VMware, Inc. Greenplum 分布式数 据库内核揭秘 Greenplum内核开发工程师 2022-03-16 李正龙 Confidential │ ©2021 VMware, Inc. Agenda 2 - Greenplum 分布式数据库简介 - Greenplum 集群化概述 - 分布式数据存储与多态存储 - 分布式查询优化器与执行器 - Greenplum Greenplum 中文社区 3 Confidential │ ©2021 VMware, Inc. Greenplum 分布式数据库简介 Features Confidential │ ©2021 VMware, Inc. 4 Greenplum 是基于 PostgreSQL 所实现的大规模并行处理(MPP)开源数据平台，具有良好的弹性 和线性拓展能力，内置并行存储、并行通信、并行计算和并行优化功能，兼容 容 SQL 标准。拥有独 特的高效的 ORCA 优化器，具有强大、高效的 PB 级数据存储、处理和实时分析能力，同时支持 OLTP 型业务的混合负载。 Greenplum 分布式数据库简介 5 Confidential │ ©2021 VMware, Inc. Greenplum 集群化概述 Coordinator/Segment, Primary/Mirror Confidential

博文 资料 文档 项目 全新的问答论坛 分布式事务和 两阶段提交协议 6 ● 事务实现原理和Write Ahead Logging（WAL） ● 分布式事务和两阶段提交的原理 ● Greenplum两阶段提交协议的实现 ● Greenplum两阶段提交协议的优化 Outline 7 事务的属性：ACID 属性 含义 数据库系统的实现 Atomic 原子性 事务中的操作要么全部正确执行，要么完全不 事务中的操作要么全部正确执行，要么完全不 执行。 Write Ahead Logging，分布式事务：两阶段提交协议 Consistency 一致性 数据库系统必须保证事务的执行使得数据库 从一个一致性状态转移到另一个一致性状态。 （满足完整性约束） 实现对A、I、D三个属性的支持 Isolation 隔离性 多个事务并发地执行，对每个事务来说，它并 不会感知系统中有其他事务在同时执行。 多版本并发控制Multi-Version “ACID”，自此，事务的ACID四个性质成为业内标准术语 8 Disk-Oriented DBMS Components 数据库管理系统组成图 Hector Garcia-Molina /Jeffrey D.Ullman/Jennifer Widom《数据库系统实现》 查询编译器/ 优化器 事务管理器 DDL编译器 执行引擎 日志和恢复 并发控制 索引/文件/ 记录管理器 缓冲区管理器

白皮书 开源 Greenplum 新篇章： 兼容欧拉开源操作系统的数据平台 支持国产生态的高级分析数据平台 作者：Greenplum 中文社区、 欧拉开源社区 完全兼容欧拉开源操作系统的 HTAP 数据平台 Greenplum 白皮书 ........................................................................................ 4 欧拉开源操作系统 .................................................................................................. ........................................................................................ 6 欧拉开源操作系统平台架构 ..............................................................................................

SMP（对称多处理）架构难于扩展，并且在 CPU 计算和 IO 吞吐上不 能满足海量数据的计算需求。 分布式存储和分布式计算理论刚刚被提出来，Google 的两篇著名论文 发表后引起业界的关注，一篇是关于 GFS 分布式文件系统，另外一篇 是关于 MapReduce 并行计算框架的理论，分布式计算模式在互联网 行业特别是收索引擎和分词检索等方面获得了巨大成功。 Big Date2.indd 由此，业界认识到对于海量数据需要一种新的计算模式来支持，这种 模式就是可以支持 Scale-out 横向扩展的分布式并行数据计算技术。 当时，开放的X86服务器技术已经能很好的支持商用，借助高速网络（当 时是千兆以太网）组建的 X86 集群在整体上提供的计算能力已大幅高 于传统 SMP 主机，并且成本很低，横向的扩展性还可带来系统良好 的成长性。 问 题 来 了， 在 X86 集 群 上 实 现 自 动 的 并 行 MPP（海量并行处理）计算框架，最终还 是需要软件来实现，Greenplum 正是在这一背景下产生的，借助于分 布式计算思想，Greenplum 实现了基于数据库的分布式数据存储和并 行计算（GoogleMapReduce 实现的是基于文件的分布式数据存储和 计算，我们会在后面比较这两种方法的优劣性）。 话说当年 Greenplum（当时还是一个 Startup 公司，创始人家门口有 一棵青梅 ——

数据库：ANSI SQL 2008 标准，OLAP，JDBC/ODBC Ÿ 支持ACID、分布式事务 Ÿ 分布式数据库：线性扩展，支持上百物理节点 Ÿ 企业级数据库：全球大客户超过 1000+ 安装集群 Ÿ 百万行源代码，超过10年的全球研发投入 Ÿ 开源数据库(greenplum.org)，良性生态系统 5 Pivotal Confidential–Inter nal Use Only 多级容错机制 无共享大规模并行处理 先进的查询优化器 多态存储系统 客户端访问 ODBC, JDBC, OLEDB, etc. 核心MPP 架构 并行数据流引擎 高速软数据交换机制 MPP Scatter/Gather 流处理 在线系统扩展 任务管理 服务 加载 & 数据联邦 高速数据加载 近实时数据加载 任意系统数据访问 存储 & 数据访问 混合存储引擎（行存&列存） Ÿ 支持高效更新和删除 Ÿ AO 主要为插入而优化 表‘SALES’ 11月 列存储 行存储 7月 一年前 二年前 外部表 Ÿ 历史数据和不常访问的数 据存储在 HDFS 或者其他 外部系统中 Ÿ 无缝查询所有数据 Ÿ Text, CSV, Binary, Avro, Parquet 格式 6月 5月 10月 9月 8月 用户自定义数据存储格式 14 Pivotal Confidential–Inter

