Arq A rqui uittect ctur ura a de My MyS SQL La arquitectura de MySQL MySQ L1 tiene como característica más notable el separar el motor de almacenamiento (que se encarga de los detalles de entrada-salida e ntrada-salida y representación de la i nformación en memoria secundaria) del resto de los componentes de la arquitectura. Es decir, el diseño del gestor está preparado para que se pueda cambiar el gestor de almacenamiento. Esto permite incluso crear nuevos motores de alm acenamiento especializados para ciertas tareas o tipos de aplicaciones.
Arquitectura lógica de MySQL La siguiente figura es una visión abstracta de la arquitectura lógica de MySQL. La figura hace una división entre los componentes que conforman el servidor, las aplicaciones cliente que lo utilizan y las partes del sistema operativo en las que se basa el almacenamiento físico.
Figura 1
Las utilidades y herramientas de MySQL son los programas y aplicaciones que se incluyen con la distribución del gestor, o que pueden instalarse in stalarse como aplicaciones adicionales. Estas incluyen las herramientas de backup, el navegador de consultas (QueryBrowser), las aplicaciones administrativas de interfaz gráfico y la herramienta de diseño MySQL Workbench, entre otr as.
Motores de almacenamiento
El elemento más notable de la arquitectura de MySQL es la denominada arquitectura de motores de almacenamiento reemplazables (pluggable storage engine architecture). La idea de esa arquitectura es hacer una interfaz abstracta con funciones comunes de gestión de datos en el nivel físico. De ese modo, el gestor de almacenamiento puede intercambiarse, e incluso un mismo servidor MySQL puede utilizar diferentes motores de almacenamiento para diferentes bases de datos o para diferentes tablas en la misma base de datos. Esto permite utilizar el motor de almacenamiento más adecuado para cada necesidad concreta. También permite que terceros puedan implementar motores de almacenamiento nuevos para necesidades específicas, o adaptar el código de los existentes a ciertos requisitos de almacenamiento. Así, las interfaces definidas por MySQL aíslan el resto de los componentes de la arquitectura de las complejidades de la gestión física de datos, facilitando el mantenimiento de los motores de almacenamiento. También esto permite que ciertos motores de almacenamiento no implementen parte de los servicios, lo cual les hace inapropiados para algunas aplicaciones pero más eficientes para otros. Por ejemplo, un motor de almacenamiento que no implementa bloqueos en la base de datos no debe utilizarse en aplicaciones multi-usuario, pero la ausencia de sobrecarga de procesamiento en la gestión de los bloqueos para el acceso concurrente lo hará mucho más eficiente para una aplicación monousuario. En consecuencia, una primera tarea de diseño físico en MySQL es la de decidir el motor de almacenamiento más apropiado. Los elementos que puede implementar un motor de almacenamiento son los siguientes:
Concurrencia. Es responsabilidad del motor implementar una política de bloqueos (o no implementar ninguna). Una estrategia de bloqueos por fila permite una mayor concurrencia, pero también consume más tiempo de procesamiento en aplicaciones en las que la concurrencia no es realmente grande.
Soporte de transacciones. No todas las aplicaciones necesitan soporte de transacciones.
Comprobación de la integridad referencial, declarada como restricciones en el DDL de SQL.
Almacenamiento físico, incluyendo todos los detalles de la representación en disco de la información. Soporte de índices. Dado que la forma y tipo de los índices depende mucho de los detalles del almacenamiento físico, cada motor de almacenamiento proporciona sus propios métodos de indexación (aunque algunos como los árboles B casi siempre se utilizan).
Cachés de memoria. La eficiencia de los cachés de datos en memoria depende mucho d e cómo procesan los datos las aplicaciones. MySQL implementa cachés comunes en el gestor de conexiones y la caché de consultas, pero algunos motores de almacenamiento pueden implementar cachés adicionales.
Otros elementos para ayudar al rendimiento, como puede ser el uso de múltiples hilos para operaciones paralelas o mejoras de rendimiento para la inserción masiva.
