openGauss数据库源码解析系列文章——执行器解析（三）

7.6  向量化引擎

传统的行执行引擎大多采用一次一元组的执行模式，这样在执行过程中CPU大部分时间并没有用来处理数据，更多的是在遍历执行树，就会导致CPU的有效利用率较低。而在面对OLAP场景巨量的函数调用次数，需要巨大的开销。为了解决这一问题，openGauss中增加了向量化引擎。向量化引擎使用了一次一批元组的执行模式，能够大大减少遍历执行节点的开销。一次一批元组的数据运载方式也为某些表达式计算的SIMD（single instruction, multiple data，单指令多数据）化提供了机会，SIMD化能够带来性能上的提升。同时向量化引擎还天然对接列存储，能够较为方便地在底层扫描节点装填向量化的列数据。

7.6.1  控制算子

1. VecResult算子

VecResult算子用于处理只有一个结果返回或WHERE过滤条件为常量的情况，对应的代码源文件是“vecresult.cpp”；对应的主要数据结构是VecResult，VecResult继承于BaseResult。VecResult算子相关的函数包括ExecInitVecResult（初始化节点）、ExecVecResult（执行节点）、ExecReScanVecResult（重置节点）、ExecEndVecResult（退出节点）。

ExecInitVecResult函数用于初始化VecResult执行算子。执行流程如图一所示，主要执行流程如下。

（1） 创建并初始化VecResult执行节点，并为节点创建表达式上下文。

（2） 调用“ExecInitResultTupleSlot(estate, &res_state->ps)”函数分配存储投影结果的slot。

（3） 调用投影表达式初始化函数ExecInitVecExpr依次对ps.targetlist、ps.qual和resconstantqual进行初始化。

（4） 分别调用ExecAssignResultTypeFromTL函数和ExecAssignVectorForExprEval函数进行扫描描述符的初始化和投影结构的创建。

图一  ExecInitVecResult函数执行流程

ExecVecResult函数是执行VecResult的主体函数。执行流程如图二所示，主要执行流程如下。

（1） 检查是否需要计算常量表达式。

（2） 若需要则重新计算表达式，设置检查标识（如果常量计算表达式结果为false时，则设置约束检查标识位）。

（3） 获取结果元组。

图二 ExecVecResult函数执行流程

ExecReScanVecResult函数用于重新执行扫描计划。

2. VectorModifyTable算子

VecModifyTable算子用于处理INSERT、UPDATE、DELETE操作，对应的代码源文件是“vecmodifytable.cpp”；对应的主要数据结构是VecModifyTableState，VecModifyTableState继承于ModifyTableState。具体定义代码如下所示：

typedef struct VecModifyTableState : public ModifyTableState {
    VectorBatch* m_pScanBatch;      /* 工作元组 */
    VectorBatch* m_pCurrentBatch;  /* 输出元组 */
} VecModifyTableState;

VecModifyTable算子相关的函数包括ExecInitVecModifyTable（初始化节点）、ExecVecModifyTable（执行节点）、ExecEndVecModifyTable（退出节点）。

ExecInitVecModifyTable函数用于初始化VecModifyTable算子，调用ExecInitModifyTable函数实现算子的初始化。

ExecVecModifyTable函数是执行VecModifyTable算子的主体函数，循环地从子计划中获取目标列并根据要求修改每一列，通过“switch(operation)”处理不同的修改操作，具体的修改操作包括CMD_INSERT（插入）、CMD_DELETE（删除）、CMD_UPDATE（更新）。

3. VecAppend算子

VecAppend算子用于处理包含一个或多个子计划的链表，通过遍历子计划链表逐个执行子计划，对应的代码源文件是“vecappend.cpp”；对应的主要数据结构是VecAppendState，VecAppendState继承于AppendState。

VecAppend算子相关的函数包括ExecInitVecAppend（初始化节点）、ExecVecAppend（执行节点）、ExecReScanAppend（重置节点）、ExecEndVecAppend（退出节点）。

ExecInitVecAppend函数用于初始化VecAppend算子。执行执行流程如图三所示，主要执行流程如下。

（1） 创建并初始化执行节点VecAppend。

（2） 分配存储投影结果的slot。

（3） 循环初始化子计划链表。

（4） 初始化扫描描述符并设置初始迭代。

图三  ExecInitVecAppend函数执行流程

ExecVecAppend函数是执行VecAppend算子的主体函数。执行流程如图四所示，每次从子计划中获取一条元组，当取回全部元组时，移动到下一个子计划，直到执行全部子计划。

图四  ExecVecAppend执行流程

7.6.2  扫描算子

1. CStoreScan算子

CStoreScan算子用于扫描基础表，按顺序扫描基础表，对应的代码源文件是“veccstore.cpp”；CStoreScan算子对应的主要数据结构是CStoreScanState，CStoreScanState继承于ScanState。具体定义代码如下：

typedef struct CStoreScanState : ScanState {
    Relation ss_currentDeltaRelation;
    Relation ss_partition_parent;
    TableScanDesc ss_currentDeltaScanDesc;
    bool ss_deltaScan;
    bool ss_deltaScanEnd;
    VectorBatch* m_pScanBatch;
    VectorBatch* m_pCurrentBatch;
    CStoreScanRunTimeKeyInfo* m_pScanRunTimeKeys;
    int m_ScanRunTimeKeysNum;
    bool m_ScanRunTimeKeysReady;
    CStore* m_CStore;
    CStoreScanKey csss_ScanKeys;
    int csss_NumScanKeys;
    bool m_fSimpleMap;
    bool m_fUseColumnRef;
    vecqual_func jitted_vecqual;
    bool m_isReplicaTable; *复制表标记符*/
} CStoreScanState;

CStoreScan算子的相关函数包括：ExecInitCStoreScan（初始化节点）、ExecCStoreScan（执行节点）、ExecEndCStoreScan（退出节点）、ExecReScanCStoreScan（重置节点）。

ExecInitCStoreScan函数用于初始化CStoreScan算子。主要执行流程如下。

（1） 创建并初始化CStoreScan算子，为节点创建表达式上下文。

（2） 调用ExecAssignVectorForExprEval函数进行投影表达式的初始化。

（3） 调用ExecInitResultTupleSlot函数和ExecInitScanTupleSlot函数分别初始化用于投影结果和用于扫描的slot。

（4） 打开扫描表，调用ExecAssignResultTypeFromTL函数和ExecBuildVecProjectionInfo函数分别初始化结果扫描描述符和创建投影结构。

……（本节内容未完）

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