SQLite 4.9的 OS 接口或“VFS”（十三）

返回：SQLite---系列文章目录

上一篇:SQLite字节码引擎（十二）

下一篇:SQLite 4.9的虚拟表机制(十四)

1. 引言

本文介绍了 SQLite OS 可移植性层或"VFS" - 模块位于 SQLite 实现堆栈底部 提供跨操作系统的可移植性。

VFS是Virtual File System（虚拟文件系统）的缩写，是一个计算机文件系统的概念。它允许用户在操作系统中通过不同的协议和存储形式访问文件，而不必考虑底层文件系统的物理实现。这些协议可以是本地文件系统、网络文件系统、FTP、WebDAV、数据库等等。它的作用是为不同的文件系统提供一个统一的接口，使得开发人员能够更轻松地处理和使用文件系统。许多操作系统和软件都使用VFS来管理文件系统，例如Linux操作系统、Windows操作系统等。

2. VFS 与 SQLite 其余部分的关系

SQLite库的内部组织可以看作是 右侧显示的模块堆栈。 Tokenizer、Parser 和 Code Generator 组件用于 处理 SQL 语句并将其转换为可执行程序 使用虚拟机语言或字节码。 粗略地说，这前三层实现了 sqlite3_prepare_v2（）。前三名生成的字节码 layers 是一个准备好的语句。 虚拟机模块负责运行 SQL 语句 字节码。B-Tree 模块将数据库文件组织成多个 具有有序键和对数性能的键/值存储。 Pager 模块负责加载数据库的页面 文件存入内存，用于实现和控制事务，以及 用于创建和维护阻止数据库的日志文件 崩溃或电源故障后的损坏。 操作系统接口是一个精简抽象，它提供了一组通用的 用于调整 SQLite 以在不同操作系统上运行的例程。 粗略地说，最底层的四层实现了sqlite3_step（）。

这篇文章是关于底层的。

操作系统接口 - 也称为"VFS" - 是SQLite的组成部分 跨操作系统可移植。每当任何其他模块 在SQLite中需要与操作进行通信 系统，它们调用 VFS 中的方法。然后，VFS 调用 满足请求所需的特定于操作的代码。 因此，将 SQLite 移植到新的 操作系统只是编写一个新的操作系统接口层的问题 或"VFS"。

3. 多个 VFS

标准 SQLite 源代码树包含用于 unix 的内置 VFS 和窗户。替代 VFS 可以是 使用 sqlite3_vfs_register（） 接口在 start-time 或 run-time 添加。

可以同时注册多个 VFS。 每个 VFS 都有唯一的名称。 同一进程中的单独数据库连接可以使用 同时使用不同的 VFS。就此而言，如果单个 数据库连接打开了多个数据库文件，使用 ATTACH 命令，则每个附加的数据库可能都使用 不同的 VFS。

3.1. 标准 Unix VFS

Unix 构建带有多个内置 VFS。默认 VFS 因为 UNIX 被称为"UNIX"，用于大多数应用程序。 在 unix 中可能找到的其他 VFS（取决于编译时 选项）包括：

1. unix-dotfile - 使用点文件锁定而不是 POSIX 咨询锁。

2. unix-excl - 获取并持有独占锁 数据库文件，阻止其他进程访问 数据库。还将 wal-index 保持在堆中而不是 共享内存。

3. unix-none - 所有文件锁定操作都是无操作的。

4. unix-namedsem - 使用命名信号量进行文件锁定。 仅限 VXWorks。

各种 unix VFS 的区别仅在于它们处理文件锁定的方式 - 它们彼此共享大部分共同的实现，并且 都位于同一个 SQLite 源文件中：os_unix.c。 请注意，除了 "unix" 和 "unix-excl" 之外，各种 unix VFS 都 使用不兼容的锁定实现。如果两个进程正在访问 使用不同 unix VFS 的同一 SQLite 数据库，它们可能 看不到彼此的锁，最终可能会相互干扰， 导致数据库损坏。特别是"unix-none"VFS 根本不会锁定，如果 由两个或多个数据库连接同时使用。 鼓励程序员只使用"unix"或"unix-excl"，除非 有令人信服的理由不这样做。

