《大规模分布式存储系统》第10章 数据库功能【10.4】

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10.4　OLAP业务支持
( `8 ~# k& n/ zOLAP业务的特点是SQL每次执行涉及的数据量很大，需要一次性分析几百万行
$ u3 e" Y; g5 @% K甚至几千万行的数据。另外，SQL执行时往往只读取每行的部分列而不是整行数据。
为了支持OLAP计算，OceanBase实现了两个主要功能：并发查询以及列式存
; P- c" b+ F- @4 _) L) a6 g( {- o储。并行查询功能允许将SQL请求拆分为多个子请求同时发送给多台机器并发执行，
列式存储能够提高压缩率，大大降低SQL执行时读取的数据量。本节首先介绍并发查
询功能，接着介绍OceanBase的列式存储引擎。
10.4.1　并发查询
6 g9 B/ b: d. ]% q: V如图10-13所示，MergeServer将大请求拆分为多个子请求，同时发往每个子请求
. l, t3 q. q6 _: l所在的ChunkServer并发执行，每个ChunkServer执行子请求并将部分结果返回给
$ u3 }6 C. E% V2 @+ wMergeServer。MergeServer合并ChunkServer返回的部分结果并将最终结果返回给客户
端。
图　10-13　OceanBase并发查询
  {3 y- \, m2 _( F) f# Z% SMergeServer并发查询执行步骤如下：
1）MergeServer解析SQL语句，根据本地缓存的子表位置信息获取需要请求的
ChunkServer。
$ [" p, y( o# o0 c0 r9 r* c) a2）如果请求只涉及一个子表，将请求发送给该子表所在的ChunkServer执行；如
. k3 j, X0 j0 N; Z( c% w# b果请求涉及多个子表，将请求按照子表拆分为多个子请求，每个子请求对应一个子
表，并发送给该子表所在的ChunkServer并发执行。MergeServer等待每个子请求的返
, W( d) ~  ]; D8 n3 ]/ J回结果。
" b+ Y; T6 u+ N, c1 R6 `' d3）ChunkServer执行子请求，计算子请求的部分结果。SQL执行遵从10.2.4节提
  E/ ]+ I2 g: H7 P% v0 [. ~( u到的本地化原则，即能让ChunkServer执行的尽量让ChunkServer执行，包括Filter、
Project、子请求部分结果的GroupBy、OrderBy、聚合运算等。
4）每个子请求执行完成后，ChunkServer将执行结果回复MergeServer,Merge-
Server首先将每个子请求的执行结果保存起来。如果某个子请求执行失败，
MergeServer会将该子请求发往子表其他副本所在的ChunkServer执行。
7 S% f" E8 p! j% w# l( [  C1 i5）等到所有的子请求执行完成后，MergeServer会对全部数据排序、分组、聚合
" U' x: L5 d5 w3 i, L; i8 s5 z并将最终结果返回给客户。OceanBase还支持批量读取（multiget）操作一次性读取多
行数据，且读取的数据可能在不同的ChunkServer上。对于这样的操作，MergeServer
7 |' b- }" [! w3 D( r会按照ChunkServer拆分子请求，每个子请求对应一个ChunkServer。假设客户端请求5
6 j: [6 F1 o" ?, n3 G行数据，其中第1、3、5行在ChunkServer A上，第2、4行在ChunkServer B上。那么，
( }" H. c0 i, Z该请求将被拆分为（1、3、5）和（2、4）两个子请求，分别发往ChunkServer A和
B。
) R3 ^  ~3 G! `9 C4 Q8 {4 Y6 n3 h0 vClass ObMsSqlRequest
{
$ n' C+ j& m9 x! f/ x( Y& ]4 wpublic:
//唤醒正在等待的工作线程
int signal(ObMsSqlRpcEvent＆event);
$ f; d. |8 p, F' r//等待某个子请求返回
9 s. O& e) m' s6 {! ^/ Uint wait_single_event(int64_t＆timeout);
//处理某个子请求的返回结果
