mongodb核心原始碼實現、效能調優、最佳運維實踐系列-command命令處理模組原始碼實現三
關於作者
前滴滴出行技術專家，現任OPPO 文件資料庫 mongodb 負責人，負責 oppo 千萬級峰值 TPS/ 十萬億級資料量文件資料庫 mongodb 核心研發及運維工作，一直專注於分散式快取、高效能服務端、資料庫、中介軟體等相關研發。後續持續分享《 MongoDB 核心原始碼設計、效能優化、最佳運維實踐》， Github 賬號地址 : https://github.com/y123456yz
1. command 預設介面類核心程式碼實現及基本介面功能說明
每個命令都對應一個command 基類，該類中完成命令的一些基本介面功能初始化，核心介面實現如下 :
1. //命令模組基類基礎介面初始化實現
2. class Command : public CommandInterface {
3. public:
4. //獲取集合名collection
5. static std::string parseNsFullyQualified(...);
6. //獲取DB.COLLECTION
7. static NamespaceString parseNsCollectionRequired(...);
8. //map表結構
9. using CommandMap = StringMap<Command*>;
10. ......
11. //獲取命令名
12. const std::string& getName() const final {
13. return _name;
14. }
15. ......
16. //應答保留填充欄位長度
17. std::size_t reserveBytesForReply() const override {
18. return 0u;
19. }
20. //該命令是否只能在admin庫執行，預設不可以
21. bool adminOnly() const override {
22. return false;
23. }
24. //該命令是否需要許可權認證檢查？預設不需要
25. bool localHostOnlyIfNoAuth() override {
26. return false;
27. }
28. //該命令執行後是否進行command操作計數
29. bool shouldAffectCommandCounter() const override {
30. return true;
31. }
32. //該命令是否需要認證
33. bool requiresAuth() const override {
34. return true;
35. }
36. //help幫助資訊
37. void help(std::stringstream& help) const override;
38. //執行計劃資訊
39. Status explain(...) const override;
40. //日誌資訊相關
41. void redactForLogging(mutablebson::Document* cmdObj) override;
42. BSONObj getRedactedCopyForLogging(const BSONObj& cmdObj) override;
43. //該命令是否為maintenance模式，預設false
44. bool maintenanceMode() const override {
45. return false;
46. }
47. //maintenance是否支援，預設支援
48. bool maintenanceOk() const override {
49. return true;
50. }
51. //本地是否支援非本地ReadConcern,預設不支援
52. bool supportsNonLocalReadConcern(...) const override {
53. return false;
54. }
55. //是否允許AfterClusterTime，預設允許
56. bool allowsAfterClusterTime(const BSONObj& cmdObj) const override {
57. return true;
58. }
59. //3.6版本預設opCode=OP_MSG,所以對應邏輯操作op為LogicalOp::opCommand
60. LogicalOp getLogicalOp() const override {
61. return LogicalOp::opCommand;
62. }
63. //例如find就是kRead，update delete insert就是kWrite，非讀寫操作就是kCommand
64. ReadWriteType getReadWriteType() const override {
65. return ReadWriteType::kCommand;
66. }
67. //該命令執行成功統計
68. void incrementCommandsExecuted() final {
69. _commandsExecuted.increment();
70. }
71.
72. //該命令執行失敗統計
73. void incrementCommandsFailed() final {
74. _commandsFailed.increment();
75. }
76.
77. //真正得命令執行
78. bool publicRun(OperationContext* opCtx, const OpMsgRequest& request, BSONObjBuilder& result);
79.
80. //獲取支援的所有命令資訊 ListCommandsCmd獲取所有支援的命令 db.listCommands()
81. static const CommandMap& allCommands() {
82. return *_commands;
83. }
84.
85. //沒用
86. static const CommandMap& allCommandsByBestName() {
87. return *_commandsByBestName;
88. }
89.
