MySQL協議分析

1 互動過程

MySQL客戶端與伺服器的互動主要分為兩個階段：握手認證階段和命令執行階段。

1.1 握手認證階段

握手認證階段為客戶端與伺服器建立連線後進行，互動過程如下：

伺服器 -> 客戶端：握手初始化訊息
客戶端 -> 伺服器：登陸認證訊息
伺服器 -> 客戶端：認證結果訊息

1.2 命令執行階段

客戶端認證成功後，會進入命令執行階段，互動過程如下：

客戶端 -> 伺服器：執行命令訊息
伺服器 -> 客戶端：命令執行結果

MySQL客戶端與伺服器的完整互動過程如下：

MySQL客戶端與伺服器互動示意圖

2 基本型別

2.1 整型值

MySQL報文中整型值分別有1、2、3、4、8位元組長度，使用小位元組序傳輸。

2.2 字串（以NULL結尾）（Null-Terminated String）

字串長度不固定，當遇到'NULL'（0x00）字元時結束。

2.3 二進位制資料（長度編碼）（Length Coded Binary）

資料長度不固定，長度值由資料前的1-9個位元組決定，其中長度值所佔的位元組數不定，位元組數由第1個位元組決定，如下表：

第一個位元組值	後續位元組數	長度值說明
0-250	0	第一個位元組值即為資料的真實長度
251	0	空資料，資料的真實長度為零
252	2	後續額外2個位元組標識了資料的真實長度
253	3	後續額外3個位元組標識了資料的真實長度
254	8	後續額外8個位元組標識了資料的真實長度

2.4 字串（長度編碼）（Length Coded String）

字串長度不固定，無'NULL'（0x00）結束符，編碼方式與上面的 Length Coded Binary 相同。

3 報文結構

報文分為訊息頭和訊息體兩部分，其中訊息頭佔用固定的4個位元組，訊息體長度由訊息頭中的長度欄位決定，報文結構如下：

MySQL報文結構

3.1 訊息頭

3.1.1 報文長度

用於標記當前請求訊息的實際資料長度值，以位元組為單位，佔用3個位元組，最大值為 0xFFFFFF，即接近 16 MB 大小（比16MB少1個位元組）。

3.1.2 序號

在一次完整的請求/響應互動過程中，用於保證訊息順序的正確，每次客戶端發起請求時，序號值都會從0開始計算。

3.2 訊息體

訊息體用於存放請求的內容及響應的資料，長度由訊息頭中的長度值決定。

4 報文型別

4.1 登陸認證互動報文

4.1.1 握手初始化報文（伺服器 -> 客戶端）

MySQL握手初始化報文

服務協議版本號：該值由 PROTOCOL_VERSION 巨集定義決定（參考MySQL原始碼/include/mysql_version.h標頭檔案定義）

服務版本資訊：該值為字串，由 MYSQL_SERVER_VERSION 巨集定義決定（參考MySQL原始碼/include/mysql_version.h標頭檔案定義）

伺服器執行緒ID：伺服器為當前連線所建立的執行緒ID。

挑戰隨機數：MySQL資料庫使用者認證採用的是挑戰/應答的方式，伺服器生成該挑戰數併發送給客戶端，由客戶端進行處理並返回相應結果，然後伺服器檢查是否與預期的結果相同，從而完成使用者認證的過程。

