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;}
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InitSeqNextMtd 函数设定获取元组的函数为 SeqNext。
static inline void InitSeqNextMtd(SeqScan* node, SeqScanState* scanstate){ if (!node->tablesample) { scanstate->ScanNextMtd = SeqNext; ……}
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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 signaled end of scan slot = 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; } } ……}
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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;}
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ExecProcFuncType g_execProcFuncTable[] = { ExecResultWrap, …… ExecSeqScanWrap, ExecIndexScanWrap, ExecIndexOnlyScanWrap, ……};
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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}
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