openGauss核心分析(七):SQL by pass & 經典執行器

小侃資料庫發表於2023-02-15

執行引擎一般負責查詢的執行,執行引擎在SQL執行棧中起到接收最佳化器生成的執行計劃Plan、並對透過儲存引擎提供的資料讀寫介面,實現對資料進行計算得到查詢的結果集。

image.png

在典型的OLTP場景中,簡單查詢佔了很大一部分比例。這種查詢的特徵是隻涉及單表和簡單表示式的查詢,因此為了加速這類查詢,openGauss提出了SQL by pass框架,在parse層對這類查詢做簡單的模式判別後,進入到特殊的執行路徑裡,跳過經典的執行器執行框架,包括運算元的初始化與執行、表示式與投影等經典框架,直接重寫一套簡潔的執行路徑,並且直接呼叫儲存介面,這樣可以大大加速簡單查詢的執行速度。

SQL by pass

enable_opfusion用於控制是否對簡單增刪改查進行最佳化,簡單insert語句在開啟enable_opfusion時的執行計劃如下

image.png

由於開啟SQL BY PASS,從exec_simple_query過來的語句,會判斷可以走SQL BY PASS,否則進入CreatePortal走經典執行流程。

static void exec_simple_query(const char* query_string, MessageType messageType, StringInfo msg = NULL)
{
    …
        /* SQL bypass */
        if (runOpfusionCheck) { // 進入SQL by pass
            (void)MemoryContextSwitchTo(oldcontext);
            void* opFusionObj = OpFusion::FusionFactory(
                OpFusion::getFusionType(NULL, NULL, plantree_list), oldcontext, NULL, plantree_list, NULL);
            if (opFusionObj != NULL) {
                ((OpFusion*)opFusionObj)->setCurrentOpFusionObj((OpFusion*)opFusionObj);
                if (OpFusion::process(FUSION_EXECUTE, NULL, completionTag, isTopLevel, NULL)) {
                    CommandCounterIncrement();
                    finish_xact_command();
                    EndCommand(completionTag, dest);
                    MemoryContextReset(OptimizerContext);
                    break;
                }
                Assert(0);
            }
            (void)MemoryContextSwitchTo(t_thrd.mem_cxt.msg_mem_cxt);
        }
        /*
         * Create unnamed portal to run the query or queries in. If there
         * already is one, silently drop it.
         */
        portal = CreatePortal("", true, true); // 經典執行流程
    …
}

進入InsertFusion::execute完成資料插入操作。

#0  InsertFusion::execute (this=0x7fd93a4104f8, max_rows=9223372036854775807, completionTag=0x7fd933e67020 "@p\346\063\331\177")
    at opfusion_insert.cpp:297
#1  0x0000000001ac00d9 in OpFusion::fusionExecute (this=0x7fd93a4104f8, msg=0x0, completionTag=0x7fd933e67020 "@p\346\063\331\177",
    isTopLevel=true, isQueryCompleted=0x0) at opfusion.cpp:453
#2  0x0000000001ac0389 in OpFusion::process (op=0, msg=0x0, completionTag=0x7fd933e67020 "@p\346\063\331\177", isTopLevel=true,
    isQueryCompleted=0x0) at opfusion.cpp:491
#3  0x000000000193a910 in exec_simple_query (query_string=0x7fd966ad2060 "insert into t1 values(1,200);",
    messageType=QUERY_MESSAGE, msg=0x7fd933e67210) at postgres.cpp:2624

SQL by pass適應的場景有:

  • 只支援indexscan和indexonlyscan,且全部WHERE語句的過濾條件都在索引上。
  • 只支援單表增刪改查,不支援join、using。
  • 只支援行存表,不支援分割槽表,表不支援有觸發器。
  • 不支援active sql、QPS等資訊統計特性。
  • 不支援正在擴容和縮容的表。
  • 不支援查詢或者修改系統列。
  • 只支援簡單SELECT語句,例如
SELECT c3 FROM t1 WHERE c1 = ? and c2 =10;

僅可以查詢目標表的列,c1和c2列為索引列,後邊可以是常量或者引數,可以使用 for update。

  • 只支援簡單INSERT語句,例如:
INSERT INTO t1 VALUES (?,10,?);

