openGauss内核分析(八):执行算子探究

执行引擎位于优化器和存储引擎之间,负责将数据从存储引擎读取出来,根据计划将数据处理加工返回给客户端。执行器接收到的指令就是优化器应对SQL查询而翻译出来的关系代数运算符所组成的执行树,如下图所示:

图中每一个方块代表一个具体关系运算代数符,我们称之为算子,每个算子有统一的接口,从下层的一个或者多个算子获得输入,然后将运算结果返回给上层算子。整个查询执行过程主要是两个流,驱动流和数据流。

向上的流代表数据流,是指下层算子将数据返回给上层算子的过程,这是一个从下至上、从叶节点到跟节点的过程。在openGauss中,所有的叶子节点都是表数据扫描算子,这些节点是所有计算的数据源头。数据从叶子节点,通过逐层计算,然后从根节点返回给用户。

向下的流代表控制流,是指上层算子驱动下层算子执行的过程,这是一个从上至下、由根节点到叶节点的过程。从代码层面来看,即上层算子会根据需要调用下层算子的函数接口,去获取下层算子的输入。驱动流是从根节点逐层传递到叶子节点。

执行器的整体目标就是在每一个由优化器构建出来的执行树上,通过控制流驱动数据流在执行树上高效的流动,其流动的速度决定了执行器的处理效率。

算子分类

关系数据库本身是对关系集合Relation的运算操作,执行引擎作为运算的控制逻辑主体也是围绕着关系运算来实现的,在传统数据库实现理论中,算子的分类可以分成以下几类:

扫描算子(Scan Plan Node)

扫描节点负责从底层数据来源抽取数据,数据来源可能是来自文件系统,也可能来自网络(分布式查询)。一般而言扫描节点都位于执行树的叶子节点,作为执行树PlanTree的数据输入来源。

关键特征:输入数据、叶子节点、表达式过滤。

控制算子(Control Plan Node)

控制算子一般不映射代数运算符,通常是为了执行器完成一些特殊的流程引入的算子。

关键特征:用于控制数据流程。

物化算子(Materialize Plan Node)

物化算子一般指算法要求,在做算子逻辑处理的时候,要求把下层的数据进行缓存处理,因为对于下层算子返回的数据量不可提前预知,因此需要在算法上考虑数据无法全部放置到内存的情况。

关键特征:需要扫描所有数据之后才返回。

连接算子(Join Plan Node)

这类算子是为了应对数据库中最常见的关联操作。

关键特征:多个输入。

按照实现方式有3种关联算子。

按照连接类型有6种关联算子。

下面重点分析Seqscan算子的代码流程。

Seqscan 算子

ExecInitSeqScan

ExecInitSeqScan函数初始化SeqScan状态节点,负责节点状态结构构造。

SeqScanState* ExecInitSeqScan(SeqScan* node, EState* estate, int eflags){    ……/*

    * create state structure

    */SeqScanState* scanstate = makeNode(SeqScanState); // SeqScan状态节点    scanstate->ps.plan = (Plan*)node;    scanstate->ps.state = estate;    scanstate->isPartTbl = node->isPartTbl;    scanstate->currentSlot = 0;    scanstate->partScanDirection = node->partScanDirection;    scanstate->rangeScanInRedis = {false,0,0};    ……/*

    * tuple table initialization

    */InitScanRelation(scanstate, estate, eflags); // 初始化扫描表  ……/*

    * initialize scan relation

    */InitSeqNextMtd(node, scanstate); // 设定获取元组的函数    ……    return scanstate;}

ExecSeqScan

ExecutePlan函数循环调用ExecProcNode获取元组。

static void ExecutePlan(EState *estate, PlanState *planstate, CmdType operation, bool sendTuples, long numberTuples,ScanDirection direction, DestReceiver *dest, JitExec::JitContext* motJitContext){    TupleTableSlot *slot = NULL;    long current_tuple_count = 0; // 初始化    ……/*

    * Loop until we've processed the proper number of tuples from the plan.

    */for (;;) { // 循环调用ExecProcNode    ……        if (unlikely(recursive_early_stop)) {            slot = NULL;        } else if (motJitContext && !IS_PGXC_COORDINATOR && JitExec::IsMotCodegenEnabled()) {            // MOT LLVM            int scanEnded = 0;            if (!motFinishedExecution) {                // previous iteration has not signaledendofscanslot = planstate->ps_ResultTupleSlot;                uint64_t tuplesProcessed = 0;                int rc = JitExec::JitExecQuery(                    motJitContext, estate->es_param_list_info, slot, &tuplesProcessed, &scanEnded);                if (scanEnded || (tuplesProcessed == 0) || (rc != 0)) {                    // raise flag so that next round we will bail out (current tuple still must be reported to user)                    motFinishedExecution = true;                }            } else {                (void)ExecClearTuple(slot);            }        } else {            slot = ExecProcNode(planstate); // 调用ExecProcNode        }    ……/*

        * if the tuple is null, then we assume there is nothing more to

        * process so we just end the loop...

        */if (TupIsNull(slot)) { // 元组为空即中止循环            if(!is_saved_recursive_union_plan_nodeid) {                break;            }            ExecEarlyFreeBody(planstate);            break;        }    ……        {            (*dest->receiveSlot)(slot, dest); // 简单select语句调用printtup函数        }    ……/*

        * check our tuple count.. if we've processed the proper number then

        * quit, else loop again and process more tuples.  Zero numberTuples

        * means no limit.

        */current_tuple_count++; // 计数元组数        if (numberTuples == current_tuple_count) {            break;        }    }    ……}

ExecProcNode函数根据nodeTag执行g_execProcFuncTable对应的函数。

TupleTableSlot* ExecProcNode(PlanState* node)

{

    TupleTableSlot* result = NULL;

    ……

    {

        int index = (int)(nodeTag(node))-T_ResultState;

        Assert(index >= 0 && index <= T_StreamState - T_ResultState);

        result = g_execProcFuncTable[index](node);

    }

    ……

    return result;

}

ExecProcFuncType g_execProcFuncTable[] = {

    ExecResultWrap,

    ……

    ExecSeqScanWrap,

    ExecIndexScanWrap,

    ExecIndexOnlyScanWrap,

    ……

};

ExecSeqScanWrap->ExecSeqScan->ExecScan->ExecScanFetch,ExecScanFetch函数回调SeqNext获取元组。

static TupleTableSlot* ExecScanFetch(ScanState* node, ExecScanAccessMtd access_mtd, ExecScanRecheckMtd recheck_mtd){    ……/*

    * Run the node-type-specific access method function to get the next tuple

    */return (*access_mtd)(node); // 回调SeqNext}

ExecEndSeqScan

ExecEndSeqScan完成清理工作。

更多内容请参考:

https://docs.opengauss.org/zh/docs/3.1.0/docs/BriefTutorial/BriefTutorial.html

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