张广舟（明虚） 阿里云高级专家 Greenplum上云与优化 — ApsaraDB for Greenplum介绍 2016Postgres中国用户大会 目 录 content ApsaraDB for GP的定位 ApsaraDB for GP的内核优化 未来的规划 2016Postgres中国用户大会 ApsaraDB for GP的定位 2016Postgres中国用户大会 2016Postgres中国用户大会 ApsaraDB for GP的定位 ApsaraDB for GP = 简单、高效解决大数据分析需求 MPP + 列存压缩 复杂SQL + 查询优化器 本地高效存储 +高速网络 +预置稳定资源 = = 2016Postgres中国用户大会 GP vs. RDS? Select count(*) from customer group Name Id status city 列存块 ….. 列存块 列存 ≈索引 + index only 2016Postgres中国用户大会 GP vs. Hadoop? Orca优化器 SQL Runtime 本地存储 >5-30倍的性能优势 2016Postgres中国用户大会 ApsaraDB for GP vs. AWS Redshift? “有史以来卖的最好的云服务”

................................................................................. - 182 - 关于 ORCA 优化器 ................................................................................................. ................................................................................. - 263 - 与数据导入相关的优化 ..................................................................................................  管理与监控 管理节点：Master Master 作为 GP 的访问入口，主要负责处理客户端连接的访问以及用户提交的 SQL 语句的解析、生成执行计划、优化执行计划等。Master 不存储业务数据，只存储 用于维持系统运行的全局信息，比如，对象定义信息，统计信息等，Master 非常重要， 如果 Master 丢失，即便是原厂专业技术支持，也不能保证恢复所有信息。

...............................................................................6 GPORCA：Pivotal 查询优化器更新 ............................................................................................... 有云和私有云）中，也适用不同的本地配置。其大规模并行处理 (MPP) SQL 的设计核心是一个称为 GPORCA 的新一代查 询优化器。GPORCA 专为满足在多结构数据环境中进行高级分析的需求而设计，能够处理多种并发混合工作负载的复杂查 询。与旧式 MPP 数据库中常用的传统 RDBMS 查询优化器相比，GPORCA 大幅度地提高了查询性能。 Pivotal Greenplum 5：新一代数据平台 作为重要的新版本，Pivotal ML/统计数据/图形 程序化 文本 地理空间 公有云 私有云 完全 托管云 本地 BI / 报告 自定义应用 机器学习 AI SQL 大规模 并行处理 (MPP) PB 级数据 加载 查询 优化器 (GPORCA) Workload Manager 多态存储 Command Center SQL 兼容性 (Hyper-Q) PostgreSQL 内核 JSON、Apache AVRO、Apache

Greenplum 架构 6 Pivotal Confidential–Inter nal Use Only 平台概况 产品特性 客户端访问和工具 多级容错机制 无共享大规模并行处理 先进的查询优化器 多态存储系统 客户端访问 ODBC, JDBC, OLEDB, etc. 核心MPP 架构 并行数据流引擎 高速软数据交换机制 MPP Scatter/Gather 流处理 在线系统扩展 Ÿ 查询列子集时速度快 Ÿ 不同列可以使用不同压缩方式: gzip (1- 9), quicklz, delta, RLE Ÿ 访问多列时速度快 Ÿ 支持高效更新和删除 Ÿ AO 主要为插入而优化 表‘SALES’ 11月 列存储 行存储 7月 一年前 二年前 外部表 Ÿ 历史数据和不常访问的数 据存储在 HDFS 或者其他 外部系统中 Ÿ 无缝查询所有数据 Ÿ Text, CSV 不需要额外数据处理 • 导入/导出 到&从: – 文件系统 – 任意 ETL 产品 – Hadoop 发行版 外部数据源 Interconnect ... ... ... ... 主节点 查询优化和调度 数据节点 存储数据 & 查询处 理 SQL ETL File Systems 15 Pivotal Confidential–Inter nal Use Only 15 © Copyright

Postgresql 是单实例数据库，怎么能在多个 X86 服务器上运行多 个实例且实现并行计算呢？为了这，Interconnnect 大神器出现了。在 那一年多的时间里，大咖们很大一部分精力都在不断的设计、优化、 开发 Interconnect 这个核心软件组件。最终实现了对同一个集群中多 个 Postgresql 实例的高效协同和并行计算，Interconnect 承载了并行 查询计划生产和 Dispatch 于 Madlib、R 的支持也很好。这一点上 MYSQL 就差的很远，很多分 析功能都不支持，而 Greenplum 作为 MPP 数据分析平台，这些功 能都是必不可少的。 2) Mysql 查询优化器对于子查询、复制查询如多表关联、外关联的支 持等较弱，特别是在关联时对于三大 join 技术：hash join、merge join、nestloop join 的支持方面，Mysql 只支持最后一种 没有提供的： ·外部表并行数据加载 ·可更新数据压缩表 ·行、列混合存储 ·数据表多级分区 ·Bitmap 索引 ·Hadoop 外部表 ·Gptext 全文检索 ·并行查询计划优化器和 Orca 优化器 ·Primary/Mirror 镜像保护机制 ·资源队列管理 ·WEB/Brower 监控 Big Date2.indd 7 16-11-22 下午3:38 8 3

