深度解析GaussDB(DWS)行執(zhí)行引擎

本文分享自華為云社區(qū)《GaussDB(DWS)行執(zhí)行引擎詳解》，作者：yd_227398895。

華為云的GaussDB（DWS）是一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，它包含了三大引擎：SQL執(zhí)行引擎、執(zhí)行引擎和存儲(chǔ)引擎。其中，執(zhí)行引擎又包含了行執(zhí)行引擎和列執(zhí)行引擎。行執(zhí)行引擎在行存表中發(fā)揮作用，適用于傳統(tǒng)的OLTP（OnLine Transaction Processsing 聯(lián)機(jī)事務(wù)處理）場(chǎng)景，特別適合需要頻繁進(jìn)行增刪改查操作的業(yè)務(wù)。本文將深入探討行執(zhí)行引擎的組成和工作原理。

前言

GaussDB（DWS）包含三大引擎，一是SQL執(zhí)行引擎，用來(lái)解析用戶輸入的SQL語(yǔ)句，生成執(zhí)行計(jì)劃，供執(zhí)行引擎來(lái)執(zhí)行；二是執(zhí)行引擎，其中包含了行執(zhí)行引擎和列執(zhí)行引擎，執(zhí)行引擎即查詢的執(zhí)行者，位于優(yōu)化器和存儲(chǔ)引擎之間，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)引擎中讀取出來(lái)，并根據(jù)計(jì)劃將數(shù)據(jù)處理加工后返回給客戶端，執(zhí)行引擎的目標(biāo)是為了更好地利用計(jì)算資源，更快地完成計(jì)算。三是存儲(chǔ)引擎，決定了數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的存取方式，直接影響了數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫(xiě)性能。

其中行執(zhí)行引擎應(yīng)用于行存表中，傳統(tǒng)的OLTP（OnLine Transaction Processsing 聯(lián)機(jī)事務(wù)處理）場(chǎng)景與功能、業(yè)務(wù)強(qiáng)相關(guān)，數(shù)據(jù)需要進(jìn)行頻繁的增刪改查，這時(shí)比較適合使用行存儲(chǔ)式。行存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)主要有兩個(gè)方面：首先是點(diǎn)查性能好，在點(diǎn)查場(chǎng)景下可以直接索引到某行數(shù)據(jù)的元組位置；其次就是更新效率高，行存儲(chǔ)在實(shí)時(shí)并發(fā)入庫(kù)，并發(fā)更新方面依然有著比較大的優(yōu)勢(shì)。行執(zhí)行引擎的關(guān)鍵就是：一次處理一行數(shù)據(jù)，即一tuple，適合數(shù)據(jù)頻繁更新，增刪改操作多，且查詢結(jié)果涉及表的多列的場(chǎng)景。

行執(zhí)行引擎組成

行執(zhí)行框架

行執(zhí)行引擎的執(zhí)行基本單位是算子，查詢計(jì)劃是以樹(shù)的形式存在的，算子是執(zhí)行樹(shù)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)算子需要經(jīng)歷初始化，執(zhí)行，清理的生命周期，執(zhí)行時(shí)包括遞歸遍歷計(jì)劃樹(shù)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，從計(jì)劃樹(shù)根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，遞歸到葉節(jié)點(diǎn)來(lái)獲取一個(gè)tuple，經(jīng)過(guò)逐層節(jié)點(diǎn)算子的處理，返回一個(gè)結(jié)果tuple，直到再無(wú)tuple。整體算子的執(zhí)行采用Piepline模式，一次一tuple，控制流從上到下，數(shù)據(jù)流由下到上，圖示實(shí)線為控制流，虛線為數(shù)據(jù)流，使用上層來(lái)驅(qū)動(dòng)下層。

行執(zhí)行引擎算子

算子總共分為四類，掃描算子，控制算子，物化算子，連接算子等。對(duì)于分布式系統(tǒng)而言，還包括著stream算子等。

掃描算子

掃描算子用來(lái)掃描表中的數(shù)據(jù)，每次獲取一條元組作為上層節(jié)點(diǎn)的輸入， 存在于查詢計(jì)劃樹(shù)的葉子節(jié)點(diǎn)，它不僅可以掃描表，還可以掃描函數(shù)的結(jié)果集、鏈表結(jié)構(gòu)、子查詢結(jié)果集。一些比較常見(jiàn)的掃描算子如表所示。

連接算子

連接算子對(duì)應(yīng)了關(guān)系代數(shù)中的連接操作，以表 t1 join t2 為例，主要的集中連接類型如下：inner join、left join、right join、full join、semi join、 anti join，其實(shí)現(xiàn)方式包括Nestloop、HashJoin、MergeJoin；

三類連接算子的實(shí)現(xiàn)方式特點(diǎn)：

物化算子

物化算子是一類可緩存元組的節(jié)點(diǎn)。在執(zhí)行過(guò)程中，很多擴(kuò)展的物理操作符需要首先獲取所有的元組才能進(jìn)行操作（例如聚集函數(shù)操作、沒(méi)有索引輔助的排序等），這是要用物化算子將元組緩存起來(lái)；

控制算子

控制算子是一類用于處理特殊情況的節(jié)點(diǎn)，用于實(shí)現(xiàn)特殊的執(zhí)行流程。

其他算子

其他算子包括Stream算子，以及RemoteQuery等算子

Stream算子主要有三種類型：Gather stream、Broadcast stream、Redistribute stream

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