<Sender<()>>>>, query_context_shared: RwLock<Option<Arc<QueryContextShared>>>,}
pub struct SessionStatus { pub session_started_at: Instant, pub last_query_finished_at: Option<Instant>,}
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Session 的另一个大的功能是负责创建和获取 QueryContext，每次接收到新的 query 请求都会创建一个 QueryContext 并绑定在对应的 query 语句上。
QueryContext (query/src/sessions/query_ctx.rs)
QueryContext 主要是维护查询的上下文信息，它通过 QueryContext::create_from_shared(query_ctx_shared)创建。
#[derive(Clone)]pub struct QueryContext { version: String, statistics: Arc<RwLock<Statistics>>, partition_queue: Arc<RwLock<VecDeque<PartInfoPtr>>>, shared: Arc<QueryContextShared>, precommit_blocks: Arc<RwLock<Vec<DataBlock>>>, fragment_id: Arc<AtomicUsize>,}
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其中 partition_queue 主要存储查询对应的 PartInfo，包括 part 的地址、版本信息、涉及数据的行数，part 使用的压缩算法、以及涉及到 column 的 meta 信息。在 pipeline build 时候会去设置 partition。pipeline 后续会有专门的文章介绍。precommit_blocks 负责暂存插入操作的时已经写入到存储， 但是尚未提交的元数据，DataBlock 主要包含 Column 的元信息引用和 arrow schema 的信息。
QueryContextShared (query/src/sessions/query_ctx_shared.rs)
对于包含子查询的查询，需要共享很多上下文信息，这就是 QueryContextShared存在的理由。
/// 数据需要在查询上下文中被共享，这个很重要，比如:/// USE database_1;/// SELECT/// (SELECT scalar FROM table_name_1) AS scalar_1,/// (SELECT scalar FROM table_name_2) AS scalar_2,/// (SELECT scalar FROM table_name_3) AS scalar_3/// FROM table_name_4;/// 对于上面子查询, 会共享 runtime, session, progress, init_query_idpub struct QueryContextShared { /// scan_progress for scan metrics of datablocks (uncompressed) pub(in crate::sessions) scan_progress: Arc<Progress>, /// write_progress for write/commit metrics of datablocks (uncompressed) pub(in crate::sessions) write_progress: Arc<Progress>, /// result_progress for metrics of result datablocks (uncompressed) pub(in crate::sessions) result_progress: Arc<Progress>, pub(in crate::sessions) error: Arc<Mutex<Option<ErrorCode>>>, pub(in crate::sessions) session: Arc<Session>, pub(in crate::sessions) runtime: Arc<RwLock<Option<Arc<Runtime>>>>, pub(in crate::sessions) init_query_id: Arc<RwLock<String>>, ...}
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它提供了 query 上下文所需要的一切基本信息。
Handler
之前提到了 Databend 支持多种 handler，下面就以 mysql 为例，看一下 handler 的处理流程以及如何与 session 产生交互。首先 MySQLHandler 会包含一个 SessionManager 的引用
pub struct MySQLHandler { abort_handle: AbortHandle, abort_registration: Option<AbortRegistration>, join_handle: Option<JoinHandle<()>>,}
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MySQLHandler 在启动后，会 spawn 一个 tokio task 来持续监听 tcp stream，并且创建一个 session 再启动一个 task 去执行之后的查询请求。
fn accept_socket(session_mgr: Arc<SessionManager>, executor: Arc<Runtime>, socket: TcpStream) { executor.spawn(async move { // 创建 session match session_mgr.create_session(SessionType::MySQL).await { Err(error) => Self::reject_session(socket, error).await, Ok(session) => { info!("MySQL connection coming: {:?}", socket.peer_addr()); // 执行查询 if let Err(error) = MySQLConnection::run_on_stream(session, socket) { error!("Unexpected error occurred during query: {:?}", error); }; } } });}
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在 MySQLConnection::run_on_stream中，session 会先 attach 到对应的 client host 并且注册一个 shutdown 闭包来处理关闭连接关闭时需要执行的清理，关键代码如下：
// mysql_session.rspub fn run_on_stream(session: SessionRef, stream: TcpStream) -> Result<()> { let blocking_stream = Self::convert_stream(stream)?; MySQLConnection::attach_session(&session, &blocking_stream)?;