3.2. 标准 Windows VFS

Windows 版本还附带了多个内置 VFS。默认值 Windows VFS 称为"win32"，用于大多数应用程序。 可能在 Windows 版本上找到的其他 VFS 包括：

1. win32-longpath - 类似于"win32"，但路径名可以 长度最大为 65534 字节，而路径名的最大长度为 "win32"中的 1040 字节。

2. Win32-None - 所有文件锁定操作都是无操作的。

3. win32-longpath-none - "win32-longpath"的组合 和"win32-none" - 支持长路径名，并且全部锁定 操作是无操作的。

与 unix 一样，各种 Windows VFS 的大部分代码都是共享的。

3.3. 指定要使用的 VFS

始终有一个 VFS 是默认的 VFS。在 unix 系统上， "unix"VFS 作为默认值出现，在 Windows 上它是"win32"。 如果未执行其他操作，则将使用新的数据库连接 默认 VFS。

可以通过注册或重新注册 VFS 使用带有第二个参数的 sqlite3_vfs_register（） 接口 的 1.因此，如果 （unix） 进程想要始终使用"unix-nolock"VFS 代替"UNIX"，以下代码将起作用：

sqlite3_vfs_register(sqlite3_vfs_find("unix-nolock"), 1);

也可以将备用 VFS 指定为 sqlite3_open_v2（） 函数的第 4 个参数。例如：

int rc = sqlite3_open_v2("demo.db", &db, SQLITE_OPEN_READWRITE, "unix-nolock");

最后，如果启用了 URI 文件名，则替代方法 可以使用 URI 上的"vfs="参数指定 VFS。这种技术 适用于 sqlite3_open（）、sqlite3_open16（）、sqlite3_open_v2（） 和 当新数据库通过 ATTACH 连接到现有数据库连接时。 例如：

ATTACH 'file:demo2.db?vfs=unix-none' AS demo2;

URI 指定的 VFS 具有最高优先级。在那之后 指定为 sqlite3_open_v2（） 的第四个参数的 VFS。这 如果未指定 VFS，则使用默认 VFS。

3.4. VFS垫片

从 SQLite 堆栈的上层来看，每个 打开数据库文件仅使用一个 VFS。 但在实践中，特定的 VFS 可能会 只是成为另一个做真正工作的 VFS 的薄包装器。 我们将包装器 VFS 称为"填充码"。

填充码的一个简单示例是"vfstrace"VFS。这是一个 VFS （在 test_vfstrace.c 源文件中实现），用于写入与每个 VFS 方法调用关联的消息 到日志文件中，然后将控制权传递给另一个 VFS 以执行实际操作 工作。

3.5. 其他示例 VFS

以下是公开提供的其他 VFS 实现 SQLite源代码树：

• appendvfs.c - 此 VFS 允许将 SQLite 数据库附加到某些 其他文件。例如，这可用于追加 SQLite 数据库 到可执行文件的末尾，这样，当运行时，它可以很容易地 找到追加的数据库。命令行 shell 将使用此 VFS（如果使用 --append 选项启动）及其 .archive 命令 将在给定 --append 标志的情况下使用它。

• test_demovfs.c - 此文件实现了一个名为"demo"的非常简单的 VFS，它使用 POSIX 功能，例如 open（）， read（）， write（）， fsync（）， close（）， fsync（）， fsync（）， sleep（）， time（）， 等等。此 VFS 仅适用于 unix 系统。但事实并非如此 旨在替代默认使用的标准"unix"VFS 在 UNIX 平台上。"演示"VFS刻意保持非常简单 这样它就可以用作学习辅助工具或构建模板 其他 VFS 或用于将 SQLite 移植到新的操作系统。

