GreenPlum列存解密

GreenPlum支持列式存储。叫做AOCO表。那么AOCO列存是如何管理列存文件？如何实现MVCC？是否支持索引，若支持如何实现的呢？下面我们介绍下AOCO的实现机制。

1、存储结构

如上图所示，列存每一列单独存储一个文件。上面一个表有4个字段，那么对应分别存储在relfilenode.1，relfilenode.129,relfilenode.257,relfilenode.385文件中。其中relfilenode为该表的文件OID，若没进行过truncate、vacuum等操作，和表的OID相同。该值可以从pg_class系统表中查询到。上述文件，存储在segment上，master节点仅存储与数据无关的元数据信息。

列存文件里也是以block为单位，一个block最大值的范围是8KB--2MB（默认32KB）。创建表时可以指定：

create table t(id1 int,id2 int,id3 int) with (appendonly=true, orientation = column, blocksize=65536) distributed by(id1);

也可以在列上指定，此时列上的限制会覆盖with中的限制：

create table t(
    id1 int encoding (blocksize = 65536),
    id2 int,
    id3 int
)with(appendonly=true,orientation=column,blocksize=65536) distributed by(id1);

2、并发

AOCO列存一列独立存储，每列最多128个文件，不同列值不会同时存储到同一个文件。比如并发操作第一列时，会话1使用filenode.1，会话2使用filenode.2。当会话1和会话2都结束后，再进行插入时，会轮流项filenode.1和filenode.2中插入，保持2个文件均衡。

当存在单列多个文件时，查询按照文件依次扫描，不会按照插入的顺序输出。

3、可见性

列存的可见性信息没有和列值存在一起，而是由一个辅助表管理。该辅助表为pg_aovisimap_OID，其中OID为表的OID。创建列存表后，会自动创建该表，另外还会自动创建辅助表的索引表pg_aovisimap_OID_index。pg_aovisimap_OID表有3个字段：

1)segno:文件ID，从1开始，并发使用

2)first_row_no：可见性map表开始的行号

3)visimap:bitmap，存储可见性信息

新创建的表，没有进行过更新、删除。那么pg_aovisimap_OID表里面没有数据，对应文件为空。当进行了更新或删除后，才会有数据。并且，仅存储被操作过的数据的可见性，以及和被操作数据在一个map内的行的可见性。一般情况下，32768行作为一个单位，存储在一个bitmap。没有被操作过，且不和其他操作过的在一个map里的行，其可见性不会体现在这个bitmap中，因为他就是可见的。

4、rownum

对于heap表，tupleid决定了每个记录的位置（记录在文件中的偏移）。AOCO表因为数据是压缩的，无法确定在文件中的偏移，因此引入了rownum。每个记录都有一个rownum且单调递增。通过和segno一起存储在AOTupleId中。AOTupleId和heap的ItemPointer结构用的是一个：

typedef struct ItemPointerData
{
  BlockIdData ip_blkid;//块号
  OffsetNumber ip_posid;//块内偏移
}

typedef struct BlockIdData
{
  uint16    bi_hi;
  uint16    bi_lo;
} BlockIdData;
typedef uint16 OffsetNumber;

所以ItemPointerData是3个uint16的空间。而AOTupleId：

typedef struct AOTupleId
{
  uint16    bytes_0_1;
  uint16    bytes_2_3;
  uint16    bytes_4_5;
} AOTupleId;

其0-6位存储segno;紧接着7-15及bytes_2_3和bytes_4_5的低15位一起来表示rownum。

5、MVCC

列存文件中不包含MVCC信息（xmin,xmax）。为实现MVCC，又引入一个辅助表pg_aoseg_OID。该表的vpinfo中存有重要信息，eof为实际情况下结束位置。辅助表是heap表，MVCC其实通过heap表的MVCC机制加上eof来实现。

6、索引

列存支持索引，但是非唯一索引。索引也是通过一个辅助表来完成。创建索引后会自动创建pg_aoblkdir_OID表及其索引pg_aoblkdir_OID_index。pg_aoblkdir_OID中有字段：

segno:文件号

1)columngroup_no:列号

2)first_row_no:行号

3)minipage:存储每个block的偏移。用于快速定位到列存文件中数据的位置。

注：

上述引入的辅助表都在pg_aoseg下。

7、总结

1、pg_aoseg_oid存储列存文件的结束信息，从而结合heap表的MVCC来实现列存的MVCC和事务隔离。

2、pg_aoblkdir_oid创建索引的时候生成，根据rownum行号查找数据block的偏移。列存的索引其实仍旧是btree。通过btree根据key找到其segno+rownum。然后通过segno+rownum从该辅助表找到位于哪个minipage，定位到minipage后，从里面找rownum对应的block号及偏移。

3、保持列数据的可见性，也是根据rownum来定位位于哪个vismap区，然后再从该bitmap中查看对应的位是否为1。