僅支援一個VALUES,VALUES裡面的型別可以是常量和引數,不支援returning。

  • 只支援簡單DELETE語句,例如:
DELETE FROM t1 WHERE c1 = ? and c2 = 10;

c1和c2列為索引列,後邊可以是常量或者引數。

  • 只支援簡單UPDATE語句,例如:
UPDATE t1 SET c3 = c3+? WHERE c1 = ? and c2 = 10;

c3列修改的值可以是常量和引數,也可以是一個簡單的表示式,c1和c2列為索引列,後邊可以是常量或者引數。

經典的執行器

關閉enable_opfusion,簡單insert的執行計劃是這樣的

image.png

在這種執行流程中Portal是執行SQL語句的載體,每一條SQL對應唯一的Portal,不同的查詢型別對應的Portal型別也有區別。

typedef enum PortalStrategy {
    PORTAL_ONE_SELECT, // SQL語句包含單一的SELECT查詢
    PORTAL_ONE_RETURNING, // INSERT/UPDATE/DELETE語句包含Returning
    PORTAL_ONE_MOD_WITH, // 查詢語句包含With
    PORTAL_UTIL_SELECT, // 工具型別查詢語句,如explain
    PORTAL_MULTI_QUERY // 所有其他型別查詢語句
} PortalStrategy;

Portal的生命週期管理在exec_simple_query函式中實現,該函式負責Portal建立、執行和清理。Portal執行的主要執行流程包括PortalStart函式、PortalRun函式、PortalDrop函式幾個部分。其中PortalStart函式負責進行Portal結構體初始化工作,包括執行運算元初始化、記憶體上下文分配等;PortalRun函式負責真正的執行和運算,它是執行器的核心;PortalDrop函式負責最後的清理工作,主要是資料結構、快取的清理。

image.png

PortalRun函式根據查詢型別進入不同的處理函式

bool PortalRun(
    Portal portal, long count, bool isTopLevel, DestReceiver* dest, DestReceiver* altdest, char* completionTag)
{    
…
        switch (portal->strategy) {
            case PORTAL_ONE_SELECT:
                …
            case PORTAL_MULTI_QUERY: // insert從這裡進入
                PortalRunMulti(portal, isTopLevel, dest, altdest, completionTag);
                /* Prevent portal's commands from being re-executed */
                MarkPortalDone(portal);
                /* Always complete at end of RunMulti */
                result = true;
                break;
…
}

最終執行ExecInsertT完成資料插入。

#0  ExecInsertT<false> (state=0x7fdbf1836060, slot=0x7fdbf0c86460, planSlot=0x7fdbf0c86460, estate=0x7fdbf0c74060, canSetTag=true,
    options=0, partitionList=0x7fdbf3125860) at nodeModifyTable.cpp:800
#1  0x0000000001a684cd in ExecModifyTable (node=0x7fdbf1836060) at nodeModifyTable.cpp:3043
#2  0x00000000019f3f93 in ExecModifyTableWrap (node=0x7fdbf1836060) at execProcnode.cpp:785
#3  0x00000000019f43b5 in ExecProcNode (node=0x7fdbf1836060) at execProcnode.cpp:1038
#4  0x00000000019ed9d5 in ExecutePlan (estate=0x7fdbf0c74060, planstate=0x7fdbf1836060, operation=CMD_INSERT, sendTuples=false,
    numberTuples=0, direction=ForwardScanDirection, dest=0x7fdbf13bb9c8, motJitContext=0x0) at execMain.cpp:2163
#5  0x00000000019ea25a in standard_ExecutorRun (queryDesc=0x7fdbf1558060, direction=ForwardScanDirection, count=0)
    at execMain.cpp:608
#6  0x000000000181d6ef in explain_ExecutorRun (queryDesc=0x7fdbf1558060, direction=ForwardScanDirection, count=0)
    at auto_explain.cpp:121
#7  0x00000000019e9dee in ExecutorRun (queryDesc=0x7fdbf1558060, direction=ForwardScanDirection, count=0) at execMain.cpp:486
#8  0x000000000194fed6 in ProcessQuery (plan=0x7fdbf0b7b2e0, sourceText=0x7fdbf13ba060 "insert into t1 values(1,200);", params=0x0,
    isMOTTable=false, motJitContext=0x0, dest=0x7fdbf13bb9c8, completionTag=0x7fdbf3126020 "") at pquery.cpp:292
#9  0x0000000001953fa1 in PortalRunMulti (portal=0x7fdbf0c7a060, isTopLevel=true, dest=0x7fdbf13bb9c8, altdest=0x7fdbf13bb9c8,
    completionTag=0x7fdbf3126020 "") at pquery.cpp:1889
#10 0x00000000019525e0 in PortalRun (portal=0x7fdbf0c7a060, count=9223372036854775807, isTopLevel=true, dest=0x7fdbf13bb9c8,
    altdest=0x7fdbf13bb9c8, completionTag=0x7fdbf3126020 "") at pquery.cpp:1191
#11 0x000000000193ac65 in exec_simple_query (query_string=0x7fdbf13ba060 "insert into t1 values(1,200);",
    messageType=QUERY_MESSAGE, msg=0x7fdbf3126210) at postgres.cpp:2720

以上分析了簡單insert語句的兩種執行流程,對於delete,update,select基本工作流程一致。


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