伺服器權能標誌：用於與客戶端協商通訊方式，各標誌位含義如下（參考MySQL原始碼/include/mysql_com.h中的巨集定義）：

標誌位名稱	標誌位	說明
CLIENT_LONG_PASSWORD	0x0001	new more secure passwords
CLIENT_FOUND_ROWS	0x0002	Found instead of affected rows
CLIENT_LONG_FLAG	0x0004	Get all column flags
CLIENT_CONNECT_WITH_DB	0x0008	One can specify db on connect
CLIENT_NO_SCHEMA	0x0010	Do not allow database.table.column
CLIENT_COMPRESS	0x0020	Can use compression protocol
CLIENT_ODBC	0x0040	Odbc client
CLIENT_LOCAL_FILES	0x0080	Can use LOAD DATA LOCAL
CLIENT_IGNORE_SPACE	0x0100	Ignore spaces before '('
CLIENT_PROTOCOL_41	0x0200	New 4.1 protocol
CLIENT_INTERACTIVE	0x0400	This is an interactive client
CLIENT_SSL	0x0800	Switch to SSL after handshake
CLIENT_IGNORE_SIGPIPE	0x1000	IGNORE sigpipes
CLIENT_TRANSACTIONS	0x2000	Client knows about transactions
CLIENT_RESERVED	0x4000	Old flag for 4.1 protocol
CLIENT_SECURE_CONNECTION	0x8000	New 4.1 authentication
CLIENT_MULTI_STATEMENTS	0x0001 0000	Enable/disable multi-stmt support
CLIENT_MULTI_RESULTS	0x0002 0000	Enable/disable multi-results

字元編碼：標識伺服器所使用的字符集。

伺服器狀態：狀態值定義如下（參考MySQL原始碼/include/mysql_com.h中的巨集定義）：

狀態名稱	狀態值
SERVER_STATUS_IN_TRANS	0x0001
SERVER_STATUS_AUTOCOMMIT	0x0002
SERVER_STATUS_CURSOR_EXISTS	0x0040
SERVER_STATUS_LAST_ROW_SENT	0x0080
SERVER_STATUS_DB_DROPPED	0x0100
SERVER_STATUS_NO_BACKSLASH_ESCAPES	0x0200
SERVER_STATUS_METADATA_CHANGED	0x0400

4.1.2 登陸認證報文（客戶端 -> 伺服器）

MySQL 4.0 及之前的版本

MySQL登陸認證報文(4.0及之前的版本)

MySQL 4.1 及之後的版本

MySQL登陸認證報文(4.1及之後的版本)

客戶端權能標誌：用於與客戶端協商通訊方式，標誌位含義與握手初始化報文中的相同。客戶端收到伺服器發來的初始化報文後，會對伺服器傳送的權能標誌進行修改，保留自身所支援的功能，然後將權能標返回給伺服器，從而保證伺服器與客戶端通訊的相容性。

最大訊息長度：客戶端傳送請求報文時所支援的最大訊息長度值。

字元編碼：標識通訊過程中使用的字元編碼，與伺服器在認證初始化報文中傳送的相同。

使用者名稱：客戶端登陸使用者的使用者名稱稱。

挑戰認證資料：客戶端使用者密碼使用伺服器傳送的挑戰隨機數進行加密後，生成挑戰認證資料，然後返回給伺服器，用於對使用者身份的認證。

資料庫名稱：當客戶端的權能標誌位 CLIENT_CONNECT_WITH_DB 被置位時，該欄位必須出現。

4.2 客戶端命令請求報文（客戶端 -> 伺服器）

MySQL客戶端命令請求報文

命令：用於標識當前請求訊息的型別，例如切換資料庫（0x02）、查詢命令（0x03）等。命令值的取值範圍及說明如下表（參考MySQL原始碼/include/mysql_com.h標頭檔案中的定義）：

