寫在前面:本節是前一節內容的後續部分，這兩節都是從全局的角度SQLite內核各個模塊的設計和功能。只有從全局上把握SQLite，纔會更容易的理解SQLite的實現。SQLite採用了層次化，模塊化的設計，而這些使得它的可擴展性和可移植性非常強。而且SQLite的架構與通用DBMS的結構差別不是很大，所以它對於理解通用DBMS具有重要意義。好了，下面我們開始討論SQLite剩餘的兩部分：Back-end(後端)和compiler(編譯器)。
2、B-tree和Pager
B-Tree使得VDBE可以在O(logN)下查詢，插入和刪除數據，以及O(1)下雙向遍歷結果集。B-Tree不會直接讀寫磁盤，它僅僅維護着頁面(pages)之間的關係。當B-TREE需要頁面或者修改頁面時，它就會調用Pager。當修改頁面時，pager保證原始頁面首先寫入日誌文件，當它完成寫操作時，pager根據事務狀態決定如何做。B-tree不直接讀寫文件，而是通過page cache這個緩衝模塊讀寫文件對於性能是有重要意義的（注：這和操作系統讀寫文件類似，在Linux中,操作系統的上層模塊並不直接調用設備驅動讀寫設備，而是通過一個高速緩衝模塊調用設備驅動讀寫文件,並將結果存到高速緩衝區）。
2.1、數據庫文件格式（Database File Format）
數據庫中所有的頁面都按從1開始順序標記。一個數據庫由許多B-tree構成——每一個表和索引都有一個B-tree（注：索引採用B-tree，而表採用B+tree，這主要是表和索引的需求不同以及B-tree和B+tree的結構不同決定的：B+tree的所有葉子節點包含了全部關鍵字信息，而且可以有兩種順序查找——具體參見《數據結構》，嚴蔚敏。而B-tree更適合用來作索引）。所有表和索引的根頁面都存儲在sqlite_master表中。
數據庫中第一個頁面（page 1）有點特殊，page 1的前100個字節包含一個描述數據庫文件的特殊的文件頭。它包括庫的版本，模式的版本，頁面大小，編碼等所有創建數據庫時設置的參數。這個特殊的文件頭的內容在btree.c中定義，page 1也是sqlite_master表的根頁面。
2.1、頁面重用及回收(Page Reuse and Vacuum )
SQLite利用一個空閒列表(free list)進行頁面回收。當一個頁面的所有記錄都被刪除時，就被插入到該列表。當運行VACUUM命令時，會清除free list，所以數據庫會縮小，本質上它是在新的文件重新建立數據庫，而所有使用的頁在都被拷貝過去，而free list卻不會，結果就是一個新的，變小的數據庫。當數據庫的autovacuum開啓時，SQLite不會使用free list，而且在每一次commit時自動壓縮數據庫。
2.2、B-Tree記錄
B-tree中頁面由B-tree記錄組成，也叫做payloads。每一個B-tree記錄，或者payload有兩個域：關鍵字域(key field)和數據域(data field)。Key field就是ROWID的值，或者數據庫中表的關鍵字的值。從B-tree的角度，data field可以是任何無結構的數據。數據庫的記錄就保存在這些data fields中。B-tree的任務就是排序和遍歷，它最需要就是關鍵字。Payloads的大小是不定的，這與內部的關鍵字和數據域有關，當一個payload太大不能存在一個頁面內進便保存到多個頁面。
B+Tree按關鍵字排序，所有的關鍵字必須唯一。表採用B+tree，內部頁面不包含數據，如下：
B+tree中根頁面(root page)和內部頁面(internal pages)都是用來導航的，這些頁面的數據域都是指向下級頁面的指針，僅僅包含關鍵字。所有的數據庫記錄都存儲在葉子頁面(leaf pages)內。在葉節點一級，記錄和頁面都是按照關鍵字的順序的，所以B-tree可以水平方向遍歷，時間複雜度爲O(1)。
2.3、記錄和域（Records and Fields）
位於葉節點頁面的數據域的記錄由VDBE管理，數據庫記錄以二進制的形式存儲，但有一定的數據格式。記錄格式包括一個邏輯頭（logical header）和一個數據區(data segment)，header segment包括header的大小和一個數據類型數組，數據類型用來在data segment的數據的類型，如下：
2.4、層次數據組織(Hierarchical Data Organization)
從上往下，數據越來越無序，從下向上，數據越來越結構化.
2.5、B-Tree API
B-Tree模塊有它自己的API，它可以獨立於C API使用。另一個特點就是它支持事務。由pager處理的事務，鎖和日誌都是爲B-tree服務的。根據功能可以分爲以下幾類：
2.5.1、訪問和事務函數
sqlite3BtreeOpen: Opens a new database file. Returns a B-tree object.
sqlite3BtreeClose: Closes a database.
sqlite3BtreeBeginTrans: Starts a new transaction.
sqlite3BtreeCommit: Commits the current transaction.
sqlite3BtreeRollback: Rolls back the current transaction.
sqlite3BtreeBeginStmt: Starts a statement transaction.
sqlite3BtreeCommitStmt: Commits a statement transaction.
sqlite3BtreeRollbackStmt: Rolls back a statement transaction.
