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。 • 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 • 对于聚集操作，利用分布式的优势，在工作节点之间通过多阶段聚集来提升性能 # explain (costs off) select sum(b) from t group by a; QUERY PLAN -----------------------------

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 Confidential • 全新云原⽣架构「⼀份数据，多引擎计算」 OpenPie Confidential πDataCS 优势1 ：全面升级Hadoop⼤数据和Greenplum数仓⾄云原⽣数据平台 是⼀个存储系统+计算框架的软件框架。主要解决海量数据存储与计算的问题， 是⼤数据技术中的基⽯。让用户可以在不了解分布式底层细节的情况下，开发 分布式程序，以⼀种可靠、⾼效、可伸缩的⽅式进⾏数据处理。 组件很多，常见约30个，基础组件包括：Hadoop通用功能库、HDFS、 国外开源软件，与国产软硬件兼容性差，不符合信创趋势，也⽆法直接利用云 资源的弹性能⼒。组件太多，导致集群部署和后期运维管理很麻烦，市场上相 关⼈才储备量不多，技术兜底依赖于Cloudera，国内第三⽅公司主要是基础运 维和开发为主。 ⼤模型数据计算系统，以云原⽣技术重构数据存储和计算，⼀份数据，多引擎 数据计算。主要解决海量数据的存储和实时计算问题，具备湖仓⼀体化的能⼒， 用户可根据实际情况去选择合适的数据计算引擎。

琐。 木桶效应 传统 MPP 数据仓库架构存在“木桶效应”，集群整体执行速度取决于最“短板的”节点的性能。因此，一个节点的 表现往往会 “拖幸”整个集群的性能，导致查询速度变慢。 随卷时间的推移，业务的增长，企业往往需要在1-2年后 对集群增加计算节点，此时，无论新的计算节点性能如何好，集群总体性能都会受制于老的节点。因此真实生产环境 中，常常见到客户在需要扩容时，采取重新新建集群的方式。 数据瑰岛 数仓，企业往往会需要配备运维人力，且对运维、开发人员要求高，需要相关人员掌握复杂的技术 栈，技术的更新迁代迅速，相关人员需保持积极的知识更新意识。根关人才市场较小，人才芽乏。高昂的学习成本造 成用户使用过程中性能差、故障率高、故障修复时间长等问题。 云时代的数据处理要求 随着数据量和计算能力的爆发式增长，云计算技术的迅猛发展，云原生架构愈受欢迎，云原生时代应运而生。云原生 时代，越来越多的企业将应用向云上迁移，而越来越多 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: PieCloudDB 集群管控节点，提供数据洞察和集群运维等功能，支持可视化的数据 分析、性能监控、集群启停、自动化部署以及权限管控等能力; 用户或者应用可直接调用 PieCloudDB 云原生虚拟数仓服务进行数据分析，提供标准的 SQL 接口，且内置各种分析工 具，并原生兼容 Postgres

桶 效 应 传统 MPP 数据仓库架构存在“木桶效应”，集群整体执行速度取决于最“短板的”节点的性能。因此，一个节点的 表现往往会 “拖垮”整个集群的性能，导致查询速度变慢。 随着时间的推移，业务的增长，企业往往需要在1-2年后 对集群增加计算节点，此时，无论新的计算节点性能如何好，集群总体性能都会受制于老的节点。因此真实生产环境 中，常常见到客户在需要扩容时，采取重新新建集群的方式。 数仓，企业往往会需要配备运维人力，且对运维、开发人员要求高，需要相关人员掌握复杂的技术 栈，技术的更新迭代迅速，相关人员需保持积极的知识更新意识。相关人才市场较小，人才匮乏。高昂的学习成本造 成用户使用过程中性能差、故障率高、故障修复时间长等问题。 5 云时代的数据处理要求 随着数据量和计算能力的爆发式增长，云计算技术的迅猛发展，云原生架构愈受欢迎，云原生时代应运而生。云原生 时代，越来越多的企业将应用向云上迁移，而 4. 云原生管控平台节点： PieCloudDB 集群管控节点，提供数据洞察和集群运维等功能，支持可视化的 数据分析、性能监控、集群启停、自动化部署以及权限管控等能力; 数据应用层： 用户或者应用可直接调用 PieCloudDB 云原生虚拟数仓服务进行数据分析，提供标准的 SQL 接口，且内置各种分析工 具，并原生兼容

智能新硬件技术 πFPGA 数据存储｜虚拟数仓 | 特定领域（如神经网络） 私有云 Mundo元数据管理系统 统一Catalog 是一个存储系统+计算框架的软件框架。主要解决海量数据存储与计算的问题，是 大数据技术中的基石。让用户可以在不了解分布式底层细节的情况下，开发分布 式程序，以一种可靠、高效、可伸缩的方式进行数据处理。 组件很多，常见约30个，基础组件包括：Hadoop通用功能库、HDFS、 国外开源软件，与国产软硬件兼容性差，不符合信创趋势，也无法直接利用云资 源的弹性能力。组件太多，导致集群部署和后期运维管理很麻烦，市场上相关人 才储备量不多，技术兜底依赖于Cloudera，国内第三方公司主要是基础运维和开 发为主。 大模型数据计算系统，以云原生技术重构数据存储和计算，一份数据，多引擎数 据计算。主要解决海量数据的存储和实时计算问题，具备湖仓一体化的能力，用 户可根据实际情况去选择合适的数据计算引擎。 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，运维管理简单，通过短暂学习即可掌握，无论是原厂商还是生态合 作伙伴都可以直接提供技术服务，7 * 24的安心保障。 πDataCS 优势1 ：全面升级Hado

