郭峰 拓数派 云原生数据库PieCloudDB 性能优化之路 打造立足于国内 基础数据计算领域的世界级高科技创新驱动机构 杭州拓数派科技发展有限公司（又称“OpenPie”），以“Data Computing for New Discoveries”「数据计算，只为新发现」为使命， 成立后的短短10个月时间内，完成了包括头部产业基金、东吴证券、元 禾重元和政府科创平台在内的连续三轮战略融资。 PostgreSQL优化器简介 PieCloudDB优化器之分布式特性简介 PieCloudDB优化器之云原生特性简介 Q/A Contents 录 目 01 • 预处理阶段 • 通过逻辑上的等价变换，把查询树转换为更加简单高效的等式 • 分发约束条件，收集外连接信息等 • 扫描/连接优化阶段 • 主要处理扫描和连接操作 • 扫描/连接之外的优化阶段 • 主要处理除扫 以上每一步操作都会产生一个或多个路径 • 为每个路径添加LockRows, Limit, ModifyTable • 把最优路径转换为查询计划 • 对最优计划进行一些调整 02 • PieCloudDB优化器拓展了PostgreSQL优化器，使其适用于分布式架构 • 引入了Motion的概念，使得数据可以在不同的工作节点之间移动 • 利用Motion产生分布式的查询计划 • 这些分布式的查询计划会被分为更小的单元，并被分发到不同的工作节点中并行执行

产品已经在⼀些⾦融、医疗等⾏业开始使⽤。 关于我 • 毕业于中国科技⼤学，AI相关专业 • 毕业 1 年后到现在⼀直从事底层基础软件开发，10多年开发经验 • 领域涉及到： • 代码级/算法级/系统级性能优化 • Linux/Unix内核和系统开发、虚拟化（芯⽚KVM⽀持实现）和云计算架 构、⾼速⺴络开发（内核和应⽤层如DPDK） • 分布式系统（SQL/NoSQL/存储) • 最近 7+ 天然⾃带⼀定的多模⽀持 (原⽣或者插件） • 采⽤度和流⾏度持续上升 • 优秀的⽣态 • 我们的选择 • 很多功能不⽤也没必要重新造轮⼦ • 和⼀流的产品和⼈才⼀起成⻓ • 团队深度理解Postgres内核代码，在社区参与诸多贡献 PieCloudDB 架构 元数据管理 基于 MVCC 的事务隔离级别 使用 FoundationDB Key 的自然排序 实现索引 将元组以 key-value 的形式存储 减轻FoundationDB集群负担 • 加速查询优化（⺴络延迟远⾼于内存延迟） • 以Postgres原⽣的元数据缓存概念为基础，优化重构实现适⽤于 多集群架构 ⽤户数据存储引擎 • PAX（⾏列混存）配以⾼效压缩 • Block⽂件为⼀个存储(MVCC)单位 • 辅助信息存储⽤于计算优化 • 设计考虑： • ⾼效和精准的统计信息收集 • 存储和计算成本 • 各种计算优化 • SIMD, Cache

PieCloudDB 重新打造 PostgreSQL 12.x 实现存算分离 PieCloudDB 对几乎所有内核模块做了大量的创新 PieCloudDB 内核团队拥有强悍的Postgres内核代码掌控能力 • 将来会保持和Postgres内核大版本对齐 团队也拥有丰富的Postgres内核大版本升级合并经验 @2022 OpenPie. All rights reserved. OpenPie Multi-Could 云上设施 • 对象存储 （数据共享，存算分离） • 兼容HDFS，NAS，本地磁盘 • 公有云，私有云，混合云 • 现代的硬件 • CPU/GPU 高速缓存访问 • 数据的局部性优化 （SIMD） • 现代存储技术 • 新硬件的使用 @2022 OpenPie. All rights reserved. OpenPie Confidential 构建新一代云原生存储引擎 @2022 OpenPie. All rights reserved. OpenPie Confidential 构建新一代云原生存储引擎 • 完备的事务 • Block文件级别的MVCC实现 • 优化器与执行器的演进 • 向量化 • 文件查询裁剪（Block Skipping） • 聚集下推扫描（PreAgg Pushdown Scan） @2022 OpenPie. All rights

