如何理解GaussDB explain分布式執(zhí)行計(jì)劃，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，這篇文章詳細(xì)介紹了相對(duì)應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個(gè)問(wèn)題的小伙伴找到更簡(jiǎn)單易行的方法。

讓客戶滿意是我們工作的目標(biāo)，不斷超越客戶的期望值來(lái)自于我們對(duì)這個(gè)行業(yè)的熱愛(ài)。我們立志把好的技術(shù)通過(guò)有效、簡(jiǎn)單的方式提供給客戶，將通過(guò)不懈努力成為客戶在信息化領(lǐng)域值得信任、有價(jià)值的長(zhǎng)期合作伙伴，公司提供的服務(wù)項(xiàng)目有：國(guó)際域名空間、網(wǎng)站空間、營(yíng)銷軟件、網(wǎng)站建設(shè)、榆林網(wǎng)站維護(hù)、網(wǎng)站推廣。

前言

執(zhí)行計(jì)劃(又稱解釋計(jì)劃)是數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行SQL語(yǔ)句的具體步驟，例如通過(guò)索引還是全表掃描訪問(wèn)表中的數(shù)據(jù)，連接查詢的實(shí)現(xiàn)方式和連接的順序等。如果 SQL 語(yǔ)句性能不夠理想，我們首先應(yīng)該查看它的執(zhí)行計(jì)劃。本文主要介紹如何詳細(xì)解讀GaussDB(DWS)產(chǎn)生的分布式執(zhí)行計(jì)劃，從計(jì)劃中發(fā)現(xiàn)性能調(diào)優(yōu)點(diǎn)。

1、執(zhí)行算子介紹

要讀懂執(zhí)行計(jì)劃，首先要知道數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行算子的概念：

下面重點(diǎn)介紹下基于sharing nothing的分布式計(jì)劃中最重要的一類算子——STREAM算子

三種類型的stream算子

1) Gather Stream (N:1) – 每個(gè)源結(jié)點(diǎn)都將其數(shù)據(jù)發(fā)送給目標(biāo)結(jié)點(diǎn)

2) redistribute Stream (N:N) – 每個(gè)源節(jié)點(diǎn)將其數(shù)據(jù)根據(jù)連接條件計(jì)算Hash值，根據(jù)重新計(jì)算的Hash值進(jìn)行分布，發(fā)給對(duì)應(yīng)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)

3) Broadcast Stream (1:N) – 由一個(gè)源節(jié)點(diǎn)將其數(shù)據(jù)發(fā)給N個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)

其中1）主要用于CN與DN間的數(shù)據(jù)交換，2）與3）主要用于DN間的數(shù)據(jù)交換

2、EXPLAIN用法

SQL執(zhí)行計(jì)劃是一個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)，顯示執(zhí)一條SQL語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)的詳細(xì)步驟。每一個(gè)步驟是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)算符，也叫作一個(gè)執(zhí)行算子。使用explain命令可以查看優(yōu)化器為每個(gè)查詢生成的具體執(zhí)行計(jì)劃。

1) EXPLAIN的語(yǔ)法

其中，option中COSTS與NODES的默認(rèn)值為ON，其他參數(shù)默認(rèn)為OFF。

說(shuō)明：

a) EXPLAIN + QUERY并不會(huì)真正執(zhí)行，只會(huì)將計(jì)劃打印出來(lái)，指定option中的ANALYZE可以進(jìn)行實(shí)際執(zhí)行

b) PERFORMANCE 選項(xiàng)默認(rèn)會(huì)將所有的選項(xiàng)置為ON，即顯示所有的執(zhí)行信息。

c) CPU/BUFFER/DETAIL 選項(xiàng)依賴于ANALYZE，只有ANALYZE置為ON的時(shí)候，才能使用這幾個(gè)選項(xiàng)。

d) DETAIL選項(xiàng)用來(lái)控制輸出，DETAIL 置為ON時(shí)，會(huì)顯示各個(gè)DN上具體的執(zhí)行信息；DATAIL 置為OFF時(shí)，顯示所有DN的匯總信息，即最大最小值信息。

