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 中文社区 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 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 │

Greenplum中文社区 https://cn.greenplum.org 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 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 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 事务的实现原理和Write Ahead Log（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 22 分布式事务 ● 分布式事务，分布式环境下的事务， 是一个典型的嵌套式事务，一个事务 由多个工作节点的子事务组成。 ● 必须保证参与分布式事务的各个场地 （节点）的事务，要么全部提交，要么 全部rollback，不能出现部分提交的情

.................................................................................... - 19 - 第二章：分布式数据库概念 .............................................................................................. ....................................................................................... - 373 - 数据模型 .................................................................................................. 如下图所示，这是一种混合配对镜像模式，将一群数量为偶数的机器，分为两组， 每台机器的镜像分散在对面组的机器上。关于如何选择镜像模式，以及如何分散镜像关 系，可以根据用户的实际需求进行评估和实施。 目前，编者的一键式集群配置安装初始化命令已经内置了两种镜像模式，分别为 RING 和 PAIR。RING 是一种带有环状关系的镜像模式，典型的特征是，一组机器形成 对等的环，环上的每台机器，其对应的 Mirror 会散落在后面的一台或者多台机器上，

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 Confidential–Internal Use Only 卓越的OLAP特性 列式存储 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’ 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 = SELECT model.aggregation(…) FROM data table ENDWHILE 模型存储过程 … 广播

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 1 1 16-11-22 下午3:38 2 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。 MapReduce 计算框架还是 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

如上图，我们可以认为 Greenplum（后简称 GP） 就是很多个 PostgreSQL 实例所组成的集群。GP 对外提供统⼀的数据接⼝，并帮助⽤户⾃动完成数据分⽚、并⾏ 查询与聚合等诸多分布式数据库功能 GP 是⼀种典型的 Master-Segment 架构，⼀个 GP 集群通常由⼀个 Master 节点、⼀个 Standby Master 节点以及多个 Segment 节点所组成 有何区别? 在 Master-Slave 模型下，Master 和 Slave 拥有相同的数据，并且 Master 是存储和处理数据的唯⼀⼊⼝，Slave 仅复制 Master 的 数据。⽐如 MySQL 的主从模型、Redis 的主从模型 在 Master-Segment 模型下，⾸先 Master 节点不存储数据，其次就是数据将会以分⽚的⽅式存储在多个 Segment 节点中。这⾥可以 节点中。这⾥可以 类⽐ Redis Cluster，只不过 Redis Cluster 是去中⼼化的。在 Master-Segment 模型中通常也会包含 Master-Slave 模型，也就是增 加数据副本，以实现⾼可⽤ 简单地来说，Master-Slave 主要进⾏数据复制（冗余），⽽ Master-Segment 则会同时进⾏数据分区（⽔平扩展）和复制（冗余） 分区与分⽚ 在项⽬初期，我们使⽤⼀张表

76 76 79 81 82 90 92 101 102 103 104 106 128 访问 访问UDW数据仓库 数据仓库 1 客⼾端⼯具访问UDW 2 图形界⾯的⽅式访问UDW 数据导⼊ 数据导⼊ insert加载数据 copy加载数据 外部表并⾏加载数据 从hdfs加载数据 从mysql中导⼊数据 从oracle中导⼊数据 从ufile加载数据 Copyright © 2012-2021 UCloud 优刻得 7/206 1. Client：访问 UDW 的客⼾端 ⽀持通过 JDBC、ODBC、PHP、Python、命令⾏ Sql 等⽅式访问 UDW 2. Master Node：访问 UDW 数据仓库的⼊⼝ 接收客⼾端的连接请求 负责权限认证 处理 SQL 命令 调度分发执⾏计划 汇总 Segment 的执⾏结果并将结果返回给客⼾端 击“创建数据仓库”。 快速上⼿ Greenplum数据仓库 UDW Copyright © 2012-2021 UCloud 优刻得 10/206 2.选择计算节点机型、计算节点数量以及付费⽅式。 其中可选的机型配置有： 机型 机型 名称 名称 配置 配置 存储密集型 ds1.large 4核 24G 2000G(SATA) 存储密集型 ds1.6xlarge 24核 144G 12000G(SATA)

不仅可以作为全能的分析化平台，也能满足交易型业 务场景，能够处理多种并发混合工作负载，专为满足在多结构数据环境中进行实时分析的需求而设计。 欧拉开源操作系统是一款面向数字基础设施的操作系统，支持服务器、云计算、边缘计算、嵌入式等应用场景，支持多 样性计算，致力于提供安全、稳定、易用的操作系统。 Greenplum 与欧拉开源社区强强联手，不仅是双方业务用户所期盼的，同时也是 Greenplum 社区与对中国本地开源社 5 白皮书 | 5 欧拉开源操作系统 欧拉开源操作系统（openEuler, 简称“欧拉”）从服务器操作系统正式升级为面向数字基础设施的操作系统，支持服务 器、云计算、边缘计算、嵌入式等应用场景，支持多样性计算，致力于提供安全、稳定、易用的操作系统。通过为应用 提供确定性保障能力，支持 OT 领域应用及 OT 与 ICT 的融合。 欧拉开源社区通过开放的社区形式与全球的 openEuler 社区面向场景化的 SIG 不断组建，推动 openEuler 应用边界从最初的服务器场景，逐步拓展到云计算、边 缘计算、嵌入式等更多场景。openEuler 正成为覆盖全场景的操作系统，将发布面向边缘计算的版本 openEuler 21.09 Edge、面向嵌入式的版本 openEuler 21.09 Embedded。 openEuler 希望与广大生态伙伴、用户、开发者一起，

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 数据存两份，Coordinator有standby Ø 自动同步数据 (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…)

Greenplum 大数据平台的优势 ● 一次打包到处运行的平台：部署灵活，不受限于硬件环境和平台，无论裸机、私有云、公 有云均可部署。硬件环境的普适性，提供了极大的灵活性，解放了硬件平台的制约和绑定， 从而允许客户灵活选择最适合的方案，降低未来的迁移代价，而开发、运维人员无需要学 习新的数据库处理技术，人力成本也能够大大降低。 ● 处理和分析各种数据源的数据的平台：支持各种数据源，包括 Greenplum 中文社区尤为活跃，目前约有半数的贡献来自中国开发者，社 区贡献者包括阿里云、中移动等大公司，也有诸多中小公司和数据库爱好者。 开源之后，Greenplum 把敏捷软件开发方法学引入到分布式数据库的开发中，通过使用站立会议、 回顾会议、结对编程、持续集成、测试驱动、单周迭代等敏捷方法建立了高效的快速反馈系统， 大大提高了产品的质量和客户的满意度。Greenplum 5.0 是开源之后发布的第一个稳定版本，大