90. //收到不支援命令的統計，例如mongo shell敲一個mongodb無法識別得命令，這裡就會統計出來
91. static Counter64 unknownCommands;
92. //根據命令字串名查詢對應命令
93. static Command* findCommand(StringData name);
94. //執行結果
95. static void appendCommandStatus(...);
96. //是否啟用了command test功能
97. static bool testCommandsEnabled;
98. //help幫助資訊
99. static bool isHelpRequest(const BSONElement& helpElem);
100. static const char kHelpFieldName[];
101. //認證檢查，檢查是否有執行該命令得許可權
102. static Status checkAuthorization(Command* c,
103. OperationContext* opCtx,
104. const OpMsgRequest& request);
105. ......
106. private:
107. //新增地方見Command::Command(
108. //所有的command都在_commands中儲存
109. static CommandMap* _commands;
110. //暫時沒用
111. static CommandMap* _commandsByBestName;
112. //執行對應命令run介面
113. virtual bool enhancedRun(OperationContext* opCtx,
114. const OpMsgRequest& request,
115. BSONObjBuilder& result) = 0;
116. //db.serverStatus().metrics.commands命令檢視，本命令的執行統計,包括執行成功和執行失敗的
117. Counter64 _commandsExecuted;
118. Counter64 _commandsFailed;
119. //命令名，如"find" "insert" "update" "createIndexes" "deleteIndexes"
120. const std::string _name;
121.
122. //每個命令執行是否成功通過MetricTree管理起來，也就是db.serverStatus().metrics.commands統計資訊
123. //通過MetricTree特殊二叉樹管理起來
124. ServerStatusMetricField<Counter64> _commandsExecutedMetric;
125. ServerStatusMetricField<Counter64> _commandsFailedMetric;
};
command 作為預設介面類，主要完成一些命令基本介面初始化操作及預設配置設定，該類最基本的介面主要如下：
l reserveBytesForReply
ReserveBytesForReply() 介面主要完成該命令應答填充欄位長度，預設值為 0 。對應命令可以在具體命令類中修改。
l adminOnly
該命令是否只能在admin 庫操作，預設為 false 。也可以在對應命令繼承類中修改，例如 "moveChunk" 命令則在 MoveChunkCommand 繼承類中設定為 true ，也就是該命令只能在 admin 庫操作。
l localHostOnlyIfNoAuth
該命令是否支援在例項所在本機不認證操作，預設值false 。對應命令可以在具體繼承類中修改。
l shouldAffectCommandCounter
該命令是否需要command 統計，也就是 mongostat 中的 command 統計計數是否需要使能。預設值 true ，也就是該命令會進行 command 計數統計。對應命令可以在具體繼承類中修改。
l requiresAuth
該命令是否需要認證，預設為true 。對應命令可以在具體繼承類中修改。
l allowsAfterClusterTime
該命令是否支援AfterClusterTime ，預設為 true 。對應命令可以在具體繼承類中修改。
l getLogicalOp
該命令是否為邏輯opCommand 命令。 3.6 版本預設 opCode=OP_MSG, 所以對應邏輯操作 op 為 LogicalOp::opCommand 。
l getReadWriteType
如果為讀命令則type 對應 kRead ，寫命令 type 對應 kWrite ，其他讀寫以外的命令對應 kCommand 。
l incrementCommandsExecuted
該命令執行成功統計，通過db.serverStatus().metrics.commands 獲取該命令統計。
l _commandsFailed
該命令執行失敗統計，通過db.serverStatus().metrics.commands 獲取該命令統計。