2) EXPLAIN顯示格式

GaussDB中提供了兩種顯示格式（normal/pretty），通過(guò)設(shè)置參數(shù)explain_perf_mode進(jìn)行控制。其中，normal格式為默認(rèn)的顯示格式。

normal格式如下：

pretty格式如下：

改進(jìn)后的顯示格式，層次清晰，計(jì)劃包含了plan node id，性能分析會(huì)更加簡(jiǎn)單直接。

使用之前可以使用show explain_perf_mode;來(lái)查看當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)使用的顯示風(fēng)格。

同時(shí)可以使用set explain_perf_mode=pretty/normal;來(lái)設(shè)置輸出的格式。

3、示例計(jì)劃解讀（每個(gè)算子資源消耗、耗時(shí)等等）

1） 四中常見(jiàn)類型計(jì)劃

建表語(yǔ)句：

a) FQS計(jì)劃，完全下推，下發(fā)query

兩表JOIN，且其連接條件為各表的分布列，在關(guān)閉stream算子的情況下，CN會(huì)直接將該語(yǔ)句發(fā)送至各DN執(zhí)行，最后結(jié)果在CN匯總。

b) 非FQS計(jì)劃，部分語(yǔ)句下推

兩表JOIN，且連接條件中包含非分布列，此時(shí)在關(guān)閉stream算子的情況下，CN會(huì)將基表掃描語(yǔ)句下發(fā)至各DN，然后在CN上進(jìn)行JOIN。

c) Stream計(jì)劃，DN之間無(wú)數(shù)據(jù)交換

兩表JOIN，且連接條件為各表的分布列，因此各DN無(wú)需數(shù)據(jù)交換。CN生成stream計(jì)劃后，將除Gather Stream的計(jì)劃下發(fā)給DN執(zhí)行，在各個(gè)DN上進(jìn)行基表 掃描，并進(jìn)行哈希連接后，發(fā)送給CN。

d) Stream計(jì)劃，DN之間存在數(shù)據(jù)交換

兩表JOIN，且連接條件包含非分布列，在開(kāi)啟stream算子的情況下，會(huì)生成stream計(jì)劃，其DN間存在數(shù)據(jù)交換。此時(shí)對(duì)于tt02表，會(huì)在各DN進(jìn)行基表掃描，掃描后會(huì)通過(guò)Redistribute Stream算子，按照J(rèn)OIN條件中的tt02.c1進(jìn)行哈希計(jì)算后重新發(fā)送給各DN，然后在各DN上做JOIN，最后匯總到CN。

2) explain performance詳解

a) 執(zhí)行計(jì)劃

?id：執(zhí)行算子節(jié)點(diǎn)編號(hào)。

?operation：具體的執(zhí)行節(jié)點(diǎn)算子名稱。

?A-time:各DN相應(yīng)算子執(zhí)行時(shí)間，[]中左側(cè)為最小值，右側(cè)為最大值，包括下層算子執(zhí)行時(shí)間。

?A-rows：相應(yīng)算子輸出的全局總行數(shù)。

?E-rows：每個(gè)算子估算的輸出行數(shù)。

?Peak Memory：各DN相應(yīng)算子消耗內(nèi)存峰值，[]中左側(cè)為最小值，右側(cè)為最大值。

?E-memory：DN上每個(gè)算子估算的內(nèi)存使用量，只有DN上執(zhí)行的算子會(huì)顯示。某些場(chǎng)景會(huì)在估算的內(nèi)存使用量后使用括號(hào)顯示該算子在內(nèi)存源充足下可以自動(dòng)擴(kuò)展的內(nèi)存上限。