型別值	命令	功能	關聯函式
0x00	COM_SLEEP	（內部執行緒狀態）	（無）
0x01	COM_QUIT	關閉連線	mysql_close
0x02	COM_INIT_DB	切換資料庫	mysql_select_db
0x03	COM_QUERY	SQL查詢請求	mysql_real_query
0x04	COM_FIELD_LIST	獲取資料表字段資訊	mysql_list_fields
0x05	COM_CREATE_DB	建立資料庫	mysql_create_db
0x06	COM_DROP_DB	刪除資料庫	mysql_drop_db
0x07	COM_REFRESH	清除快取	mysql_refresh
0x08	COM_SHUTDOWN	停止伺服器	mysql_shutdown
0x09	COM_STATISTICS	獲取伺服器統計資訊	mysql_stat
0x0A	COM_PROCESS_INFO	獲取當前連線的列表	mysql_list_processes
0x0B	COM_CONNECT	（內部執行緒狀態）	（無）
0x0C	COM_PROCESS_KILL	中斷某個連線	mysql_kill
0x0D	COM_DEBUG	儲存伺服器除錯資訊	mysql_dump_debug_info
0x0E	COM_PING	測試連通性	mysql_ping
0x0F	COM_TIME	（內部執行緒狀態）	（無）
0x10	COM_DELAYED_INSERT	（內部執行緒狀態）	（無）
0x11	COM_CHANGE_USER	重新登陸（不斷連線）	mysql_change_user
0x12	COM_BINLOG_DUMP	獲取二進位制日誌資訊	（無）
0x13	COM_TABLE_DUMP	獲取資料表結構資訊	（無）
0x14	COM_CONNECT_OUT	（內部執行緒狀態）	（無）
0x15	COM_REGISTER_SLAVE	從伺服器向主伺服器進行註冊	（無）
0x16	COM_STMT_PREPARE	預處理SQL語句	mysql_stmt_prepare
0x17	COM_STMT_EXECUTE	執行預處理語句	mysql_stmt_execute
0x18	COM_STMT_SEND_LONG_DATA	傳送BLOB型別的資料	mysql_stmt_send_long_data
0x19	COM_STMT_CLOSE	銷燬預處理語句	mysql_stmt_close
0x1A	COM_STMT_RESET	清除預處理語句引數快取	mysql_stmt_reset
0x1B	COM_SET_OPTION	設定語句選項	mysql_set_server_option
0x1C	COM_STMT_FETCH	獲取預處理語句的執行結果	mysql_stmt_fetch

引數：內容是使用者在MySQL客戶端輸入的命令（不包括每行命令結尾的";"分號）。另外這個欄位的字串不是以NULL字元結尾，而是通過訊息頭中的長度值計算而來。

例如：當我們在MySQL客戶端中執行use hutaow;命令時（切換到hutaow資料庫），傳送的請求報文資料會是下面的樣子：

0x02 0x68 0x75 0x74 0x61 0x6f 0x77

其中，0x02為請求型別值COM_INIT_DB，後面的0x68 0x75 0x74 0x61 0x6f 0x77為ASCII字元hutaow。

4.2.1 COM_QUIT 訊息報文

功能：關閉當前連線（客戶端退出），無引數。

4.2.2 COM_INIT_DB 訊息報文

功能：切換資料庫，對應的SQL語句為USE <database>。

位元組	說明
n	資料庫名稱（字串到達訊息尾部時結束，無結束符）

4.2.3 COM_QUERY 訊息報文

功能：最常見的請求訊息型別，當用戶執行SQL語句時傳送該訊息。

位元組	說明
n	SQL語句（字串到達訊息尾部時結束，無結束符）

4.2.4 COM_FIELD_LIST 訊息報文

功能：查詢某表的欄位（列）資訊，等同於SQL語句SHOW [FULL] FIELDS FROM ...。

位元組	說明
n	表格名稱（Null-Terminated String）
n	欄位（列）名稱或萬用字元（可選）

4.2.5 COM_CREATE_DB 訊息報文

功能：建立資料庫，該訊息已過時，而被SQL語句CREATE DATABASE代替。

位元組	說明
n	資料庫名稱（字串到達訊息尾部時結束，無結束符）

4.2.6 COM_DROP_DB 訊息報文

功能：刪除資料庫，該訊息已過時，而被SQL語句DROP DATABASE代替。

位元組	說明
n	資料庫名稱（字串到達訊息尾部時結束，無結束符）

4.2.7 COM_REFRESH 訊息報文

功能：清除快取，等同於SQL語句FLUSH，或是執行mysqladmin flush-foo命令時傳送該訊息。

位元組	說明
1	清除快取選項（點陣圖方式儲存，各標誌位含義如下）
0x01: REFRESH_GRANT
0x02: REFRESH_LOG
0x04: REFRESH_TABLES
0x08: REFRESH_HOSTS
0x10: REFRESH_STATUS
0x20: REFRESH_THREADS
0x40: REFRESH_SLAVE
0x80: REFRESH_MASTER

4.2.8 COM_SHUTDOWN 訊息報文

功能：停止MySQL服務。執行mysqladmin shutdown命令時傳送該訊息。

位元組