以上列舉除了command 基類的幾個核心功能預設值資訊，如果繼承類中沒有修改這些介面值，則該命令對應功能就是這些預設值。
說明：各種不同命令如果不適用command 基類的預設介面，則可以在繼承類中修改對應介面值即可更改對應功能。
命令除了上面提到的基本功能是否支援外，command 類還有其他幾個核心介面功能。例如，該命令是否認證成功、是否有操作許可權、允許對應 run 命令等。 command 類函式介面功能總結如下表所示：
2. 命令run
結合《命令處理模組原始碼實現一》和本章節對command 處理流程可以得出， runCommandImpl 介面通過如下呼叫流程最終執行特定命令的run 介面，這裡以 insert 寫入和讀取流程為例， mongod 例項寫入呼叫過程如下圖所示 :
最終，mongod 和 mongos 例項呼叫相關命令得 run 介面完成具體的 command 命令處理操作。 mongos 、 mongod(shardServer) 、 mongod(configServer) 相關常用的操作命令 ( 以最基本的讀寫命令為例 ) 入口及功能說明總結如下表所示：
3. command 模組統計資訊
mongodb command 命令處理模組相關統計包含三類：單個命令統計、彙總型統計、讀寫時延統計。其中，單個命令統計針對所有接受到的命令名字串進行統計，彙總型統計則是把同一型別的命令總結為一個整體統計 ( 例如 commands 統計 ) 。
3.1 單個命令統計
mongodb 會收集所有操作命令執行結果，如果本次命令執行成功，則該命令成功統計自增加 1 ，同理如果該命令執行過程失敗，則失敗統計自增加 1 ，這些統一歸類為 ” 單個命令統計資訊 ” 。
單個命令統計由command 類的 _commandsExecuted 和 _commandsFailed 實現命令執行成功統計和失敗統計，相關核心程式碼實現如下：
1. //該命令執行成功統計
2. void incrementCommandsExecuted() final {
3. _commandsExecuted.increment();
4. }
5.
6. //該命令執行失敗統計
7. void incrementCommandsFailed() final {
8. _commandsFailed.increment();
9. }
1. //命令入口
2. void execCommandDatabase(...)
3. {
4. ......
5. //該命令執行次數統計 db.serverStatus().metrics.commands可以獲取統計資訊
6. command->incrementCommandsExecuted();
7. ......
8. //真正的命令執行在這裡面
9. retval = runCommandImpl(opCtx, command, request, replyBuilder, startOperationTime);
10.
11. //該命令失敗次數統計
12. if (!retval) {
13. command->incrementCommandsFailed();
14. }
15. ......
}
mongodb 預設會統計每個客戶端發往服務端的命令，即使是無法識別的命令也會統計，命令統計可以通過 db.serverStatus().metrics.commands 獲取，如下圖所示：
3.2 彙總型 commands 命令統計
從前面的單個命令統計可以看出，單個命令會記錄所有傳送給mongodb 的命令資訊。 mongodb 支援的命令百餘個，由於命令眾多，因此 mongodb 為了更加直觀明瞭的獲取統計資訊，除了提供單個命令統計外，還對外提供彙總型命令統計。
彙總型命令統計可以通過db.serverStatus().opcounters 命令獲取， mongostat 中的增刪改查等資訊也來自於該統計，如下圖：
從上圖可以看出，整個mongostat 監控統計可以歸類為小表：
insert 、 delete 、 update 、 find 分別對應增刪改查四個命令操作， getMore 對應批量遊標操作命令。這五個命令，對應命令執行的時候統計資訊自增，核心程式碼實現如下：
3.2.1 insert 操作統計
insert 操作統計在代理 mongos 和分片儲存節點 mongod 都會統計，兩種角色的 insert 統計核心程式碼如下：
1. 代理mongos insert 統計核心程式碼實現
1. bool insertBatchAndHandleErrors(...) {
2. ......
3. //一次性一條一條插入，上面的固定集合是一次性插入
4. for (auto it = batch.begin(); it != batch.end(); ++it) {
5. //insert操作計數
6. globalOpCounters.gotInsert();
7. }
8. ......
9. }
2. 分片儲存節點mongod insert 統計核心程式碼實現
1. //mongod代理insert統計核心流程
2. bool ClusterWriteCmd::enhancedRun(...) {
3. ......
