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PolarDB PostgreSQL版（兼容Oracle）支持使用跨機(jī)并行查詢功能進(jìn)行分析型查詢，實現(xiàn)一定的HTAP能力。本文介紹如何使用跨機(jī)并行查詢，提升分析型查詢的性能。

原理介紹

當(dāng)一條查詢請求在查詢協(xié)調(diào)節(jié)點上被執(zhí)行跨機(jī)并行查詢時，該查詢產(chǎn)生的執(zhí)行計劃會被分片路由至各個執(zhí)行節(jié)點，每個執(zhí)行節(jié)點將會執(zhí)行各自的分片計劃，并將分片的查詢結(jié)果匯總至查詢協(xié)調(diào)節(jié)點。可以稱查詢協(xié)調(diào)節(jié)點為QC（Query Coordinator）節(jié)點，稱分片計劃的執(zhí)行節(jié)點為PX（Parallel Execution）節(jié)點。

如上圖所示，RO1為QC節(jié)點，它接收了一條查詢輸入請求，并將查詢計劃分片路由至RO2、RO3、RO4三個PX節(jié)點。每個PX節(jié)點將會針對各自接收到的分片計劃，最終從PolarFS共享存儲上讀取到各自所需的數(shù)據(jù)塊，由執(zhí)行節(jié)點執(zhí)行完成相應(yīng)的分片計劃，并將執(zhí)行結(jié)果返回為QC節(jié)點，QC節(jié)點匯總后返回查詢結(jié)果。

注意事項

由于跨機(jī)并行查詢功能需使用多個只讀節(jié)點資源，因此只適用于低頻次的分析型查詢。

細(xì)粒度使用方式

使用跨機(jī)并行查詢可以通過以下三種粒度進(jìn)行分析型查詢：

系統(tǒng)粒度：通過參數(shù)控制所有session所有查詢是否開啟跨機(jī)并行查詢。
會話粒度：通過alter session或session級別的GUC參數(shù)控制當(dāng)前session是否開啟跨機(jī)并行查詢。
查詢粒度：通過hint指定具體查詢是否開啟跨機(jī)并行查詢。