2.5.2、表函數
sqlite3BtreeCreateTable: Creates a new, empty B-tree in a database file.
sqlite3BtreeDropTable: Destroys a B-tree in a database file.
sqlite3BtreeClearTable: Removes all data from a B-tree, but keeps the B-tree intact.
2.5.3、遊標函數(Cursor Functions)
sqlite3BtreeCursor: Creates a new cursor pointing to a particular B-tree.
sqlite3BtreeCloseCursor: Closes the B-tree cursor.
sqlite3BtreeFirst: Moves the cursor to the first element in a B-tree.
sqlite3BtreeLast: Moves the cursor to the last element in a B-tree.
sqlite3BtreeNext: Moves the cursor to the next element after the one it is currently
pointing to.
sqlite3BtreePrevious: Moves the cursor to the previous element before the one it is
currently pointing to.
sqlite3BtreeMoveto: Moves the cursor to an element that matches the key value passed in as a parameter.
2.5.4、記錄函數(Record Functions)
sqlite3BtreeDelete: Deletes the record that the cursor is pointing to.
sqlite3BtreeInsert: Inserts a new element in the appropriate place of the B-tree.
sqlite3BtreeKeySize: Returns the number of bytes in the key of the record that the
cursor is pointing to.
sqlite3BtreeKey: Returns the key of the record the cursor is currently pointing to.
sqlite3BtreeDataSize: Returns the number of bytes in the data record that the cursor is
currently pointing to.
sqlite3BtreeData: Returns the data in the record the cursor is currently pointing to.
2.5.5、配置函數(Configuration Functions)
sqlite3BtreeSetCacheSize: Controls the page cache size as well as the synchronous
writes (as defined in the synchronous pragma).
sqlite3BtreeSetSafetyLevel: Changes the way data is synced to disk in order to increase
or decrease how well the database resists damage due to OS crashes and power failures.
Level 1 is the same as asynchronous (no syncs() occur and there is a high probability of
damage). This is the equivalent to pragma synchronous=OFF. Level 2 is the default. There
is a very low but non-zero probability of damage. This is the equivalent to pragma
synchronous=NORMAL. Level 3 reduces the probability of damage to near zero but with a
write performance reduction. This is the equivalent to pragma synchronous=FULL.
sqlite3BtreeSetPageSize: Sets the database page size.
sqlite3BtreeGetPageSize: Returns the database page size.
sqlite3BtreeSetAutoVacuum: Sets the autovacuum property of the database.
sqlite3BtreeGetAutoVacuum: Returns whether the database uses autovacuum.
sqlite3BtreeSetBusyHandler: Sets the busy handler
2.6、實例分析
最後以sqlite3_open的具體實現結束本節的討論(參見Version 3.6.10的源碼)：
由上圖可以知道，SQLite的所有IO操作，最終都轉化爲操作系統的系統調用(一名話：DBMS建立在痛苦的OS之上)。同時也可以看到SQLite的實現非常的層次化，模塊化，使得SQLite更易擴展，可移植性非常強。
3、編譯器（Compiler）
3.1、分詞器(Tokenizer)
接口把要執行的SQL語句傳遞給Tokenizer,Tokenizer按照SQL的詞法定義把它切分一個一個的詞，並傳遞給分析器(Parser)進行語法分析。分詞器是手工寫的，主要在Tokenizer.c中實現。
3.2、分析器(Parser)
SQLite的語法分析器是用Lemon——一個開源的LALR(1)語法分析器的生成器，生成的文件爲parser.c。
一個簡單的語法樹：
SELECT rowid, name, season FROM episodes WHERE rowid=1 LIMIT 1
3.3、代碼生成器（Code Generator）
代碼生成器是SQLite中取龐大，最複雜的部分。它與Parser關係緊密，根據語法分析樹生成VDBE程序執行SQL語句的功能。由諸多文件構成：select.c,update.c,insert.c,delete.c,trigger.c,where.c等文件。這些文件生成相應的VDBE程序指令，比如SELECT語句就由select.c生成。下面是一個讀操作中打開表的代碼的生成實現：
/* Generate code that will open a table for reading.
*/
void sqlite3OpenTableForReading(
Vdbe *v, /* Generate code into this VDBE */
int iCur, /* The cursor number of the table */
Table *pTab /* The table to be opened */
){
sqlite3VdbeAddOp(v, OP_Integer, pTab->iDb, 0);
sqlite3VdbeAddOp(v, OP_OpenRead, iCur, pTab->tnum);
VdbeComment((v, "# %s", pTab->zName));
sqlite3VdbeAddOp(v, OP_SetNumColumns, iCur, pTab->nCol);
}
Sqlite3vdbeAddOp函數有三個參數：（1）VDBE實例（它將添加指令），（2）操作碼（一條指令），（3）兩個操作數。
3.4、查詢優化
代碼生成器不僅負責生成代碼，也負責進行查詢優化。主要的實現位於where.c中，生成的WHERE語句塊通常被其它模塊共享，比如select.c，update.c以及delete.c。這些模塊調用sqlite3WhereBegin()開始WHERE語句塊的指令生成，然後加入它們自己的VDBE代碼返回，最後調用sqlite3WhereEnd()結束指令生成，如下：