4. if (_writeType == BatchedCommandRequest::BatchType_Insert) {
5. //insert計數
6. for (size_t i = 0; i < numAttempts; ++i) {
7. globalOpCounters.gotInsert();
8. }
9. }
10. ......
11. }
3.2.2 query 操作統計
1. 代理mongos query 統計核心程式碼實現:
1. bool ClusterFindCmd::run(...) {
2. //find操作統計，也就是query統計
3. globalOpCounters.gotQuery();
4. ......
5. }
2. 分片儲存節點mongod query 統計核心程式碼實現:
1. bool FindCmd::run(...) {
2. //find操作統計，也就是query統計
3. globalOpCounters.gotQuery();
4. ......
5. }
3.2.3 update 操作統計
1. 代理mongos update 統計核心程式碼實現 :
1. bool ClusterWriteCmd::enhancedRun(...) {
1. //update操作統計
2. globalOpCounters.gotUpdate();
3. ......
4. }
2. 分片儲存節點mongod update 統計核心程式碼實現 :
1. //mongod代理update統計核心流程
2. bool ClusterWriteCmd::enhancedRun(...) {
3. ......
4. if (_writeType == BatchedCommandRequest::BatchType_Update) {
5. //insert計數
6. for (size_t i = 0; i < numAttempts; ++i) {
7. globalOpCounters.gotUpdate();
8. }
9. }
10. ......
11. }
3.2.4 delete 操作統計
1. 代理mongos delete 統計核心程式碼實現 :
1. //mongos代理update統計核心流程
2. bool ClusterWriteCmd::enhancedRun(...) {
3. ......
4. if (_writeType == BatchedCommandRequest::BatchType_Update) {
5. //insert計數
6. for (size_t i = 0; i < numAttempts; ++i) {
7. globalOpCounters.gotUpdate();
8. }
9. }
10. ......
11. }
2. 分片儲存節點mongod delete 統計核心程式碼實現 :
1. static SingleWriteResult performSingleDeleteOp(...) {
2. ......
3. //分片mongod例項delete操作統計
4. globalOpCounters.gotDelete();
5. ......
6. }
3.2.5 getMore 操作統計
1. 代理mongos getMore 統計核心程式碼實現 :
1. //mongos代理getMore統計核心流程
2. bool ClusterGetMoreCmd::enhancedRun(...) {
3. //代理getMore統計
4. globalOpCounters.gotGetMore();
5. ......
6. }
2. 分片儲存節點mongod getMore 統計核心程式碼實現 :
1. //mongod分片儲存節點getMore統計
2. bool ClusterGetMoreCmd::enhancedRun(...) {
3. //儲存節點mongod getMore統計
4. globalOpCounters.gotGetMore();
5. ......
6. }
3.2.6 command 操作統計
前面五種操作統計都很好理解，commands 統計由那些命令操作組成，本節將重點分析 commands 如何實現統計。 commands 統計核心程式碼實現如下：
1. 代理mongos commands 統計核心程式碼實現 :
1. //mongos代理commands統計
2. void execCommandDatabase(...) {
3. ......
4. if (command->shouldAffectCommandCounter()) {
5. OpCounters* opCounters = &globalOpCounters;
6. opCounters->gotCommand();
7. }
8. ......
9. }
2. 儲存節點mongod commands 統計核心程式碼實現：
1. void execCommandDatabase(...) {
2. ......
3. //是否進行command統計
4. if (command->shouldAffectCommandCounter()) {
5. OpCounters* opCounters = &globalOpCounters;
6. //commands計數自增
7. opCounters->gotCommand();
8. }
9. ......