參數(shù)說明

默認(rèn)情況下，PolarDB PostgreSQL版（兼容Oracle）不開啟跨機(jī)并行查詢功能。若您需要使用此功能，請使用如下參數(shù)：


參數(shù)	說明
polar_cluster_map	用于查詢當(dāng)前PolarDB PostgreSQL版（兼容Oracle）所有只讀節(jié)點的名稱。該參數(shù)不可配置。當(dāng)您新增一個只讀節(jié)點時，該參數(shù)會進(jìn)行更新。說明只有內(nèi)核小版本（V1.1.20）（發(fā)布時間：2022年1月）之前創(chuàng)建的集群才包含該參數(shù)。
polar_px_nodes	指定參與跨機(jī)并行查詢的只讀節(jié)點。默認(rèn)為空，表示所有只讀節(jié)點都參與。可配置為指定節(jié)點參與跨機(jī)并行查詢，以逗號分隔。例如： `SHOW polar_px_nodes ; polar_px_nodes ---------------- (1 row)` `SET polar_px_nodes='node1,node2';` `SHOW polar_px_nodes ; polar_px_nodes ---------------- node1,node2 (1 row)`
polar_px_enable_replay_wait	PolarDB PostgreSQL版（兼容Oracle）的主節(jié)點與只讀節(jié)點存在一定程度的延遲，當(dāng)主節(jié)點執(zhí)行DDL語句（例如CREATE TABLE），只讀節(jié)點需要耗時回放該DDL日志后才可見新創(chuàng)建的表。當(dāng)設(shè)置`polar_px_enable_replay_wait`為on后，跨機(jī)并行查詢啟用強(qiáng)一致性，當(dāng)前發(fā)起的跨機(jī)并行查詢請求路由到只讀節(jié)點上執(zhí)行時，需要只讀節(jié)點回放到該查詢請求前最近的一條日志后，才會執(zhí)行查詢請求。該參數(shù)默認(rèn)為off，即關(guān)閉強(qiáng)一致性，在數(shù)據(jù)庫主備日志延遲較高時，不保證只讀節(jié)點可以讀到最近的DDL記錄。您可配置`polar_px_enable_replay_wait`為on，表示啟用強(qiáng)一致性，但是跨機(jī)并行查詢會損失一定程度的性能。該參數(shù)可以指定數(shù)據(jù)庫角色進(jìn)行開啟。
polar_px_max_workers_number	設(shè)置單個節(jié)點上的最大跨機(jī)并行查詢workers進(jìn)程數(shù)，默認(rèn)為30。該參數(shù)限制了單個節(jié)點上的最大并發(fā)度，節(jié)點上所有會話的跨機(jī)并行查詢workers進(jìn)程數(shù)不能超過該參數(shù)大小。
polar_enable_px	指定是否開啟跨機(jī)并行查詢功能。默認(rèn)為off，即不開啟。
polar_px_dop_per_node	設(shè)置當(dāng)前會話并行查詢的并行度，默認(rèn)為1，推薦值為當(dāng)前CPU總核數(shù)。若設(shè)置該參數(shù)為N，則一個會話在每個節(jié)點上將會啟用N個px workers進(jìn)程，用于處理當(dāng)前的跨機(jī)并行查詢邏輯。
px_workers	指定跨機(jī)并行查詢是否對特定表生效。默認(rèn)不生效。跨機(jī)并行查詢功能比較消耗計算節(jié)點集群資源，因此只有對設(shè)置了px_workers的表才使用該功能。例如： `--表示t1表允許跨機(jī)并行查詢 ALTER TABLE t1 SET(px_workers=1); --表示t1表禁止跨機(jī)并行查詢 ALTER TABLE t1 SET(px_workers=-1); --表示t1表忽略跨機(jī)并行查詢, 默認(rèn)狀態(tài) ALTER TABLE t1 SET(px_workers=0);`
synchronous_commit	WAL相關(guān)配置參數(shù)，指定當(dāng)數(shù)據(jù)庫提交事務(wù)時是否需要等待WAL日志寫入硬盤后才向客戶端返回成功。取值如下： off：不需要等待WAL日志寫入硬盤后才向客戶端返回成功。可以使用off、0、false或者no代替。 on：默認(rèn)值，需要等待WAL日志寫入硬盤后才向客戶端返回成功。可以使用on、true、yes或者1代替。 local：WAL記錄寫入并刷寫到本地磁盤。 remote_write：WAL記錄成功發(fā)送給備機(jī)，遠(yuǎn)程備機(jī)確認(rèn)寫入。 remote_apply：直到備機(jī)接收到的事務(wù)回放，才返回主機(jī)確認(rèn)可以提交。說明 PX下參數(shù)需要設(shè)置為on。

示例

本示例以簡單的單表查詢操作，來描述跨機(jī)并行查詢的功能是否有效。

示例背景：

執(zhí)行如下命令，創(chuàng)建test表并插入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

CREATE TABLE test(id int);
INSERT INTO test SELECT generate_series(1,1000000);
EXPLAIN SELECT * FROM test;

默認(rèn)情況下跨機(jī)并行查詢功能是不開啟的，單表查詢執(zhí)行計劃為原生的Seq Scan，結(jié)果如下所示。

                       QUERY PLAN
--------------------------------------------------------
 Seq Scan on test  (cost=0.00..35.50 rows=2550 width=4)
(1 row)

通過以下步驟，開啟并使用跨機(jī)并行查詢功能：

對test表啟用跨機(jī)并行查詢功能。

ALTER TABLE test SET (px_workers=1);
SET polar_enable_px=on;
EXPLAIN SELECT * FROM test;

查詢結(jié)果如下：

                                  QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------------
 PX Coordinator 2:1  (slice1; segments: 2)  (cost=0.00..431.00 rows=1 width=4)
   ->  Seq Scan on test (scan partial)  (cost=0.00..431.00 rows=1 width=4)
 Optimizer: PolarDB PX Optimizer
(3 rows)

