郭峰 拓数派 云原生数据库PieCloudDB 性能优化之路 打造立足于国内 基础数据计算领域的世界级高科技创新驱动机构 杭州拓数派科技发展有限公司（又称“OpenPie”），以“Data Computing for New Discoveries”「数据计算，只为新发现」为使命， 成立后的短短10个月时间内，完成了包括头部产业基金、东吴证券、元 禾重元和政府科创平台在内的连续三轮战略融资。 PostgreSQL优化器简介 PieCloudDB优化器之分布式特性简介 PieCloudDB优化器之云原生特性简介 Q/A Contents 录 目 01 • 预处理阶段 • 通过逻辑上的等价变换，把查询树转换为更加简单高效的等式 • 分发约束条件，收集外连接信息等 • 扫描/连接优化阶段 • 主要处理扫描和连接操作 • 扫描/连接之外的优化阶段 • 主要处理除扫 以上每一步操作都会产生一个或多个路径 • 为每个路径添加LockRows, Limit, ModifyTable • 把最优路径转换为查询计划 • 对最优计划进行一些调整 02 • PieCloudDB优化器拓展了PostgreSQL优化器，使其适用于分布式架构 • 引入了Motion的概念，使得数据可以在不同的工作节点之间移动 • 利用Motion产生分布式的查询计划 • 这些分布式的查询计划会被分为更小的单元，并被分发到不同的工作节点中并行执行

分布式技术，旨在为企业提供包含实时处理、 移级扩缩容、弹性计算、集成数据分析等强大功能的云上数据存储和计算引擎，助力企业实现数据价值最大化。 pieCloudDB 为企业构建坚如般石的虚拟数仓，以云资源最优化配置实现无限数据计算可能，基于新一代数仓虚拟 化，提供云数仓智能化解决方案，助力企业建立以数据资产为核心的竞争整垒。 Openpie | PiecloudDB 基于eMPP (弹性大规模并行计算) 用以 及用户权限等功能; 2. 计算节点: 无状态节点 (包括 Coordinator 和 Executer) ，主要负责接收用户请求和数据计算，支持 动态弹性伸缩，提供数据查询 、执行计划、查询优化、数据加载、连接管理、并行计算以及资源隔离 等功能; 3. 存储节点; 存算分离架构，支持本地存储和云存储，推荐采用对象存储，提供数据压缩、数据加密、 多模存储以及多级缓存等功能; 4. 云原生平台节点: (Procedure Language) 的支持使得 PieCloudDB 可以无锋集成业内常见的提取/ 转换/加载 (ETL) 和 Bl (商业智能) 工具。企业只需安排少量的集成工作，就可以使用现有的使用标准 SQL 结构和接 口的分析工具让应用在 PieCloudDB -上 从而避免了企业受制于供应商，帮助企业在控制业务风险的同时推动创 新。 。 多维度弹性扩缩容 pieCloudDB

分布式技术，可将物理数仓整合到云原生数据 计算平台，根据数据授权动态创建虚拟数仓，按需灵活计算，打破数据孤岛，支撑更大模型所需的数据和计算。 PieCloudDB 为企业构建「坚如磐石」的虚拟数仓，以云资源最优化配置实现无限数据计算可能，基于新一代数仓虚 拟化，提供云数仓智能化解决方案，助力企业建立以数据资产为核心的竞争壁垒。 7 PieCloudDB 产品架构 PieCloudDB 整体架 计算节点： 无状态节点（包括 Coordinator 和 Executer），主要负责接收用户请求和数据计算，支持 动态弹性伸缩，提供数据查询、执行计划、查询优化、数据加载、连接管理、并行计算以及资源隔离 等功能； 3. 存储节点： 存算分离架构，支持本地存储和云存储，推荐采用对象存储，提供数据压缩、数据加密、 对SQL的全面支持和多种过程语言（Procedure Language）的支持使得 PieCloudDB 可以无缝集成业内常见的提取/ 转换/加载（ETL）和 BI（商业智能）工具。企业只需安排少量的集成工作，就可以使用现有的使用标准 SQL 结构和接 口的分析工具让应用在 PieCloudDB 上运行，从而避免了企业受制于供应商，帮助企业在控制业务风险的同时推动创 新。 PieCloudDB 采取存算分离的