...}
fn attach_session(session: &SessionRef, blocking_stream: &std::net::TcpStream) -> Result<()> { let host = blocking_stream.peer_addr().ok(); let blocking_stream_ref = blocking_stream.try_clone()?; session.attach(host, move || { // 注册 shutdown 逻辑 if let Err(error) = blocking_stream_ref.shutdown(Shutdown::Both) { error!("Cannot shutdown MySQL session io {}", error); } });
Ok(())}
// session.rspub fn attach<F>(self: &Arc<Self>, host: Option<SocketAddr>, io_shutdown: F)where F: FnOnce() + Send + 'static { let (tx, rx) = oneshot::channel(); self.session_ctx.set_client_host(host); self.session_ctx.set_io_shutdown_tx(Some(tx));
common_base::base::tokio::spawn(async move { // 在 session quit 时候触发清理 if let Ok(tx) = rx.await { (io_shutdown)(); tx.send(()).ok(); } });}
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之后会启动一个 MySQL InteractiveWorker 来处理后续的查询。
let join_handle = query_executor.spawn(async move { let client_addr = non_blocking_stream.peer_addr().unwrap().to_string(); let interactive_worker = InteractiveWorker::create(session, client_addr); let opts = IntermediaryOptions { process_use_statement_on_query: true, }; let (r, w) = non_blocking_stream.into_split(); let w = BufWriter::with_capacity(DEFAULT_RESULT_SET_WRITE_BUFFER_SIZE, w); AsyncMysqlIntermediary::run_with_options(interactive_worker, r, w, &opts).await});let _ = futures::executor::block_on(join_handle);
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该 InteractiveWorker会实现 AsyncMysqlShim trait 的方法，比如：on_execute、on_query 等。查询到来时会回调这些方法来执行查询。这里以 on_query 为例，关键代码如下：
async fn on_query<'a>( &'a mut self, query: &'a str, writer: QueryResultWriter<'a, W>,) -> Result<()> { ...
// response writer let mut writer = DFQueryResultWriter::create(writer);
let instant = Instant::now(); // 执行查询 let blocks = self.base.do_query(query).await;
// 回写结果 let format = self.base.session.get_format_settings()?; let mut write_result = writer.write(blocks, &format);
...
// metrics 信息 histogram!( super::mysql_metrics::METRIC_MYSQL_PROCESSOR_REQUEST_DURATION, instant.elapsed() );
write_result}
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在 do_query 中会创建 QueryContext 并开始解析 sql 流程来完成后续的整个 sql 查询。关键代码如下：
// 创建 QueryContextlet context = self.session.create_query_context().await?;// 关联到查询语句context.attach_query_str(query);
let settings = context.get_settings();
// parse sqllet stmts_hints = DfParser::parse_sql(query, context.get_current_session().get_type());...
// 创建并生成查询计划let mut planner = Planner::new(context.clone());let interpreter = planner.plan_sql(query).await.and_then(|v| { has_result_set = has_result_set_by_plan(&v.0); InterpreterFactoryV2::get(context.clone(), &v.0)})
// 执行查询，返回结果Self::exec_query(interpreter.clone(), &context).await?;let schema = interpreter.schema();Ok(QueryResult::create( blocks, extra_info, has_result_set, schema,))
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尾声
以上就是从 Databend 启动服务到接受 sql 请求并开始处理的流程。最近我们因为一些原因（Clickhouse tcp 协议偏向 clickhouse 的底层，协议没有公开的文档说明，同时里面历史包袱比较重，排查问题浪费大量精力）去掉了 ClickHouse native tcp client，具体请参见: https://github.com/datafuselabs/databend/pull/7012
如果你阅读完代码有好的提议，欢迎来这里讨论，另外如果发现相关的问题，可以提交到 issue 来帮助我们提高 Databend 的稳定性。Databend 社区欢迎一切善意的意见和建议 :)
关于 Databend
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文章首发于公众号：Databend
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