查詢當(dāng)前所有只讀節(jié)點的名稱。
查詢命令如下：
```
SHOW polar_cluster_map;
```
查詢結(jié)果如下：
```
 polar_cluster_map
-------------------
 node1,node2,node3
(1 row)
```
可得出當(dāng)前集群有3個只讀節(jié)點，名稱分別為：node1，node2和node3。
指定node1和node2只讀節(jié)點參與跨機(jī)并行查詢。
命令如下：
```
SET polar_px_nodes='node1,node2';
```
查詢參與并行查詢的節(jié)點：
```
SHOW polar_px_nodes ;
```
查詢結(jié)果如下：
```
 polar_px_nodes
----------------
 node1,node2
(1 row)
```

性能數(shù)據(jù)

在5個只讀節(jié)點的情況下，測試的性能數(shù)據(jù)如下：

在SELECT COUNT(*)掃表的場景下，跨機(jī)并行查詢比單機(jī)并行查詢加速60倍。
在TPC-H場景下，跨機(jī)并行查詢比單機(jī)并行查詢加速30倍。
說明此處的TPC-H場景是基于TPC-H的基準(zhǔn)測試，并不能與已發(fā)布的TPC-H基準(zhǔn)測試結(jié)果相比較，此處提及的測試結(jié)果并不符合TPC-H基準(zhǔn)測試的所有要求。

細(xì)粒度使用跨機(jī)并行查詢

各個粒度下如何使用跨機(jī)并行查詢進(jìn)行分析型查詢?nèi)缦滤荆?/p>

系統(tǒng)粒度控制

系統(tǒng)粒度控制主要通過設(shè)置全局guc參數(shù)控制開啟跨機(jī)并行查詢，指定并行度。

示例

postgres=# alter system set polar_enable_px=1;
ALTER SYSTEM
postgres=# alter system set polar_px_dop_per_node=1;
ALTER SYSTEM
postgres=# select pg_reload_conf();
 pg_reload_conf
----------------
 t
(1 row)
postgres=# \c postgres
You are now connected to database "postgres" as user "postgres".

postgres=# drop table if exists t1;
DROP TABLE
postgres=# select id into t1 from generate_series(1, 1000) as id order by id desc;
SELECT 1000
postgres=# alter table t1 set (px_workers=1);
ALTER TABLE
postgres=# explain (verbose, costs off)   select * from t1 where id < 10;
                QUERY PLAN
-------------------------------------------
 PX Coordinator 2:1  (slice1; segments: 2)
   Output: id
   ->  Partial Seq Scan on public.t1
         Output: id
         Filter: (t1.id < 10)
 Optimizer: PolarDB PX Optimizer
(6 rows)

會話粒度控制

會話粒度控制可以通過ALTER SESSION語法，也可以通過session級別的GUC參數(shù)控制。

ALTER SESSION語法

ALTER SESSION ENABLE PARALLEL QUERY
ALTER SESSION DISABLE PARALLEL QUERY
ALTER SESSION FORCE PARALLEL QUERY [PARALLEL integer]

說明

ALTER SESSION ENABLE PARALLEL QUERY表示當(dāng)前session允許通過hint或者并行語法來開啟并行查詢。
ALTER SESSION DISABLE PARALLEL QUERY表示當(dāng)前session只能串行執(zhí)行查詢，不能并行查詢，指定hint或者并行語法也無效。
ALTER SESSION FORCE PARALLEL QUERY [PARALLEL integer]表示強(qiáng)制當(dāng)前session開啟并行執(zhí)行，并行度為PARALLEL integer，如果后者沒有指定，則使用數(shù)據(jù)庫默認(rèn)并行度polar_px_dop_per_node參數(shù)值。
實際并行度優(yōu)先級為：hint指定 > FORCE PARALLEL指定 > polar_px_dop_per_node指定。