在世界范围内的统计信息显示，Nosql和数据湖已经不在数据分析 领域占有主要市场 • Nosql和数据湖缺少很多支持数据分析的重要特性 o 缺少在高并发场景下的隔离性和一致性 o 和现有的BI工具很难集成 • 关系型数据库已经重新成为数据分析的主要平台 NoSQL 和数据湖已经不再是数据分析的主要平台 @2022 OpenPie. All rights reserved. OpenPie 使用数据湖为基础进行数据分析需要多个组件进行集成部署，多个 组件的配合需要大量的开发工作 • 许多缺乏 ANSI SQL 支持，需要专门的技术技能 • 专用引擎/工具（例如图形数据库）通常难以与记录系统集成，限制 了分析和创新的操作化 NoSQL和数据湖为基础的基础设施需要的分析工具不容易集成和部署 @2022 OpenPie. All rights reserved. OpenPie Confidential • OpenPie. All rights reserved. OpenPie Confidential • 全面的逻辑优化（谓词下推，子查询子链接提升，外连接消除） • 纯粹基于代价的物理优化 • 全面的数据分布特性描述，分布式代价估算，高效分布式表连接 • 多阶段的聚集 专门为复杂查询设计的优化器 分布式环境高效执行器 • 多阶段执行模型 • 流式数据重分布 @2022 OpenPie. All

重构数据存储和计算，一份存储，多引擎数据计算，全面升级大数据系统至大模型时代，使得自主可 控的大模型数据计算系统保持全球领先，成为AI的基础科技底座的同时，开启AI技术的新范式。 πDataCS旨在助力企业优化计算瓶颈、充分利用和发挥数据规模优势，构建核心技术壁垒，让大模 型技术全面赋能行业AI场景应用，助力合作伙伴成功，为企业创造更大的商业价值。 全 球 数 据 计 算 系 统 引 领 者 • 归 One），提供3种计算引擎、1种 Lakehouse引擎，1个硬件加速器，应对各种场景的计算，同时也兼容Spark、 Flink等计算任务，保留用户的使用习惯。 生态完善，支持主流的开发语言和数据科学工具，支持多模数据处理（结构化、 半结构化以及非结构化），提供标准的SQL接口和API，完成各种复杂场景的数据 处理，业务开发周期短，现存的代码基本可以无缝迁移和复用。 国内自主研发，具备社区版、 TDE技术保证了所有数据在落盘前完成加密，服务器 无感知技术（Serverless）利用云上无限计算资源和 弹性保证了虚拟数仓永远在线可用，S3存储和跨云灾 备能力保证了永不丢数。 数据计算资源按需扩缩容，实现计算资源配置最优化， 提升数仓的敏捷性和弹性，打开无限数据计算空间，支 撑更大模型所需的数据和计算。更好地赋能业务发展并 走向绿色。 降低数仓硬件和管理成本 提升数据计算资源利用效益 坚如磐石 | 高安全 高在线

与大数据领域。拥有多年数据库内核研发和配套解决方案架构经验， 在加入拓数派前曾就职于开源大数据平台Greenplum团队，担任外部 数据源访问框架，对象存储访问扩展，ETL工具等产品模块的研发， 并曾参与PostgreSQL多个版本的代码贡献，拥有丰富的存储模块核心 开发和性能优化等实践经验。 邱培峰 拓数派向量数据库负责人 拓数派：大模型数据计算系统先行者 • 拓数派（ OpenPie）是立足于国内的基础数据计算领域高科技 （filtered） P2 （filtered） 向量数据库 • 存储向量和原始实体(文字/图像/语音)及元信息，并将它们关联起来 • 对向量数据建立索引，可以实现高效近似搜索 • 配套调用接口和生态工具 • 技术路线 • 从向量搜索及索引算法实现出发，为其搭配数据库功能 • 从数据存储方案(关系型数据库/非关系型数据库)出发，为其开发向量搜索及索引算法 PieCloudVector • 基于postgres打造的数据库内核

