一、内核概述

为了能更好的理解 SQLite，我们先从总的结构上讨论了内核，从全局把握 SQLite 很重要。SQLite 的内核实现不是很难，但是也不是很简单。本次主要讨论虚拟机 (Virtual Machine)。

VDBE 是 SQLite 的核心，它的上层模块和下层模块都是本质上都是为它服务的。它的实现位于 vbde.c, vdbe.h, vdbeapi.c, vdbeInt.h, 和 vdbemem.c 几个文件中。

它通过底层的基础设施 B+Tree 执行由编译器（Compiler）生成的字节代码，这种字节代码程序语言(bytecode programming lauguage)是为了进行查询，读取和修改数据库而专门设计的。字节代码在内存中被封装成 sqlite3_stmt 对象(内部叫做 Vdbe，见 vdbeInt.h)，Vdbe（或者说 statement）包含执行程序所需要的一切：
a) a bytecode program
b) names and data types for all result columns
c) values bound to input parameters
d) a program counter
e) an execution stack of operands
f) an arbitrary amount of “numbered” memory cells
g) other run-time state information (such as open BTree objects, sorters, lists, sets)

字节代码和汇编程序十分类似，每一条指令由操作码和三个操作数构成：<opcode, P1, P2, P3>。
Opcode为一定功能的操作码，为了理解，可以看成一个函数。
P1 是 32 位的有符号整数，
p2 是 31 位的无符号整数，它通常是导致跳转(jump)的指令的目标地址（destination），当然这了有其它用途；
p3 为一个以 null 结尾的字符串或者其它结构体的指针。和 C API 不同的是，VDBE 操作码经常变化，所以不应该用字节码写程序。
下面的几个 C API 直接和 VDBE 交互：
? sqlite3_bind_xxx() functions
? sqlite3_step()
? sqlite3_reset()
? sqlite3_column_xxx() functions
? sqlite3_finalize()

二、VDBE与B-tree的关系

B-Tree 使得 VDBE 可以在 O(logN)下查询，插入和删除数据，以及 O(1)下双向遍历结果集。B-Tree 不会直接读写磁盘，它仅仅维护着页面(pages)之间的关系。

当 B-TREE 需要页面或者修改页面时，它就会调用Pager。当修改页面时，pager 保证原始页面首先写入日志文件，当它完成写操作时，pager 根据事务状态决定如何做。B-tree 不直接读写文件，而是通过 page cache 这个缓冲模块读写文件对于性能是有重要意义的，这和操作系统读写文件类似，在 Linux 中,操作系统的上层模块并不直接调用设备驱动读写设备，
而是通过一个高速缓冲模块调用设备驱动读写文件,并将结果存到高速缓冲区。

三、B-tree初步分析

SQLite中每个数据库完全存储在单个磁盘文件中，因为B树进行数据的查找、删除、添加速度快，所以这些数据以B树数据结构的形式存储在磁盘上（实现代码在btree.c源文件中）。

B树的典型结构如图2所示。B+树是应文件系统所需而出的一种B-树的变型树。B+树可以进行两种查找算法，第一种，从最小关键字起顺序查找；第二种，从根结点开始，进行随机查找。B-tree应用到数据库的每个表和索引中。所有B-tree存储在相同的磁盘文件中。

Alt
btreeInt.h 中 b树结构定义：

struct Btree {
  sqlite3 *db;       /* The database connection holding this btree */
  BtShared *pBt;     /* Sharable content of this btree */
  u8 inTrans;        /* TRANS_NONE, TRANS_READ or TRANS_WRITE */
  u8 sharable;       /* True if we can share pBt with another db */
  u8 locked;         /* True if db currently has pBt locked */
  u8 hasIncrblobCur; /* True if there are one or more Incrblob cursors */
  int wantToLock;    /* Number of nested calls to sqlite3BtreeEnter() */
  int nBackup;       /* Number of backup operations reading this btree */
  u32 iBDataVersion; /* Combines with pBt->pPager->iDataVersion */
  Btree *pNext;      /* List of other sharable Btrees from the same db */
  Btree *pPrev;      /* Back pointer of the same list */
#ifdef SQLITE_DEBUG
  u64 nSeek;         /* Calls to sqlite3BtreeMovetoUnpacked() */
#endif
#ifndef SQLITE_OMIT_SHARED_CACHE
  BtLock lock;       /* Object used to lock page 1 */
#endif
};

B-tree为SQLiteVDBE提供O（㏒N）级时间复杂度的查询和插入，通过遍历记录实现O（1）级时间复杂度的删除。B-tree是自平衡的，并能够对碎片清理和内存再分配进行自动管理。B-tree对如何读写磁盘没有限定，只是关注页之间的关系。

B-tree的职责就是排序，它维护着多个页之间错综复杂的关系，这些关系能够保证快速定位并找到一切有联系的数据。B-tree将页面组织成树状结构，这些组织结构很适合搜索，页面就是树的叶子。Pager帮助B-tree管理页面，它负责传输。
B-tree是为查询而高度优化了的。它使用特殊的算法来预测将来要使用哪些页，从而让B-tree保存该页面以便尽可能快地工作。
数据库中所有的页都是以1开始顺序编号的。一个数据库是由多个B-tree组成的——每张表以及每个索引各对应一个B-tree。数据库中每张表或索引都以根页面作为第一页。所有的索引和表的根页面都存储在sqlite_master表中。
B-tree中的页由一系列B-tree记录组成，这些记录也称为有效载荷。这些记录不是传统的数据库记录（表中有多个列的那种格式），而是更为原始的格式。一个B-tree记录（有效载荷）仅由两个域组成：键值域和数据域。键值域是每个数据库表中所包含的ROWID值或主键值；在B-tree中，数据域可以包含任意类型的内容。最终，数据库的记录信息存储在数据域中。B-tree用来保持记录有序并方便记录的查询，同时，键值域能够完成B-tree的主要工作。此外，记录（有效载荷）的大小是可变的，这取决于内部键值域和数据域的大小。一般而言，每个页拥有多个有效载荷，但如果一个页的有效载荷超出了一个页的大小，将会出现跨越多个页的情况（包括blob类型的记录）。