ALTER SESSION命令會更改跨機(jī)并行查詢的配置參數(shù)，僅影響當(dāng)前會話，會話重連后會重置，默認(rèn)值enable。

示例

--enable
postgres=# set polar_enable_px = false;
SET
postgres=# set polar_px_enable_hint = true;
SET
postgres=# alter session enable parallel query;
ALTER SESSION

postgres=# explain (verbose, costs off)   select /*+ PARALLEL(4)*/ * from t1 where id < 10;
INFO:  [HINTS] PX PARALLEL(4) accepted.
                QUERY PLAN
-------------------------------------------
 PX Coordinator 8:1  (slice1; segments: 8)
   Output: id
   ->  Partial Seq Scan on public.t1
         Output: id
         Filter: (t1.id < 10)
 Optimizer: PolarDB PX Optimizer
(6 rows)

--disable
postgres=# set polar_enable_px = false;
SET
postgres=# set polar_px_enable_hint = true;
SET
postgres=# alter session disable parallel query;
ALTER SESSION

postgres=# explain (verbose, costs off)   select /*+ PARALLEL(4)*/ * from t1 where id < 10;
       QUERY PLAN
------------------------
 Seq Scan on public.t1
   Output: id
   Filter: (t1.id < 10)
(3 rows)

--force
postgres=# set polar_enable_px = false;
SET
postgres=# set polar_px_enable_hint = false;
SET
postgres=# alter session force parallel query;
ALTER SESSION

postgres=# explain (verbose, costs off)   select * from t1 where id < 10;
           QUERY PLAN
-------------------------------------------
 PX Coordinator 2:1  (slice1; segments: 2)
   Output: id
   ->  Partial Seq Scan on public.t1
         Output: id
         Filter: (t1.id < 10)
 Optimizer: PolarDB PX Optimizer
(6 rows)

postgres=# alter session force parallel query parallel 2;
ALTER SESSION
postgres=# explain (verbose, costs off)   select * from t1 where id < 10;
                QUERY PLAN
-------------------------------------------
 PX Coordinator 4:1  (slice1; segments: 4)
   Output: id
   ->  Partial Seq Scan on public.t1
         Output: id
         Filter: (t1.id < 10)
 Optimizer: PolarDB PX Optimizer
(6 rows)

GUC參數(shù)控制

GUC參數(shù)本身具有系統(tǒng)粒度屬性和會話粒度屬性，因此也可以實現(xiàn)會話粒度控制。

示例

postgres=# set polar_enable_px = true;
SET
postgres=# set polar_px_dop_per_node = 1;
SET
postgres=# explain (verbose, costs off)   select * from t1 where id < 10;
                QUERY PLAN
-------------------------------------------
 PX Coordinator 2:1  (slice1; segments: 2)
   Output: id
   ->  Partial Seq Scan on public.t1
         Output: id
         Filter: (t1.id < 10)
 Optimizer: PolarDB PX Optimizer
(6 rows)

查詢粒度控制

查詢粒度控制主要是通過sql hint指定當(dāng)前sql查詢是否開啟跨機(jī)并行，以及并行度設(shè)置。具體Hint語法如下所示：

/*+ PARALLEL(DEFAULT) */
/*+ PARALLEL(integer) */
/*+ NO_PARALLEL(tablename) */

說明

PARALLEL(DEFAULT)表示指定使用跨機(jī)并行查詢，采用系統(tǒng)默認(rèn)polar_px_dop_per_node并行度配置。
PARALLEL(integer)表示指定使用跨機(jī)并行查詢，采用指定的integer并行度配置。
NO_PARALLEL(tablename)表示指定表不能使用跨機(jī)并行查詢，整個查詢中如果包含這張表，則整個查詢也不能使用并行查詢。
與Oracle兼容，當(dāng)parallel hint混用時，存在以下注意事項：
- 多個hint塊時，/*+.A.*/ /*+.B.*/ /*+.C.*/，只有第一個hint塊生效。
- 單個hint塊中多個parallel hint并用時，/*+ parallel(A) parallel(B)*/，如果AB的dop值不相等，則AB的hint作用沖突，所有parallel hint失效；如果AB值相等，則其中一個生效。
- 單個hint塊中parallel/no_parallel hint并用時，/*+ parallel(A) no_parallel(t1)*/，則no_parallel的hint失效。
當(dāng)前并行查詢只支持parallel/no_parallel hint，暫不支持其他hint。
查詢粒度的跨機(jī)并行查詢是否開啟，由GUC參數(shù)polar_px_enable_hint控制，默認(rèn)為false。

