【参天引擎】一条 ALTER TABLE 把集群搞挂了，让我把 Cantian 数据字典的三层架构全搞明白了

讲真，第一次看 Cantian 数据字典源码的时候，我也是一脸懵——Catalog 系统表、DC 内存缓存、DDL 集群同步，这三层到底是怎么协同的？直到有一次线上执行 ALTER TABLE，结果把集群搞挂了，我才真正去翻源码，搞明白这套机制是怎么做到"元数据一致、DDL 不丢"的。

这篇文章就是帮你建立 Cantian 数据字典的"全局地图"。你会看到：

• Catalog 系统表：SYS_TABLE$/SY{S}_{C}OLUMN$
• DC 内存缓存：Entry 轻量常驻 + Entity 完整按需加载 + LRU 淘汰
• DDL 集群同步：MES 逻辑日志广播与 meta_version 版本号
• 元数据查找：从 SQL 查询到 DC 查找的完整路径
• 动态视图：DV_DC_OBJECTS 等运行时可观测性

核心要解决的问题就三个：

先搞清楚 Cantian 数据字典是个啥

Cantian 的数据字典，说白了就是管理数据库所有对象的元信息。

你想啊，一个数据库有多少对象：表、列、索引、用户、权限、视图……这些对象的定义信息存在哪儿？怎么快速查找？集群环境下怎么保证多节点一致？这就是数据字典要解决的问题。

它的核心设计原则就这几个：

数据字典功能域总览：三层架构是怎么协同的？

数据字典（Data Dictionary）是 Cantian 数据库的元数据中心，负责管理表、列、索引、用户、权限等对象的定义信息。采用 系统表持久化 + DC 内存缓存 双层架构，通过 DDL 逻辑日志广播 实现集群内多节点元数据一致性。

源码路径: pkg/src/kernel/catalog/

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数据字典架构层次

dc_open

按需加载

失效通知

RD_CREATE/RD_ALTER/RD_DROP

查询

Catalog 系统表SYS_TABLE$, SYS_COLUMN$SYS_INDEX$, SYS_USER$ 等

DC 内存缓存dc_context_t → dc_user_tEntry (轻量) → Entity (完整)

DDL 集群同步逻辑日志广播 → 重放meta_version 版本号

数据字典视图DV_* 动态视图 / 静态视图

SQL 查询层

架构要点：系统表持久化元数据 → DC 内存缓存加速访问 → DDL 逻辑日志确保集群一致 → 数据字典视图暴露运行时状态。

核心职责

Catalog 目录管理

系统表

Catalog 系统表是元数据的持久化存储形式，在编译时通过全局数组 g_sys_tables[] 预定义。

核心系统表关系图：

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USER#

TABLE#

TABLE#

TABLE#

TABLE#

SYS_USER$用户定义ID, NAME, PASSWORD

SYS_TABLE$表/视图定义USER#, ID, NAME, TYPE, COLS

SYS_COLUMN$列定义USER#, TABLE#, ID, NAME, DATATYPE

SYS_INDEX$索引定义USER#, TABLE#, ID, NAME, TYPE

SYS_VIEW$视图定义USER#, ID, NAME, TEXT

SYS_LOB$LOB 定义USER#, TABLE#, COLUMN#, ENTRY

SYS_PART$分区定义USER#, TABLE#, PART#, NAME

SYS_PRIVS$权限定义GRANTEE#, PRIVID, GRANTOR

SYS_SEQUENCES$序列定义ID, UID, NAME, MINVAL, MAXVAL

SYS_ROLES$角色定义ID, NAME, PASSWORD

Catalog 存储位置

系统表数据存储在内核的系统表空间中，通过 SYSTEM 表空间管理。核心系统表（SYS_TABLE

、

S

Y

S

C

O

L

U

M

N

、SYS_COLUMN

、SYSC​OLUMN 等）由编译期全局数组 g_sys_tables[] 定义其描述信息，数据库启动 MOUNT 阶段从持久化存储加载。

// 核心系统表引用: knl_ctlg.c
table_t *db_sys_table(uint32 id) { return &g_sys_tables[id]; }
index_t *db_sys_index(uint32 id) { return &g_sys_indexes[id]; }