?E-width：每個(gè)算子輸出元組的估算寬度。

?E-costs：每個(gè)算子估算的執(zhí)行代價(jià)。

b) 謂詞過(guò)濾

顯示對(duì)應(yīng)執(zhí)行算子節(jié)點(diǎn)的過(guò)濾條件

c) 內(nèi)存使用

主要顯示CN的最大內(nèi)存用量、DN最大內(nèi)存用量、各算子的最大內(nèi)存用量、各算子預(yù)估內(nèi)存用量、Stream線程的啟動(dòng)以及收發(fā)時(shí)間。

d) Targetlist Information

各個(gè)算子對(duì)應(yīng)的輸出目標(biāo)列信息。

e) DN信息

各算子的執(zhí)行時(shí)間、Buffer、CPU信息

f) 自定義信息

CN與DN之間的建連信息、DN與DN之間的建連信息。

g) 匯總信息

• DN執(zhí)行器開(kāi)始時(shí)間，[min_node_name, max_node_name] : [min_time, max_time]

• DN執(zhí)行器結(jié)束時(shí)間，[min_node_name, max_node_name] : [min_time, max_time]

• Remote query poll time：接收結(jié)果時(shí)用于poll等待的時(shí)間

• CN執(zhí)行器開(kāi)始、運(yùn)行及結(jié)束時(shí)間

• 網(wǎng)絡(luò)流量，stream算子發(fā)送的數(shù)據(jù)量

• 優(yōu)化器執(zhí)行期時(shí)間

• 查詢ID

• 總執(zhí)行時(shí)間

h) 執(zhí)行時(shí)間介紹

每個(gè)算子的執(zhí)行信息都包含三個(gè)部分：

其中：

• dn_6001_6002/dn_6003_6004 表示具體執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)信息，括號(hào)中的信息是實(shí)際的執(zhí)行信息

• actual time=0.013..2290.971 表示實(shí)際的執(zhí)行時(shí)間

第一個(gè)數(shù)字表示執(zhí)行時(shí)進(jìn)入當(dāng)前算子到輸出第一條數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間

第二個(gè)數(shù)字為輸出所有數(shù)據(jù)的總執(zhí)行時(shí)間

注意：在整個(gè)計(jì)劃中，除了葉子節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行時(shí)間是算子本身的執(zhí)行時(shí)間，其余算子的執(zhí)行時(shí)間均包含子節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行時(shí)間。

在該計(jì)劃中，7號(hào)節(jié)點(diǎn)和9號(hào)節(jié)點(diǎn)為葉子節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)均為非葉子簡(jiǎn)介。1號(hào)節(jié)點(diǎn)時(shí)頂層節(jié)點(diǎn)，所以該節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行時(shí)間就可以作為整個(gè)查詢的執(zhí)行時(shí)間。

• rows=2001550 表示當(dāng)前算子輸出數(shù)據(jù)為2001550行；

• loops=1 表示當(dāng)前算子的只執(zhí)行了一次，而對(duì)于分區(qū)表的掃描（7號(hào)節(jié)點(diǎn)）來(lái)說(shuō)：

該層掃描算子的loops為7，對(duì)于分區(qū)表，每一個(gè)分區(qū)表的掃描就是一次完整的掃描操作，當(dāng)切換到下一個(gè)分區(qū)的時(shí)候，又是一次新的查詢操作，查詢?cè)摫矶x如下：

Inventory表有7個(gè)分區(qū)，所以就執(zhí)行了7次表掃描操作，因此loops=7。

i) CPU信息介紹

每個(gè)算子執(zhí)行的過(guò)程都有CPU信息，其中cyc代表的是CPU的周期數(shù)，ex cyc表示的是當(dāng)前算子的周期數(shù)，不包含其子節(jié)點(diǎn)；inc cyc是包含子節(jié)點(diǎn)的周期數(shù)；ex row是當(dāng)前算子輸出的數(shù)據(jù)行數(shù)；ex c/r則是ex cyc/ex row得到的每條數(shù)據(jù)所用的平均周期數(shù)。

j) Buffer信息介紹

buffers顯示緩沖區(qū)信息，包括共享塊和臨時(shí)塊的讀和寫(xiě)。

共享塊包含表和索引，臨時(shí)塊在排序和物化中使用的磁盤塊。上層節(jié)點(diǎn)顯示出來(lái)的塊數(shù)據(jù)包含了其所有子節(jié)點(diǎn)使用的塊數(shù)。