Además de lo anterior, los motores de almacenamiento pueden implementar características no comunes, como la gestión de tipos de datos geoespaciales, o cualquier función adicional específica de cierto tipo de aplicaciones. La implementación de un gestor de almacenamiento implica escribir un software con una interfaz en lenguaje C, que implemente una biblioteca de funciones (storage engine API) que es la que el servidor MySQL invoca para pedir los servicios al gestor. Por ejemplo, si estamos implementando un gestor de almacenamiento, una de las funciones es la que crea una nueva tabla, que tiene la siguiente signatura.
int ha_tina::create(const char *name, TABLE *table_arg, HA_CREATE_INFO *create_info) { ... } El parámetro name es, como cabe esperar, el nombre de la nueva tabla, y TABLE es una estructura que representa el esquema de la tabla. Las opciones de creación están en create_info, que incluye, por ejemplo, la asociación con índices, restricciones en el tamaño de la tabla, etc. MySQL crea una representación del esquema de las tablas independiente del motor de almacenamiento, en ficheros denominados nombretabla.frm, uno por cada tabla del esquema. TABLE es una referencia a esa representación.
¿Cómo seleccionar el motor de almacenamiento? No hay una receta única que permita definir el motor de almacenamiento. La selección debe hacerse una vez tenemos el modelo lógico de la base de datos y conocemos los requisitos de rendimiento y no funcionales de la aplicación o aplicaciones que vamos a construir. La sentencia SHOW ENGINES nos muestra la lista de motores en MySQL, incluyendo el motor por defecto y los que no están disponibles con la configuración actual. El resultado para MySQL 5.1. es el siguiente:
Engine
Support Comment
MyISAM
YES
Default engine as of MySQL 3.23 with great performance
MEMORY
YES
Hash based, stored in memory, useful for temporary tables
InnoDB
DEFAULTSupports transactions, row-level locking, and foreign keys
BerkeleyDB
NO
Supports transactions and page-level locking
BLACKHOLE
YES
/dev/null storage engine (anything you write to it disappears)
EXAMPLE
NO
Example storage engine
ARCHIVE
YES
Archive storage engine
CSV
NO
CSV storage engine
ndbcluster
NO
Clustered, fault-tolerant, memory-based tables
FEDERATED
YES
Federated MySQL storage engine
MRG_MYISAMYES
Collection of identical MyISAM tables
ISAM
Obsolete storage engine
NO
TABLA 1
De la tabla anterior solo podemos tener nociones iniciales del tipo de gestor, y dirigirnos a alguno de ellos para casos concretos, por ejemplo, ndbcluster tiene características únicas si necesitamos soporte para alta disponibilidad. No obstante, hace falta cono cer más en profundidad las características de cada uno para tomar decisiones, y en ocasiones es necesario hacer pruebas de rendimiento con varios de ellos para compararlos y seleccionar el que mejor se ajusta a nuestras necesidades.
Los conectores Los conectores son bibliotecas en diferentes lenguajes de programación que permiten la conexión (remota o local) con servidores MySQL y la ejecución de consultas. Por ejemplo, el conector Connector/J permite conectarse a MySQL desde cualquier aplicación programada en lenguaje Java, y utilizando el Java Database Connectivity (JDBC) API.
El gestor de conexiones La gestión de conexiones es responsable de mantener las múltiples conexiones de los clientes. Un gestor de conexiones inexistente o laxo simplemente crearía una conexión por cada cliente conectado. No obstante, las conexiones consumen recursos de máquina, y crearlas y destruirlas son también procesos costosos. Por eso, el gestor de conexiones de MySQL puede configurarse para limitar el número de conexiones concurrentes, y también implementa un pool de conexiones. La idea es que muchas aplicaciones abren una conexión y la mantienen abierta y ociosa durante mucho tiempo (por ejemplo, durante toda la sesión de un usuario, que de vez en cuando se levanta para diferentes tareas mundanas como tomar café), y solo “de vez en cuando” se utiliza un hilo de ejecución para ejecutar una consulta, que además, típicamente tarda como mucho unos milisegundos. No tiene sentido mantener una conexión ociosa para cada usuario. De aquí proviene la idea de los pools de conexiones: hay un número de conexiones disponibles, y cada vez que una aplicación hace una solicitud, se le asigna una conexión del pool que no esté ocupada. Lógicamente, la aplicación cliente no es consciente de este mecanismo. En términos por ejemplo, de las interfaces JDBC, esto quiere decir que cada vez que enviamos una sentencia con llamadas como Statement.executeQuery() realmente puede que se cree una nueva colección, o quizá se
tome una del pool. Es decir, las llamadas a Driver.getConnection() y a Connection.close() no siempre determinan el tiempo de vida de una conexión real en MySQL. Además de la reducción en el tiempo de establecimiento de conexión (si se reusa una conexión ya creada del pool), la técnica permite limitar el número de conexiones simultáneas. Dado que las conexiones consumen recursos, es mejor limitar este número que llevar a una carga excesiva en el servidor, que podría acabar en una caída del sistema o un comportamiento impredecible. Nótese que gracias a los pools de conexiones, puede darse servicio a muchas conexiones concurrentes con un número limitado de conexiones que se reutilizan. El gestor de conexiones también se ocupa de la autentificación de los usuarios. La autentificación por defecto se basa en el nombre de usuario, la máquina desde la que se conecta y la password. El servidor puede también configurarse para soportar certificados X.509.