Catalog 初始化（MOUNT 阶段）

源码位置: knl_dc.c

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首次启动

恢复启动

数据库 MOUNT 阶段

dc_init 入口

ctx->memory == NULL?

dc_context_init创建内存池/哈希桶/LRU

复用已存在上下文

dc_init_users从 SYS_USER$ 加载所有用户

dc_open_core_systbl打开核心系统表

dc_init_table_entries初始化 SYS 用户表 Entry

dc_init_extral_entries初始化视图/同义词/角色/权限

ctx->ready = TRUE字典就绪

Catalog DDL 操作

DDL 操作通过专门的写入函数修改系统表：

系统表数据通过 Redo 日志保护，崩溃恢复时从 Redo 日志恢复。

DC 元数据缓存

DC（Dictionary Cache）结构

DC 缓存采用 Entry（轻量元数据，常驻内存）+ Entity（完整元数据，按需加载，可 LRU 淘汰） 两级结构：

dc_context_t (字典上下文)
├── user_buckets[] —— 用户哈希桶
├── users[] —— 用户数组 (dc_user_t)
│ └── dc_user_t
│ ├── groups[] —— Entry 分组数组
│ │ └── dc_group_t → entries[]
│ │ └── dc_entry_t (轻量元数据，常驻)
│ │ └── entity → dc_entity_t (完整元数据，按需加载)
│ ├── buckets[] —— 对象哈希桶
│ ├── sequence_set —— 序列集合
│ └── sys_privs/all_sys_privs —— 权限信息
├── lru_queue —— LRU 淘汰队列 (dc_lru_queue_t)
├── roles[] —— 角色数组 (dc_role_t)
└── spm —— SQL Plan Management

DC Entry（字典入口）

dc_entry_t 是对象的轻量级元数据，始终驻留内存，包含：

• 对象 ID、名称、用户、类型（表/视图/同义词）
• 创建 SCN / 变更 SCN（org_scn, chg_scn）
• Schema 锁（sch_lock）协调 DDL/DML 并发
• 引用计数（ref_count）防止使用中被淘汰
• 指向 dc_entity_t 的指针（可能为 NULL）

源码定义: knl_dc.h

DC 查找机制（Hash）

DC 使用哈希桶（dc_bucket_t）实现 O(1) 查找：

typedef struct st_dc_bucket {
spinlock_t lock;
uint32 first; // 哈希链表首节点索引
} dc_bucket_t;

查找流程：dc_open() → dc_find() → 哈希计算 → 遍历哈希桶链表 → 匹配对象名 → 获取 Entry。

DC 淘汰策略（LRU）

Entity 通过 LRU 双向链表管理。访问时移到链表头（最近使用），内存不足时从链表尾（最久未用）淘汰并释放内存：

typedef struct st_dc_lru_queue {
spinlock_t lock;
uint32 count;
dc_entity_t *head; // 最近使用
dc_entity_t *tail; // 最久未用
} dc_lru_queue_t;

DC 统计计数器

• entry_hwm / entry_lwm：Entry 高水位 / 低水位
• entity->ref_count：Entity 引用计数（原子操作）
• lru_queue->count：LRU 队列中 Entity 数量
• ctx->version：字典版本号（DDL 变更时递增）

DDL 元数据同步

DDL 跨节点广播

集群模式下 DDL 操作通过 MES 层广播逻辑日志 到所有存活节点：

节点B (接收)

MES 通信层

节点A (DDL执行)

节点B (接收)

MES 通信层

节点A (DDL执行)

#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM svg{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM p{margin:0;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .actor{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM text.actor>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .actor-line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .innerArc{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:none;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .messageLine0{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:none;stroke:#333;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .messageLine1{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:2,2;stroke:#333;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM #arrowhead path{fill:#333;stroke:#333;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .sequenceNumber{fill:white;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM #sequencenumber{fill:#333;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM #crosshead path{fill:#333;stroke:#333;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .messageText{fill:#333;stroke:none;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .labelBox{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .labelText,#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .labelText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .loopText,#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .loopText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .loopLine{stroke-width:2px;stroke-dasharray:2,2;stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .note{stroke:#aaaa33;fill:#fff5ad;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .noteText,#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .noteText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .activation0{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .activation1{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .activation2{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .actorPopupMenu{position:absolute;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .actorPopupMenuPanel{position:absolute;fill:#ECECFF;box-shadow:0px 8px 16px 0px rgba(0,0,0,0.2);filter:drop-shadow(3px 5px 2px rgb(0 0 0 / 0.4));}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .actor-man line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM .actor-man circle,#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;stroke-width:2px;}#mermaid-svg-VWshK7cvslgwVrfM :root{–mermaid-font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;}