Greenplum的MPP架构 Ø 分布式优化器: Postgres planner 和 ORCA Ø 分布式事务和执行 Ø Greenplum存储 Ø Greenplum生态 Ø Greenplum 7 Confidential │ ©2022 VMware, Inc. 3 Greenplum简介：什么是Greenplum? 基于PostgreSQL、开源、分布式MPP、ACID完备、为OLAP优化的关系型数据仓库。 Confidential │ ©2022 VMware, Inc. 7 执行架构 Interconnect Client Ø Coordinator: q 管理其它节点 q 生成分布式计划 q 下发计划和汇总结果 q 管理分布式事务 Ø Segments: q 存储数据，share-nothing q 产生计算进程 Ø Libpq：控制信道 Ø Interconnect: 数据交换信道 Confidential (WAL replication) Ø 自动灾难恢复 (FTS，主备切换) Confidential │ ©2022 VMware, Inc. 9 分布式优化器：OLAP Ø OLTP系统的SQL语句相对简单（CURD） Ø OLAP系统的SQL语句就复杂得多（OLTP则尽量避免） q Join 很复杂(多表, outer join, lateral…) q 子查询、子链接 q 聚集

..................................................................................... - 19 - 第二章：分布式数据库概念 ............................................................................................. .......................................................................................... - 95 - 系统模式 ................................................................................................ ..................................................................................... - 269 - 安装操作系统 ..................................................................................................

3800G(SSD) 选择数据仓库类型：Greenplum 是 EMC 开源的数据仓库产品、Udpg 是基于 PostgreSQL 开发的⼤规模并⾏、完全托管的 PB 级数据仓库服务。 选择节点个数：UDW 是分布式架构、所有节点数据都是双机热备,实际可⽤总容量略⼩于节点个数*节点磁盘⼤⼩/2，请根据实际数据⼤⼩选择合适的节点。 3.设置数据仓库信息 必选项有数据仓库名称、DB管理员⽤⼾名、管理员密码。可选项有默认DB UDW Copyright © 2012-2021 UCloud 优刻得 16/206 如上图所⽰客⼾端访问管理，提供了客⼾端下载和数据加载⼯具和⽂档的下载。 JDBC连接 连接 Linux操作系统 快速上⼿ Greenplum数据仓库 UDW Copyright © 2012-2021 UCloud 优刻得 17/206 yum install postgresql-jdbc.noarch exit(0); } } } 快速上⼿ Greenplum数据仓库 UDW Copyright © 2012-2021 UCloud 优刻得 20/206 ODBC⽅式连接 ⽅式连接 Linux操作系统：CentOS 6.5 64位 1. 安装 postgresql odbc驱动 # yum install postgresql-odbc.x86_64 -y 2. 编辑/etc/odbcinst

Greenplum 6: 混合负载的理想数据平台 高小明 全球领先的开源MPP大数据平台 可扩展性 ACID事务 VS 分布式 简单易用 VS 结构化 半结构非结构化 VS 事务型 分析型 VS MPP - massively parallel processing - 大规模并行处理 master standby primary 分区、压缩 高级特性 递归查询、窗口函数 集成分析 多格式、多语言 Madlib: 机器学习 数据库内并行模型训练和预测、分类 ORCA 复杂查询优化器 成熟稳定 完备生态、支撑核心生产系统 13 Pivotal Confidential–Internal Use Only 列式存储 表‘SALES’ 表‘SALES’ ■ 更适合压缩 ■ 查询部分列时速度快 ■ 不同列可以使用不同压缩方式 Elimination 03 动态分区裁剪 公共表达式的下推 高效处理相关子查询 超过8年的投资，多位博士的长期贡献 基于Cascades / Volcano框架, Goetz Graefe 优化分布式大数据系统中特别复杂的查询 18 Madlib: 迭代并行模型训练 Master model = init(…) WHILE model not converged model =

Vertica Eon Mode ● 容器化数据库+Kubernetes ○ Apache Spark ○ CockroachDB ○ Apache HAWQ 云数据库存储方案 ● 块存储 ○ 文件系统接口 ● 对象存储 ○ 成本低 ○ 扩展性强 ○ 访问延迟高 Greenplum on Kubernetes Network Interconnect Standby Host Master Segment部署策略 ● 容器化Greenplum运维管理 ○ 故障检测及恢复 ○ 升级扩容 ● 容器化Greenplum存储管理 ○ 容器本地存储易失性 ○ 容器外部存储关联性 容器化分布式应用程序公共问题 容器网络管理 容器资源管理 容器镜像管理 容器调度 容器监控及自 定义操作 容器存储管理 容器化Greenplum ● 容器粒度 ○ Segment主机 VS. Segment实例 通过PVC申请PV存储资源 ● StatefulSet ○ Pod网络地址不变 ○ Pod与PV映射关系不变 Kubernetes 网络资源 Service ● Service ○ 定义统一网络地址 ○ 分布式应用程序路由映射 ○ 负载均衡器 Greenplum on Kubernetes Network Interconnect Standby Pod Master Pod Segment Pod