Buffers涉及的參數(shù)有兩種，分別為：shared和temp，及shared hit/read/dirtied/written以及temp read/write

Hit blocks：代表從磁盤里面讀到的數(shù)據(jù)塊數(shù)

Dirtied blocks：代表當(dāng)前查詢中被修改了的并且此前未被修改的數(shù)據(jù)塊數(shù)

Written blocks：代表當(dāng)前線程將shared bufer里被修改的數(shù)據(jù)寫(xiě)回到磁盤的塊數(shù)

k) 執(zhí)行內(nèi)存

其中：

Peak Memory：5KB 表示當(dāng)前算子實(shí)際執(zhí)行時(shí)使用的峰值內(nèi)存；

Estimate Memory：1024MB 表示預(yù)估的內(nèi)存，為優(yōu)化器給出的預(yù)估值。

l) 其他執(zhí)行信息

（1）sort 算子，會(huì)顯示排序信息

Sort Method代表排序的方法，包括quicksort（快排）和disksort（外排）。快排即內(nèi)存夠用時(shí)，所有的排序操作均在內(nèi)存中完成，外排說(shuō)明當(dāng)前可用內(nèi)存不足，需要下盤。

（2）hashjoin算子

Buckets：代表hash表中實(shí)際使用的桶的個(gè)數(shù)

Batches：代表hashjoin中實(shí)際分塊的數(shù)量。如果Batches=1，則說(shuō)明所有的數(shù)據(jù)全在內(nèi)存中，沒(méi)有下盤操作；反之則說(shuō)明有下盤操作，Batches - 1代表臨時(shí)文件的個(gè)數(shù)。

Memory Usage：就是hashjoin中內(nèi)存的使用情況

（3）hashagg算子

如果發(fā)生數(shù)據(jù)下盤，會(huì)有File Num：512信息，顯示臨時(shí)文件的個(gè)數(shù)。

（4）stream算子

stream算子的會(huì)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前算子處理數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，其從子線程獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間（poll time）以及處理數(shù)據(jù)的時(shí)間（Deserialize Time）。

stream算子的子節(jié)點(diǎn)會(huì)統(tǒng)計(jì)發(fā)送端的時(shí)間信息，如下：

發(fā)送時(shí)間Send time，排隊(duì)時(shí)間Wait Quota time， OS發(fā)送時(shí)間以及數(shù)據(jù)處理的時(shí)間。

3) explain 調(diào)優(yōu)示例

一個(gè)查詢語(yǔ)句要經(jīng)過(guò)多個(gè)算子步驟才會(huì)輸出最終的結(jié)果。由于個(gè)別算子耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致整體查詢性能下降的情況比較常見(jiàn)。這些算子是整個(gè)查詢的瓶頸算子。通用的優(yōu)化手段是EXPLAIN ANALYZE/PERFORMANCE命令查看執(zhí)行過(guò)程的瓶頸算子，然后進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化。

基表掃描時(shí)，對(duì)于點(diǎn)查或者范圍掃描等過(guò)濾大量數(shù)據(jù)的查詢，如果使用SeqScan全表掃描會(huì)比較耗時(shí)，可以在條件列上建立索引選擇IndexScan進(jìn)行索引掃描提升掃描效率。如下示例：

上述例子中，全表掃描返回3360條數(shù)據(jù)，過(guò)濾掉大量數(shù)據(jù)，在sssolddate_sk列上建立索引后，使用IndexScan掃描效率顯著提高，從960毫秒提升到8毫秒。

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