、数据和 计算三者互为增强，全面升级⼤数据系统⾄⼤模型时代 ，赋能⾏业AI场景应用。 具备整体数据平台⽅案，支持多模数据处理（结构化、半结构化 以及非结构化数据），实现数据共享和分析。 软件优化 + 新硬件（FPGA）加速，实现数据全链路的性能飞跃， 让数据存储、SQL查询、向量计算以及机器学习等能⼒全面升级。 @2024 OpenPie. All rights reserved. OpenPie Flink等计算任务，保留用户的使用习惯。 ⽣态完善，支持主流的开发语⾔和数据科学⼯具，支持多模数据处理（结构化、 半结构化以及非结构化），提供标准的SQL接⼝和API，完成各种复杂场景的数 据处理，业务开发周期短，现存的代码基本可以⽆缝迁移和复用。 国内自主研发，具备社区版、商业版以及云SaaS服务，与国产软硬件完美兼容， 属于信创产业。支持公有云，可充分利用云资源的弹性能⼒。组件少，提供可 视化管理平台，运维管 TDE技术保证了所有数据在落盘前完成加密，服务 器⽆感知技术（Serverless）利用云上⽆限计算资源 和弹性保证了虚拟数仓永远在线可用，S3存储和跨 云灾备能⼒保证了永不丢数。 数据计算资源按需扩缩容，实现计算资源配置最优化， 提升数仓的敏捷性和弹性，打开⽆限数据计算空间， 支撑更⼤模型所需的数据和计算。更好地赋能业务发 展并⾛向绿⾊。 降低数仓硬件和管理成本 提升数据计算资源利用效益 坚如磐⽯ | ⾼安全 ⾼在线

重构数据存储和计算，一份存储，多引擎数据计算，全面升级大数据系统至大模型时代，使得自主可 控的大模型数据计算系统保持全球领先，成为AI的基础科技底座的同时，开启AI技术的新范式。 πDataCS旨在助力企业优化计算瓶颈、充分利用和发挥数据规模优势，构建核心技术壁垒，让大模 型技术全面赋能行业AI场景应用，助力合作伙伴成功，为企业创造更大的商业价值。 全 球 数 据 计 算 系 统 引 领 者 • 归 Flink等计算任务，保留用户的使用习惯。 生态完善，支持主流的开发语言和数据科学工具，支持多模数据处理（结构化、 半结构化以及非结构化），提供标准的SQL接口和API，完成各种复杂场景的数据 处理，业务开发周期短，现存的代码基本可以无缝迁移和复用。 国内自主研发，具备社区版、商业版以及云SaaS服务，与国产软硬件完美兼容， 属于信创产业。支持公有云，可充分利用云资源的弹性能力。组件少，提供可视 化管理平台，运维管 TDE技术保证了所有数据在落盘前完成加密，服务器 无感知技术（Serverless）利用云上无限计算资源和 弹性保证了虚拟数仓永远在线可用，S3存储和跨云灾 备能力保证了永不丢数。 数据计算资源按需扩缩容，实现计算资源配置最优化， 提升数仓的敏捷性和弹性，打开无限数据计算空间，支 撑更大模型所需的数据和计算。更好地赋能业务发展并 走向绿色。 降低数仓硬件和管理成本 提升数据计算资源利用效益 坚如磐石 | 高安全 高在线

在加入拓数派前曾就职于开源大数据平台Greenplum团队，担任外部 数据源访问框架，对象存储访问扩展，ETL工具等产品模块的研发， 并曾参与PostgreSQL多个版本的代码贡献，拥有丰富的存储模块核心 开发和性能优化等实践经验。 邱培峰 拓数派向量数据库负责人 拓数派：大模型数据计算系统先行者 • 拓数派（ OpenPie）是立足于国内的基础数据计算领域高科技 创新机构； •