执行 DDL (CREATE TABLE)

修改系统表

生成逻辑日志 (rd_create_table_t)

dtc_sync_ddl_internal()

MES_CMD_DDL_BROADCAST

dcs_process_ddl_broadcast()

dtc_refresh_ddl(session, log)

rd_create_table() 重放

MES_CMD_DDL_BROADCAST_ACK

ACK 回收

DDL Redo

DDL 操作自动生成逻辑日志（logic_op_t），包含操作类型和元数据快照。重放函数通过 g_logic_lmgrs[] 表注册：

源码位置: dc_log.c

元数据版本号（meta_version）

dc_context_t.version 是字典全局版本号，每次 DDL 变更时递增，用于快速判断缓存是否需要刷新。

DC 失效通知

DDL 重放时对受影响的对象执行失效操作：

通过 Schema 锁（sch_lock_mutex）保证失效期间无并发 DML 访问。

元数据查找机制

从 SQL 到 DC 查找的路径

#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB svg{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB p{margin:0;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .label{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .label text,#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .node rect,#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .node circle,#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .node ellipse,#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .node polygon,#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .rough-node .label text,#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .node .label text,#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .image-shape .label,#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .rough-node .label,#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .node .label,#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .image-shape .label,#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .icon-shape,#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .icon-shape p,#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-XHMce7TfTQStMVKB :root{–mermaid-font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;}

否

是

未找到

找到

是

否

SQL 查询

解析器获取表名

dc_open 打开字典句柄

字典就绪?

ERR_DATABASE_NOT_AVAILABLE

dc_open_user 打开用户

double_hash_find哈希查找对象

ERR_TABLE_OR_VIEW_NOT_EXIST

entry->entity 是否为 NULL?

dc_load_entity 从系统表加载

增加引用计数, 返回 knl_dictionary_t

表名/列名解析

• 表名解析: dc_find() → 哈希桶查找 → dc_entry_t 匹配 name
• 列名解析: dc_entity_t.column_groups → 列名哈希索引 → knl_column_t

权限检查

dc_open 过程中隐含用户级权限验证：

• dc_open_user_by_id() 检查用户存在性和状态
• 对象级权限（SELECT/INSERT/UPDATE/DELETE）在 SQL 执行路径中通过 dc_user_t.sys_privs 和 dc_obj_priv_t 检查

数据字典视图

动态视图（DV_*）

Cantian 提供一系列动态视图（以 DV_ 前缀命名），实时反映内存中 DC 缓存状态：

静态视图

静态视图（SYS_VIEW$ 中的用户视图）通过 DC 中存储的 SQL 文本定义，查询时动态解析执行。

视图定义与实现

动态视图通过 dynview_desc_t 描述，注册到 g_dynview_desc[] 全局表。查询动态视图时直接调用对应的回调函数从内存中收集数据。

源码位置: knl_dynview.h

元数据持久化

Catalog 表数据的持久化

系统表数据通过以下路径持久化：

Checkpoint 时元数据一致性

Checkpoint 线程（CKPT）刷脏时，系统表页面与其他数据页面一同被刷入磁盘，保证数据文件中的 Catalog 与 Redo Log 一致。

恢复时 Catalog 重建

崩溃恢复时：

关键数据结构与代码入口

关键数据结构

关键代码入口

总结

数据字典模块通过 Catalog 系统表持久化存储元数据定义，DC 内存缓存提供 O(1) 哈希查找加速访问，两级缓存架构（Entry 常驻 + Entity LRU 按需淘汰）在内存与性能之间取得平衡。DDL 操作通过 MES 层广播逻辑日志到集群所有节点，配合 meta_version 版本号和 Schema 锁保证并发安全。崩溃恢复时通过 Redo Apply 和 DC Replay 重建完整的缓存状态。

关键源码索引