10 月 内 核 • 聚集下推功能得到增强：通过把聚集操作下推到连接操作之前去执行，极大的减 少连接操作需要处理的数据量，使得查询性能显著提升。 • 实现了 Block Skipping 的优化机制：数据库运行查询语句时，通过计算每个块 （block）中列聚集信息，在执行期间跳过非必要的数据块，减少数据读取量提高查询性 能。 • 极速 Analyze（Smart Analyze）： PieCloudDB Vacuum 优化：在元数据层通过快速过滤不需要 vacuum 的数据，从而实现 vacuum 加速。 • 存储引擎 简墨（JANM） 异常处理的优化： 避免各种异常情况下数据残留。 • 简墨（JANM）分布式处理增强：更高效的元数据采集和分发，提升用户查询响 应时间，降低系统负载 • 简墨（JANM）动态分配读取文件增强 dispatch 性能：此优化将动态的分配要 • 原生格式存储：在 HDFS/NAS 系统上支持原生存储格式。 • 对 Orca 的支持：PieCloudDB 支持查询优化器 Orca。Orca 是一款开源的、基 于 Cascades 模型的模块化查询优化器，帮助用户对 SQL 进行优化，生成高效的查询计 划。 • 支持超大数据量字段 • 支持快速 ETL/ELT： Kafka 流数据导入支持，copy

产品已经在⼀些⾦融、医疗等⾏业开始使⽤。 关于我 • 毕业于中国科技⼤学，AI相关专业 • 毕业 1 年后到现在⼀直从事底层基础软件开发，10多年开发经验 • 领域涉及到： • 代码级/算法级/系统级性能优化 • Linux/Unix内核和系统开发、虚拟化（芯⽚KVM⽀持实现）和云计算架 构、⾼速⺴络开发（内核和应⽤层如DPDK） • 分布式系统（SQL/NoSQL/存储) • 最近 7+ 年⼀直从事开源分布式数据库开发 减轻FoundationDB集群负担 • 加速查询优化（⺴络延迟远⾼于内存延迟） • 以Postgres原⽣的元数据缓存概念为基础，优化重构实现适⽤于 多集群架构 ⽤户数据存储引擎 • PAX（⾏列混存）配以⾼效压缩 • Block⽂件为⼀个存储(MVCC)单位 • 辅助信息存储⽤于计算优化 • 设计考虑： • ⾼效和精准的统计信息收集 • 存储和计算成本 • 各种计算优化 • SIMD, Cache ⽤户数据查询效率优化 • 远程访问数据要考虑的点：性能和成本 • 如何解决？ • 数据和/或辅助信息缓存，同时⼀致性Hash减少数据移动 • 读取优化（⽐如异步并⾏等） • 计算优化（各种功能特性持续优化中） • 很多复杂OLAP查询如果不是IO瓶颈，不会受制于它 • …... 计算引擎之优化器 PieCloudDB Optimizer 是⼀个基于eMPP架构的云原⽣分布式优化器，它

Multi-Could 云上设施 • 对象存储 （数据共享，存算分离） • 兼容HDFS，NAS，本地磁盘 • 公有云，私有云，混合云 • 现代的硬件 • CPU/GPU 高速缓存访问 • 数据的局部性优化 （SIMD） • 现代存储技术 • 新硬件的使用 @2022 OpenPie. All rights reserved. OpenPie Confidential 构建新一代云原生存储引擎 @2022 OpenPie. All rights reserved. OpenPie Confidential 构建新一代云原生存储引擎 • 完备的事务 • Block文件级别的MVCC实现 • 优化器与执行器的演进 • 向量化 • 文件查询裁剪（Block Skipping） • 聚集下推扫描（PreAgg Pushdown Scan） @2022 OpenPie. All rights ， 只 为 新 发 现 04 优化器 @2022 OpenPie. All rights reserved. OpenPie Confidential PieCloudDB Optimizer 是一个基于eMPP架构的云原生分布式优化器，它 可以为海量数据集上的复杂OLAP查询提供最优的查询计划。 • 分布式优化器 • 处理复杂OLAP查询 • 云原生优化器 PieCloudDB Optimizer