El procesamiento y optimización de consultas Cada vez que una consulta llega al gestor de MySQL, se analiza sintácticamente y se produce una representación intermedia de la misma. A partir de esa representación, MySQL toma un a serie de decisiones, que pueden incluir el determinar el orden de lectura de las tablas, el uso de ciertos índices, o la re-escritura de la consulta en una forma más eficiente. Existe la posibilidad de utilizar ciertas cláusulas en las consultas para ayudar al optimizador en su tarea, o bien podemos pedirle al servidor ciertas “explicaciones” sobre cómo ha planificado nu estras consultas, para entender mejor su funcionamiento. Dado que la optimización de las consultas depende de las capacidades del gestor de almacenamiento que se esté utilizando, el optimizador “pregunta” al gestor si soporta ciertas características, y de este mo do, puede decidir el tipo de optimización más adecuado.
La caché de consultas MySQL implementa un caché de consultas, donde guarda consultas y sus resultados enteros. De este modo, el procesador de consultas, antes ni siquiera de plantear la optimización, busca la consulta en la caché, para evitarse realizar el trabajo en el caso de que tenga suerte y encuentre la consulta en la caché.
El Control de Concurrencia El control de concurrencia en un gestor de bases de datos es simplemente el mecanismo que se utiliza para evitar que lecturas o escrituras simultáneas a la misma porción de datos terminen en inconsistencias o efectos no deseados. El mecanismo que se utiliza para controlar este acceso es el de los bloqueos ( locks). La idea es muy simple, cada vez que una aplicación quiere acceder a una porción de los datos, se le proporciona un bloqueo sobre los mismos. Lógicamente, varias aplicaciones que quieran leer simultáneamente no tienen ningún problema en hacerlo, de modo que para la lectura se proporcionan bloqueos compartidos ( shared locks). Sin embargo, varios escritores o un escritor simultáneo con l ectores puede producir problemas. Por eso, para la escritura se proporcionan bloqueos exclusivos ( exclusive locks).
Aunque la idea parece simple, hay que tener en cuenta que la obtención y liberación de los bloqueos se realiza continuamente, y esto produce una sobrecarga en el procesamiento dentro del servidor. Además, hay diferentes políticas de bloqueo, por ejemplo, ¿es mejor bloquear cada tabla completa afectada o solo las filas de la tabla a las que quiere acceder una consulta?. Dada la existencia de diferentes técnicas, el control de concurrencia en MySQL se divide entre el servidor y cada gestor de almacenamiento.
La gestión de transacciones y recuperación La gestión de transacciones permite dotar de semántica “todo o nada” a una consulta o a un conjunto de consultas que se declaran como una sola transacción. Es decir, si hay algún problema y parte de la consulta o algunas de las consultas no consiguen llevarse a cabo, el servidor anulará el efecto parcial de la parte que ya haya sido ejecutada. La recuperación permite “volver h acia atrás” ( rollback ) partes de una transacción. Para complicarlo aún más, puede que una transacción implique más de una base de datos, y en ocasiones, a más de un servidor (transacciones distribuidas). MySQL proporciona soporte para todos estos tipos de transacciones, siempre que los gestores de almacenamiento utilizados en las bases de datos implicadas también lo soporten.