示例

postgres=# set polar_enable_px = false;
SET
postgres=# set polar_px_dop_per_node = 1;
SET
postgres=# set polar_px_enable_hint = true;
SET
postgres=# explain (verbose, costs off)   select * from t1 where id < 10;
       QUERY PLAN
------------------------
 Seq Scan on public.t1
   Output: id
   Filter: (t1.id < 10)
(3 rows)

postgres=# explain (verbose, costs off)   select /*+ PARALLEL(DEFAULT) */ * from t1 where id < 10;
                QUERY PLAN
-------------------------------------------
 PX Coordinator 2:1  (slice1; segments: 2)
   Output: id
   ->  Partial Seq Scan on public.t1
         Output: id
         Filter: (t1.id < 10)
 Optimizer: PolarDB PX Optimizer
(6 rows)

postgres=# explain (verbose, costs off)   select /*+ PARALLEL(4) */ * from t1 where id < 10;
                QUERY PLAN
-------------------------------------------
 PX Coordinator 8:1  (slice1; segments: 8)
   Output: id
   ->  Partial Seq Scan on public.t1
         Output: id
         Filter: (t1.id < 10)
 Optimizer: PolarDB PX Optimizer
(6 rows)

postgres=# explain (verbose, costs off)   select /*+ PARALLEL(0) */ * from t1 where id < 10;
       QUERY PLAN
------------------------
 Seq Scan on public.t1
   Output: id
   Filter: (t1.id < 10)
(3 rows)

postgres=# explain (verbose, costs off)   select /*+ NO_PARALLEL(t1) */ * from t1 where id < 10;
       QUERY PLAN
------------------------
 Seq Scan on public.t1
   Output: id
   Filter: (t1.id < 10)
(3 rows)

各粒度組合效果

三種粒度相互組合時，實際結(jié)果按照以下規(guī)則：


系統(tǒng)粒度		會話粒度	查詢粒度	實際結(jié)果
polar_enable_px=on	polar_px_dop_per_node=X	enable	不指定hint	并行，并行度X
polar_enable_px=on	polar_px_dop_per_node=X	enable	PARALLEL(Y)	并行，并行度Y
polar_enable_px=on	polar_px_dop_per_node=X	enable	NO_PARALLEL	不并行
polar_enable_px=on	polar_px_dop_per_node=X	disable	不指定hint	不并行
polar_enable_px=on	polar_px_dop_per_node=X	disable	PARALLEL(Y)	不并行
polar_enable_px=on	polar_px_dop_per_node=X	disable	NO_PARALLEL	不并行
polar_enable_px=on	polar_px_dop_per_node=X	FORCE PARALLEL Z	不指定hint	并行，并行度Z
polar_enable_px=on	polar_px_dop_per_node=X	FORCE PARALLEL Z	PARALLEL(Y)	并行，并行度Y
polar_enable_px=on	polar_px_dop_per_node=X	FORCE PARALLEL Z	NO_PARALLEL	不并行
polar_enable_px=off	polar_px_dop_per_node=X	enable	不指定hint	不并行
polar_enable_px=off	polar_px_dop_per_node=X	enable	PARALLEL(Y)	并行, 并行度Y
polar_enable_px=off	polar_px_dop_per_node=X	enable	NO_PARALLEL	不并行
polar_enable_px=off	polar_px_dop_per_node=X	disable	不指定hint	不并行
polar_enable_px=off	polar_px_dop_per_node=X	disable	PARALLEL(Y)	不并行
polar_enable_px=off	polar_px_dop_per_node=X	disable	NO_PARALLEL	不并行
polar_enable_px=off	polar_px_dop_per_node=X	FORCE PARALLEL Z	不指定hint	并行，并行度Z
polar_enable_px=off	polar_px_dop_per_node=X	FORCE PARALLEL Z	PARALLEL(Y)	并行，并行度Y
polar_enable_px=off	polar_px_dop_per_node=X	FORCE PARALLEL Z	NO_PARALLEL	不并行

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