Ø 分布式优化器: Postgres planner 和 ORCA Ø 分布式事务和执行 Ø Greenplum存储 Ø Greenplum生态 Ø Greenplum 7 Confidential │ ©2022 VMware, Inc. 3 Greenplum简介：什么是Greenplum? 基于PostgreSQL、开源、分布式MPP、ACID完备、为OLAP优化的关系型数据仓库。 数据存两份，Coordinator有standby Ø 自动同步数据 (WAL replication) Ø 自动灾难恢复 (FTS，主备切换) Confidential │ ©2022 VMware, Inc. 9 分布式优化器：OLAP Ø OLTP系统的SQL语句相对简单（CURD） Ø OLAP系统的SQL语句就复杂得多（OLTP则尽量避免） q Join 很复杂(多表, outer join, lateral…) (grouping sets, 多阶段聚集…) q 窗口函数, (Recursive) CTE q Procedure Languages（Python，R，Perl……） Ø 优化器非常非常重要 Ø 基于规则优化和基于代价优化 Confidential │ ©2022 VMware, Inc. 10 ORCA Ø 历时十年，独立开发 Ø Cascades 架构 Ø OLAP性能很棒 Ø

......................................................................................... 10 并发控制优化 .................................................................................................. 容器化部署、运维，提供与业务容器一致的基于 K8S 的管理体验。 • 安全容器方案：iSulad+shimv2+StratoVirt 安全容器方案，相比传统 docker+qemu 方案，底噪和启动时间 优化 40%。 • 双平面部署工具 eqqo：ARM/X86 双平面混合集群 0S 高效一键式安装，百节点部署时间<15min。 3. 探索场景创新 边缘计算：发布面向边缘计算场景的版本 创新性的采用了分布式死锁检测，更新删除表的锁级别已降低，支持并发更新删除操作，大大提 升了处理性能。 并发控制优化 Greenplum 6 除了全局死锁检测，还引入了多项其他并发控制优化方法，这些优化对 SELECT 和 INSERT 提升比较 大。一个优化有关 procarray 锁，另一个优化和事务有关，大多数 OLTP 查询带有主键或者分布键，这种查询不需要 两阶段提交（2PC）。

卓越的OLAP特性 列式存储 分区、压缩 高级特性 递归查询、窗口函数 集成分析 多格式、多语言 Madlib: 机器学习 数据库内并行模型训练和预测、分类 ORCA 复杂查询优化器 成熟稳定 完备生态、支撑核心生产系统 13 Pivotal Confidential–Internal Use Only 列式存储 表‘SALES’ 表‘SALES’ ■ 更适合压缩 rank() OVER w FROM employees WINDOW w as (PARTITION BY department ORDER BY salary DESC) ORCA优化器 Common Table Expression and Recursive Queries 02 Efficiently Processing Complex Correlated Elimination 03 动态分区裁剪 公共表达式的下推 高效处理相关子查询 超过8年的投资，多位博士的长期贡献 基于Cascades / Volcano框架, Goetz Graefe 优化分布式大数据系统中特别复杂的查询 18 Madlib: 迭代并行模型训练 Master model = init(…) WHILE model not converged model =

清理 – gpexpand –c – 会将gpexpand schema和下面关于扩容的表都清理掉 Greenplum 6中GPExpand的改进与实现 • 在线不停机 • 数据重分布优化 • 并行的优化 改进与实现 • 如何做到不停机 – 增加新节点只要在gp_segment_configuration里添加新节点信息即可 – 新节点以Master为模板生成，只包含catalog，没有数据 select gp_expand_lock_catalog() ▪ expand过程中申请写锁 ▪ 其他修改catalog操作时也会申请锁来实现与expand的互斥 改进与实现 • 数据重分布的优化 – 扩容后，新节点没有数据，查询Plan如何做？？？ ▪ 在Greenplum 5和之前的版本里会将所有的表改成随机分布，然后再ALTER成按列 分布 ▪ Greenplum 6里引入了numsegments 对表加最高级别锁（其他读写均被阻塞） – 移动数据到新节点 – 修改numsegments – 释放锁 改进与实现 • numsegments的收益 – 不需要将表改成随机分布，单表查询可以做优化 – 对于Join查询，如果分布状态相同的情况下，可以被优化 改进与实现 • 减少重分布数据移动量 – Greenplum 5及之前版本采用取模分布 – 节点数量发生变化后重新计算取模，移动数据量大 – 不仅存在新旧节点间的移动，旧节点之间也要移动

Confidential │ ©2021 VMware, Inc. Agenda 2 - Greenplum 分布式数据库简介 - Greenplum 集群化概述 - 分布式数据存储与多态存储 - 分布式查询优化器与执行器 - Greenplum 中文社区 3 Confidential │ ©2021 VMware, Inc. Greenplum 分布式数据库简介 Features Confidential Greenplum 是基于 PostgreSQL 所实现的大规模并行处理(MPP)开源数据平台，具有良好的弹性 和线性拓展能力，内置并行存储、并行通信、并行计算和并行优化功能，兼容 SQL 标准。拥有独 特的高效的 ORCA 优化器，具有强大、高效的 PB 级数据存储、处理和实时分析能力，同时支持 OLTP 型业务的混合负载。 Greenplum 分布式数据库简介 5 Confidential Inc. Greenplum 分布式查询优化器 Motion Confidential │ ©2021 VMware, Inc. 16 当我们插入数据时，Coordinator 将会根据分布键以及分布策略将数据分布到不同的节点中去。那 么在查询时，就需要各个节点将数据处理完毕后发送至 Coordinator 节点并返回给客户端用户。 分布式查询优化器 l 对于普通查询，只需要将 Segment