10 月 内 核 • 聚集下推功能得到增强：通过把聚集操作下推到连接操作之前去执行，极大的减 少连接操作需要处理的数据量，使得查询性能显著提升。 • 实现了 Block Skipping 的优化机制：数据库运行查询语句时，通过计算每个块 （block）中列聚集信息，在执行期间跳过非必要的数据块，减少数据读取量提高查询性 能。 • 极速 Analyze（Smart Analyze）： PieCloudDB Vacuum 优化：在元数据层通过快速过滤不需要 vacuum 的数据，从而实现 vacuum 加速。 • 存储引擎 简墨（JANM） 异常处理的优化： 避免各种异常情况下数据残留。 • 简墨（JANM）分布式处理增强：更高效的元数据采集和分发，提升用户查询响 应时间，降低系统负载 • 简墨（JANM）动态分配读取文件增强 dispatch 性能：此优化将动态的分配要 • 原生格式存储：在 HDFS/NAS 系统上支持原生存储格式。 • 对 Orca 的支持：PieCloudDB 支持查询优化器 Orca。Orca 是一款开源的、基 于 Cascades 模型的模块化查询优化器，帮助用户对 SQL 进行优化，生成高效的查询计 划。 • 支持超大数据量字段 • 支持快速 ETL/ELT： Kafka 流数据导入支持，copy

分布式技术，旨在为企业提供包含实时处理、 移级扩缩容、弹性计算、集成数据分析等强大功能的云上数据存储和计算引擎，助力企业实现数据价值最大化。 pieCloudDB 为企业构建坚如般石的虚拟数仓，以云资源最优化配置实现无限数据计算可能，基于新一代数仓虚拟 化，提供云数仓智能化解决方案，助力企业建立以数据资产为核心的竞争整垒。 Openpie | PiecloudDB 基于eMPP (弹性大规模并行计算) 用以 及用户权限等功能; 2. 计算节点: 无状态节点 (包括 Coordinator 和 Executer) ，主要负责接收用户请求和数据计算，支持 动态弹性伸缩，提供数据查询 、执行计划、查询优化、数据加载、连接管理、并行计算以及资源隔离 等功能; 3. 存储节点; 存算分离架构，支持本地存储和云存储，推荐采用对象存储，提供数据压缩、数据加密、 多模存储以及多级缓存等功能; 4. 云原生平台节点: 的访问速度。 pieCloudDB 对数据查询的执行流程在查询执行器中进行了全链路的优化，完整支持 TPC-H 和 TPC-D5 等测试，实现 了包括聚集下准、Block Skipping 等功能模块，大大缩短执行时间，高效的数据查询提高了数据分析的实时性。 1. 票集下推 在执行聚集函数的过程中，查询优化器会把聚集操作下推到连接操作之前去执行，可以极大地减少连 接操作需要处理的数据量，使得查

分布式技术，可将物理数仓整合到云原生数据 计算平台，根据数据授权动态创建虚拟数仓，按需灵活计算，打破数据孤岛，支撑更大模型所需的数据和计算。 PieCloudDB 为企业构建「坚如磐石」的虚拟数仓，以云资源最优化配置实现无限数据计算可能，基于新一代数仓虚 拟化，提供云数仓智能化解决方案，助力企业建立以数据资产为核心的竞争壁垒。 7 PieCloudDB 产品架构 PieCloudDB 整体架 计算节点： 无状态节点（包括 Coordinator 和 Executer），主要负责接收用户请求和数据计算，支持 动态弹性伸缩，提供数据查询、执行计划、查询优化、数据加载、连接管理、并行计算以及资源隔离 等功能； 3. 存储节点： 存算分离架构，支持本地存储和云存储，推荐采用对象存储，提供数据压缩、数据加密、 对数据查询的执行流程在查询执行器中进行了全链路的优化，完整支持 TPC-H 和 TPC-DS 等测试，实现 了包括聚集下推、Block Skipping 等功能模块，大大缩短执行时间，高效的数据查询提高了数据分析的实时性。 此外，PieCloudDB 兼容 ORCA 优化器（ORCA 是一款开源的、基于 Cascades 模型的模块化查询优化器，可以帮助用 户对 SQL 进行优化，生成高效的查询计划）。