+ z$ q9 L$ c+ p3 [  V2 N3 l' ]* x; nvirtual int process_result(const int64_t timeout,ObMsSqlRpcEvent*event,bool＆
finish)=0;
0 ^2 {) c+ E  N6 {4 }) t/ B};
5 h2 h& K: G. [ObMsSqlRequest类用于实现并发查询，相应地，ObMsSqlScanRequest以及ObMs-
6 m3 @8 Z$ m* a! ESqlGetRequest类分别用于实现并发扫描和并发批量读取。MergeServer将大请求拆分
为多个子请求，每个子请求对应一个子请求事件（ObMsSqlRpcEvent）。工作线程将
, T/ J. P( |- E) P! m+ A5 Z, C& Y子请求发给相应的ChunkServer后开始等待（调用wait_single_event方法），
ChunkServer执行完子请求后应答MergeServer。MergeServer收到应答包后回调signal
函数，唤醒工作线程，工作线程接着调用process_result进行处理。
ObMsSqlScanRequest和ObMsSql-GetRequest实现了process_result接口，将每个子请求
返回的部分结果保存到结果合并器merge_operator_中。如果所有的子请求全部执行完
0 t5 R: {( U9 E% ^" V成，process_result函数返回的finish变量将置为true，这时，merge_operator_中便保存
了并发查询的最终结果。
  G8 c- A9 R6 G0 H. n细心的读者可能会发现，OceanBase这种查询模式虽然解决了绝大部分大查询请
3 z# h1 [2 P5 T' T. F- P3 s求的延时问题，但是，如果查询的返回结果特别大，MergeServer将成为性能瓶颈。
, p( c& N; y' o2 f' Q3 H0 S因此，新版的OceanBase系统将对OLAP查询执行逻辑进行升级，使其能够支持数据
4 d$ `) z2 Q7 v6 {( n量更大且更加复杂的SQL查询。
10.4.2　列式存储
列式存储主要的目的有两个：1）大部分OLAP查询只需要读取部分列而不是全
部列数据，列式存储可以避免读取无用数据；2）将同一列的数据在物理上存放在一
' ~# ?( s9 _7 r% {起，能够极大地提高数据压缩率。
6 A  Q( d9 I% q7 j' H列组（Column Group）
. D! C5 S& I) o% pOceanBase通过列组支持行列混合存储，每个列组存储多个经常一起访问的列。
$ y6 `' G" ]! Q2 P如图10-14所示，OceanBase SSTable首先按照列组存储，每个列组内部再按行存
储。分为几种情况：
图　10-14　OceanBase列组设计
$ n& B2 |) c2 r' e●所有列属于同一个列组。数据在SSTable中按行存储，OLTP应用往往配置为这
种方式。
●每列对应一个列组。数据在SSTable中按列存储，这种方式在实际应用中比较
1 ?4 `0 t: H+ x. F少见。
8 W6 Q$ l- S) P●每个列组对应一行数据的部分列。数据在SSTable中按行列混合存储，OLAP应
用往往配置为这种方式。
+ J2 e& M( b6 k1 g+ c+ OOceanBase还允许一个列属于多个列组，通过冗余存储这些列，能够提高访问性
能。例如，某表格总共包含5列，用户经常一起访问（1，3，5）或者（1，2，3，
2 O8 N$ R/ w1 I) ]* A2 P4）列。如果将（1，3，5）和（1，2，3，4）存储到两个列组中，那么，大部分访
6 B) f4 q3 |) }7 {  H7 E问只需要读取一个列组，避免了多个列组的合并操作。
  l4 _; W% \+ m) t3 ~列式存储提高了数据压缩比，然而，实践过程中我们发现，由于OceanBase最初
的几个版本内存操作实现得不够精细，例如数据结构设计不合理，数据在内存中膨
胀很多倍，导致大查询的性能瓶颈集中在CPU，列式存储的优势完全没有发挥出
来。这就告诉我们，列式存储的前提是设计好内存数据结构，把CPU操作优化好，
否则，后续的工作都是无用功。为了更好地支持OLAP应用，新版的OceanBase将重
% j  u9 l& p: ~新设计列式存储引擎。

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