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； • 拥有强大的数据库内核研发团队、数据科学团队和数字化转型团 大模型应用和RAG • 向量近似搜索和向量数据库 • PieCloudVector架构设计与挑战 • 案例介绍 大模型 检索增强生成(RAG) 使用大模型可以构造问答，聊天等应用，但同时也存在以下问题 • 数据时效 - LLM训练数据有截止日期，不包含最新信息，无法准确回答相关信息 • 私域数据 - LLM训练数据多来源于公开渠道，无法接触到私域数据，对特定领域的生成任务质量不高。 • 长期记忆 向量数据库 • embedding通过大模型将各种形式的数据转换成向量 向量数据库 • 两个向量可以计算它们的距离（欧式，余弦/内积， 曼哈顿等），距离越近，表示这两个物体越相似 • 向量搜索的基本问题：K-Nearest Neighbor • 在已有的N个向量中找出与给定向量距离最近的K个向量 Query P1 P3 P4 P5 P6 （filtered） P7 P8 （filtered）

Come True IvorySQL开源数据库社区 • 秒级扩缩容 • 多集群共享一份数据集 • 用户只需为存储和计算付费 • 扩展困难（后期升级部署困难） • 木桶效应 • 大量数据孤岛问题 计算层 存储层 MPP: Massive Parallel Processing eMPP : elastic Massive Parallel Processing 传统 PC 时代数据库 IvorySQL开源数据库社区 P i e C l o u d D B 新 一 代 云 原 生 虚 拟 数 仓 核 心 价 值 多个数仓归并至云虚拟数仓，打破传统数仓场景下 数据孤岛，解决数据多副本问题，帮助企业降低数 仓管理复杂度，以更低的成本实现存算资源在云上 更灵活的配置。 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 全局只需要存储一份数据，通过共享存储来实现数据共享，避免拷 贝和维护多份数据副本 IvorySQL开源数据库社区 事务 • ACID 支持两种隔离级别：读已提交、可重复读 • 扩展性 事务管理器无单点性能瓶颈 • 隔离性 不同租户之间的事务管理器是完全隔离的，不会相互影响 • 容错性 事务管理器支持对各类基础设施故障进行自动容错 IvorySQL开源数据库社区 03 用户数据存储 IvorySQL开源数据库社区

reserved. OpenPie Confidential • 秒级扩缩容 • 多集群共享一份数据集 • 用户只需为存储和计算付费 • 扩展困难（后期升级部署困难） • 木桶效应 • 大量数据孤岛问题 计算层 存储层 MPP: Massive Parallel Processing eMPP : elastic Massive Parallel Processing 传 统 P C 时 代 Confidential P i e C l o u d D B 新 一 代 云 原 生 虚 拟 数 仓 核 心 价 值 多个数仓归并⾄云虚拟数仓，打破传统数仓场景下 数据孤岛，解决数据多副本问题，帮助企业降低数 仓管理复杂度，以更低的成本实现存算资源在云上 更灵活的配置。 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 OpenPie. All rights reserved. OpenPie Confidential • ACID - 支持两种隔离级别：读已提交、可重复读 • 扩展性 - 事务管理器无单点性能瓶颈 • 隔离性 - 不同租户之间的事务管理器是完全隔离的，不会相互影响 • 容错性 - 事务管理器支持对各类基础设施故障进行自动容错 事务 @2022 OpenPie. All rights

PieCloudDB简介 (cont.) • 为什么我们觉得数据库云原⽣很重要？ • 破除数据隔离（⼀份数据就好）. • 否则⼀致性问题、也浪费存储空间. • 数据作为新的⽣产要素要流通起来才有更⼤价值. • 参考云被认同的时间线. • 弹性伸缩（成本 & 性能 & 灵活）. • 云对于⼩中⼤客⼾都有价值. @2022 OpenPie. All rights reserved. OpenPie OpenPie Confidential PieCloudDB简介 (cont.) • PieCloudDB产品⽬标 • 安全可靠 使⽤简单 功能⻬全 性能极致 • 公有云、私有云、混合云 • ⼀个构建于⼤数据计算引擎上的⼤数据计算平台 @2022 OpenPie. All rights reserved. OpenPie Confidential PieCloudDB简介 (cont.) • P wrapper访问Parquet, etc. @2022 OpenPie. All rights reserved. OpenPie Confidential 构建之路 - 数据访问加速 • S3访问考虑（提升性能 & 降低成本） • 使⽤缓存，⻓远来说分布式缓存. • 虚拟数仓：⼀致性Hash存储缓存⽂件. • Data Skipping (⽐如Block Skipping，预聚集，etc）. • S3访

• 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+ 年⼀直从事开源分布式数据库开发 一个eMPP 云原生分布式SQL数据库 一个云原生实时大数据平台基座 愿景：安全可靠 使用简单 功能齐全 性能极致 传统分布式MPP架构痛点 (TDE) • 分布式对象存储多副本多可⽤区保证数据安全：“⼀份”数据， 避免数据不⼀致 • 将来Time Travel查询“回收站”数据 ⽤户数据查询效率优化 • 远程访问数据要考虑的点：性能和成本 • 如何解决？ • 数据和/或辅助信息缓存，同时⼀致性Hash减少数据移动 • 读取优化（⽐如异步并⾏等） • 计算优化（各种功能特性持续优化中） • 很多复杂OLAP查询如果不是IO瓶颈，不会受制于它 各种外表数据源联邦查询组件天然⽀持（或者需少量修改） • 各种Postgres/Greenplum组件或者功能天然⽀持，如In- database AI组件Madlib, json, text等 • 实时ETL/ELT性能对⽐PieCloudDB 1.0有巨⼤提升 • 流处理：原⽣⽀持kafka数据导⼊和查询, 在PieCloudDB侧导⼊ 实现exactly once语义 智能化云原⽣平台 （数据服务平台）