10. }
從上面的程式碼可以看出，只有對應命令類中 shouldAffectCommandCounter () 為 true 的命令才會進行 commands 計數。前面章節中我們提到，所有命令都有一個對應類實現相應功能，所有命令實現類都繼承一個功能 class command {} 類，該類對 shouldAffectCommandCounter () 介面進行初始化。程式碼實現如下：
1. class Command : {
2. ......
3. //該命令是否進行command操作計數，預設需要。如果不需要進行command統計，可在命令繼承類中置為false
4. bool shouldAffectCommandCounter() const override {
5. return true;
6. }
7. ......
8. }
該介面預設為true ，如果對應命令不需要進行 commands 計數統計，則需要在對應命令實現類中把該介面置為 false 。通過分析程式碼，可以看出，只有以下命令子類把 shouldAffectCommandCounter () 介面設定為 false ，搜尋結果如下 :
分析程式碼可以得出如下結論：
1) mongos 代理中的 clase Cluster_find_cmd { } 類和 class Cluster_getmore_cmd {} 類的 shouldAffectCommandCounter () 介面置為 false ，這兩個類分別對應代理的“ find ”和“ getMore ”命令操作，也就說明 mongos 代理 de 這兩個命令操作不會統計到 commands 中。
2) mongod 分片儲存節點的 clase Find_cmd{} 、 class Getmore_cmd {} 、 class Write_commands{} 三個類中把 shouldAffectCommandCounter () 介面置為 false 。這三個類分別對應 mongod 儲存例項的如下幾個命令：“ find ”、“ getMore ”、“ insert ”、“ update ”、“ delete ”五個命令。
mongos 和 mongod 例項 commands 統計資訊總結如下：
3.3 慢日誌、時延統計
每次客戶端請求執行實踐如果超過了log level 配置的最大慢日誌時間，則會把該操作詳細資訊記錄下來，同時把本操作執行時間新增到對應的讀或者寫計數及時延統計中。命令處理模組中，時延相關統計包括以下兩種統計：
① 慢日誌統計
② 讀寫計數及時延統計
3.3.1 慢日誌統計
當啟用了慢日誌記錄功能後，mongod 會把執行時間超過指定閥值的慢日誌記錄下來。慢日誌預設記錄到服務日誌檔案 ( systemLog.path 配置項設定) ，同時會記錄日誌到 ”system.profile” 集合中。慢日誌核心程式碼實現如下:
1. DbResponse ServiceEntryPointMongod::handleRequest(...) {
2. ......
3. //記錄開始時間
4. //獲取當前操作對應curop
5. CurOp& currentOp = *CurOp::get(opCtx);
6.
7. ......
8. //執行請求對應命令
9. runCommands(opCtx, m);
10. ......
11.
12. //記錄結束時間
13. currentOp.ensureStarted();
14. currentOp.done();
15. //獲取開始和結束時間差，也就是命令執行時間
16. debug.executionTimeMicros = durationCount<Microseconds>
17. (currentOp.elapsedTimeExcludingPauses());
18. //記錄超過閥值的慢日誌到日誌檔案
19. if (shouldLogOpDebug || (shouldSample && debug.executionTimeMicros > logThresholdMs * 1000LL)) {
20. ......
21. //記錄慢日誌到日誌檔案
22. log() << debug.report(&c, currentOp, lockerInfo.stats);
23. }
24. //記錄慢日誌到system.profile集合
25. if (currentOp.shouldDBProfile(shouldSample)) {
26. ......
27. //記錄慢日誌到system.profile集合中
28. profile(opCtx, op);
29. }
30. ......
31. }
3.3.2 讀寫操作計數及時延統計
根據請求command 命令型別 ( 包含讀命令、寫命令、 command 命令 ) ，以及命令執行時間，可以計算出不同型別命令的讀寫執行時間，從而計算出叢集的讀時延、寫時延、 command 時延。 mongodb 所有命令可以歸納為讀、寫、 command 三類，核心程式碼如下：
1. //獲取操作型別
2. Command::ReadWriteType CurOp::getReadWriteType() const {
3. ......