• test_quota.c - 此文件实现一个名为"quota"的填充码，该填充码强制执行累积 数据库文件集合的文件大小限制。辅助 接口用于定义"配额组"。配额组是一个 文件集（数据库文件、日志和临时文件），其 名称都与 GLOB 模式匹配。所有文件大小的总和 在每个配额组中跟踪，以及该总和是否超过阈值 为配额组定义后，将调用回调函数。那 回调可以增加阈值，也可以导致操作 这将超过配额，并因SQLITE_FULL错误而失败。此填充码的用途之一用于强制执行 Firefox 中应用程序数据库的资源限制。

• test_multiplex.c - 此文件实现一个填充码，该填充码允许数据库文件超过 底层文件系统的最大文件大小。这个垫片呈现 SQLite 上六层的接口，使其看起来像 正在使用非常大的文件，而实际上每个这样的大文件 在底层系统上拆分为许多较小的文件。 例如，此填充码已用于允许数据库增长 FAT16 文件系统上大于 2 GB。

• test_onefile.c - 此文件实现了一个名为"fs"的演示 VFS，它显示了 SQLite 如何 可以在缺少文件系统的嵌入式设备上使用。内容是 直接写入基础媒体。派生自 VFS 演示代码可以由数量有限的小工具使用 闪存，使 SQLite 充当闪存的文件系统 在设备上。

• test_journal.c - 此文件实现了 SQLite 测试期间使用的填充码，用于验证 数据库和回滚日志按正确的顺序写入，并且 在适当的时间"同步"，以保证数据库 可以随时从断电中恢复硬复位。垫片 检查数据库操作和回滚的几个不变量 日志，并在违反任何这些不变量时引发异常。 反过来，这些不变量确保数据库始终是可恢复的。 使用此填充码运行大量测试用例可提供额外的 保证SQLite数据库不会因意外而损坏 电源故障或设备重置。

• test_vfs.c - 此文件实现了可用于模拟文件系统故障的填充码。 此填充码在测试期间用于验证 SQLite 的响应是否合理 硬件故障或其他错误情况，例如用完 的文件系统空间，难以在实际系统上进行测试。

在核心 SQLite 源代码中还有其他 VFS 实现 库和可用的扩展。上面的列表并不意味着 详尽无遗，但仅代表可以 使用VFS接口实现。

4. VFS实现

新的 VFS 是通过子类化三个对象来实现的：

• sqlite3_vfs
• sqlite3_io_methods
• sqlite3_file

sqlite3_vfs对象定义 VFS 和内核的名称 实现操作系统接口的方法，例如 如检查文件是否存在、删除文件、创建文件 以及打开和用于读取和/或写入、转换文件名 变成他们的规范形式。sqlite3_vfs对象还包含 从操作系统获取随机性的方法，用于 暂停进程（休眠）并查找当前日期和 时间。

sqlite3_file 对象表示打开的文件。 sqlite3_vfs 的 xOpen 方法在打开文件时构造一个 sqlite3_file 对象。sqlite3_file跟踪 打开文件时的状态。

sqlite3_io_methods对象保存用于交互的方法 使用打开的文件。每个sqlite3_file都包含一个指向 适合于文件的 sqlite3_io_methods 对象 代表。sqlite3_io_methods对象包含要执行的方法 诸如从文件中读取和写入，以截断文件之类的操作， 要刷新对持久性存储的任何更改，请查找 file，以锁定和解锁文件，以及关闭文件并销毁 sqlite3_file对象。

为新 VFS 编写代码涉及构造 sqlite3_vfs对象，然后使用 对 sqlite3_vfs_register（） 的调用。VFS 实现还 为 sqlite3_file 和 sqlite3_io_methods 提供子类，但 这些对象不会直接注册到 SQLite。相反，sqlite3_file 对象是从 sqlite3_vfs 的 xOpen 方法返回的，并且 sqlite3_file 对象指向实例 sqlite3_io_methods对象。