4. switch (_logicalOp) {
5. //getmore find歸納為讀
6. case LogicalOp::opGetMore:
7. case LogicalOp::opQuery:
8. return Command::ReadWriteType::kRead;
9. //增刪改統一歸納為寫
10. case LogicalOp::opUpdate:
11. case LogicalOp::opInsert:
12. case LogicalOp::opDelete:
13. return Command::ReadWriteType::kWrite;
14. //增刪改以外的歸納為command
15. default:
16. return Command::ReadWriteType::kCommand;
17. }
18. }
從上面的程式碼可以看出，讀、寫、command 分別對應以下命令：
讀(read) ：包含getMore 、 find 。
寫(write) ：包含insert 、 delete 、 update 。
command ：讀和寫以外的所有命令。
命令執行完計算出命令執行時間後，mongod 例項會記錄下這個時延，累加到歷史統計 OperationLatencyHistogram 中，讀、寫、 command 操作計數及時延統計分別記錄到 _reads 、 _writes 、 _commands 三個變數成員中。該統計核心程式碼實現如下：
1. //Top::_incrementHistogram呼叫
2. //操作和時延計數操作
3. void OperationLatencyHistogram::increment(uint64_t latency, Command::ReadWriteType type) {
4. int bucket = _getBucket(latency);
5. switch (type) {
6. //讀時延累加，讀計數自增
7. case Command::ReadWriteType::kRead:
8. _incrementData(latency, bucket, &_reads);
9. break;
10. //寫時延累加，寫計數自增
11. case Command::ReadWriteType::kWrite:
12. _incrementData(latency, bucket, &_writes);
13. break;
14. //command時延累加，command計數自增
15. case Command::ReadWriteType::kCommand:
16. _incrementData(latency, bucket, &_commands);
17. break;
18. default:
19. MONGO_UNREACHABLE;
20. }
21. }
命令請求執行過程及其對應的讀寫請求操作計數、時延累加銜接程式碼實現如下：
1. DbResponse ServiceEntryPointMongod::handleRequest(...) {
2. ......
3. //記錄開始時間
4. //獲取當前操作對應curop
5. CurOp& currentOp = *CurOp::get(opCtx);
6.
7. ......
8. //執行請求對應命令
9. runCommands(opCtx, m);
10. ......
11.
12. //記錄結束時間
13. currentOp.ensureStarted();
14. currentOp.done();
15. //獲取開始和結束時間差，也就是命令執行時間
16. debug.executionTimeMicros = durationCount<Microseconds>
17. (currentOp.elapsedTimeExcludingPauses());
18. ......
19. //記錄慢日誌到system.profile集合
20. //mongod讀寫的時間延遲統計 db.serverStatus().opLatencies獲取
21. Top::get(opCtx->getServiceContext())
22. .incrementGlobalLatencyStats( //讀寫統計
23. opCtx,
24. //時延
25. durationCount<Microseconds>(currentOp.elapsedTimeExcludingPauses()),
26. currentOp.getReadWriteType()); //讀寫型別
27. ......
28. }
mongod 例項讀、寫、 command 操作計數及其各自時延統計可以通過 db.serverStatus() 介面獲取，使用者可用取樣來計算對應的 tps 和平均時延資訊。獲取操作統計和時延統計的命令如下 :
db.serverStatus().opLatencies
4. 問題回顧
《Mongodb command 命令處理模組原始碼實現一》一文中提到的 commands 統計資訊到這裡就可以得到答案了，如下表所示：
mongos 和 mongod 例項 commands 統計資訊總結如下：
mongos 代理 mongostat 統計可以彙總為下圖所示：
mongod 代理 mongostat 統計可以彙總為下圖所示：
來自 “ ITPUB部落格 ” ，連結：http://blog.itpub.net/69984922/viewspace-2738326/，如需轉載，請註明出處，否則將追究法律責任。
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