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PostgreSQL 源码解读(248)- HTAB动态扩展图解#2

2023-05-31 18:24

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本节简单介绍了PostgreSQL中的HTAB如何动态扩展,这是第2部分,结合代码进行解析.

一、数据结构

struct HTAB{    //指向共享的控制信息    HASHHDR    *hctl;               //段目录    HASHSEGMENT *dir;               //哈希函数    HashValueFunc hash;             //哈希键比较函数    HashCompareFunc match;          //哈希键拷贝函数    HashCopyFunc keycopy;           //内存分配器    HashAllocFunc alloc;            //内存上下文    MemoryContext hcxt;             //表名(用于错误信息)    char       *tabname;            //如在共享内存中,则为T    bool        isshared;           //如为T,则固定大小不能扩展    bool        isfixed;                //不允许冻结共享表,因此这里会保存相关状态    bool        frozen;                 //保存这些固定值的本地拷贝,以减少冲突    //哈希键长度(以字节为单位)    Size        keysize;            //段大小,必须为2的幂    long        ssize;              //段偏移,ssize的对数    int         sshift;         };struct HASHHDR{            //#define NUM_FREELISTS           32    FreeListData freeList[NUM_FREELISTS];        //这些域字段可以改变,但不适用于分区表        //同时,就算是非分区表,共享表的dsize也不能改变    //目录大小    long        dsize;              //已分配的段大小(<= dsize)    long        nsegs;              //正在使用的最大桶ID    uint32      max_bucket;         //进入整个哈希表的模掩码    uint32      high_mask;          //进入低位哈希表的模掩码    uint32      low_mask;               //下面这些字段在哈希表创建时已固定    //哈希键大小(以字节为单位)    Size        keysize;            //所有用户元素大小(以字节为单位)    Size        entrysize;          //分区个数(2的幂),或者为0    long        num_partitions;     //目标的填充因子    long        ffactor;            //如目录是固定大小,则该值为dsize的上限值    long        max_dsize;          //段大小,必须是2的幂    long        ssize;              //段偏移,ssize的对数    int         sshift;             //一次性分配的条目个数    int         nelem_alloc;    #ifdef HASH_STATISTICS        long        accesses;    long        collisions;#endif};typedef struct{    //该空闲链表的自旋锁    slock_t     mutex;              //相关桶中的条目个数    long        nentries;           //空闲元素链    HASHELEMENT *freeList;      } FreeListData;typedef struct HASHELEMENT{    //链接到相同桶中的下一个条目    struct HASHELEMENT *link;       //该条目的哈希函数结果    uint32      hashvalue;      } HASHELEMENT;//哈希表头部结构,非透明类型,用于dynahash.ctypedef struct HASHHDR HASHHDR;//哈希表控制结构,非透明类型,用于dynahash.ctypedef struct HTAB HTAB;//hash_create使用的参数数据结构//根据hash_flags标记设置相应的字段typedef struct HASHCTL{    //分区个数(必须是2的幂)    long        num_partitions;     //段大小    long        ssize;              //初始化目录大小    long        dsize;              //dsize上限    long        max_dsize;          //填充因子    long        ffactor;            //哈希键大小(字节为单位)    Size        keysize;            //参见上述数据结构注释    Size        entrysize;          //    HashValueFunc hash;             HashCompareFunc match;          HashCopyFunc keycopy;           HashAllocFunc alloc;            MemoryContext hcxt;             //共享内存中的哈希头部结构地址    HASHHDR    *hctl;           } HASHCTL;//哈希桶是HASHELEMENTs链表typedef HASHELEMENT *HASHBUCKET;//hash segment是桶数组typedef HASHBUCKET *HASHSEGMENT;typedef uint32 (*HashValueFunc) (const void *key, Size keysize); typedef int (*HashCompareFunc) (const void *key1, const void *key2, Size keysize); typedef void *(*HashCopyFunc) (void *dest, const void *src, Size keysize);typedef void *(*HashAllocFunc) (Size request);

其结构如下图所示:
PostgreSQL 源码解读(248)- HTAB动态扩展图解#2

扩展后的结构如下图所示:
PostgreSQL 源码解读(248)- HTAB动态扩展图解#2

二、源码解读

主要的函数是expand_table
1.分配新桶,HTAB的最大桶数max_bucket+1
2.根据新桶号计算段号和段内编号
3.如需扩展段,则扩展(*2)
4.获取新桶号对应的原桶号,目的是为了把原桶号中的数据迁移到新桶中.新桶号和原桶号相差low_mask
5.扫描旧桶,重建旧桶元素链表,构造新桶元素链表

static boolexpand_table(HTAB *hashp){    HASHHDR    *hctl = hashp->hctl;//hash控制结构    HASHSEGMENT old_seg,//原seg                new_seg;//新seg    long        old_bucket,//原bucket                new_bucket;//新bucket    long        new_segnum,//新seg号                new_segndx;//新seg索引(segment中的编号)    long        old_segnum,//新seg号                old_segndx;//原seg索引    HASHBUCKET *oldlink,//原桶               *newlink;//新桶    HASHBUCKET  currElement,//当前元素                nextElement;//下一元素    //#define IS_PARTITIONED(hctl)  ((hctl)->num_partitions != 0)    Assert(!IS_PARTITIONED(hctl));#ifdef HASH_STATISTICS    hash_expansions++;#endif    new_bucket = hctl->max_bucket + 1;//新增加一个bucket    new_segnum = new_bucket >> hashp->sshift;//取商数    new_segndx = MOD(new_bucket, hashp->ssize);//取余数    if (new_segnum >= hctl->nsegs)    {        //扩展segment,每次扩展一倍                if (new_segnum >= hctl->dsize)            if (!dir_realloc(hashp))                return false;        if (!(hashp->dir[new_segnum] = seg_alloc(hashp)))//为新的seg对应的bucket分配空间            return false;        hctl->nsegs++;    }        //已完成创建    hctl->max_bucket++;        old_bucket = (new_bucket & hctl->low_mask);        if ((uint32) new_bucket > hctl->high_mask)    {        hctl->low_mask = hctl->high_mask;//如15->31        hctl->high_mask = (uint32) new_bucket | hctl->low_mask;//如31->63    }        old_segnum = old_bucket >> hashp->sshift;//计算原seg号    old_segndx = MOD(old_bucket, hashp->ssize);//计算原seg中的索引号    old_seg = hashp->dir[old_segnum];//旧seg    new_seg = hashp->dir[new_segnum];//新seg    oldlink = &old_seg[old_segndx];//原bucket指针    newlink = &new_seg[new_segndx];//新bucket指针    for (currElement = *oldlink;         currElement != NULL;         currElement = nextElement)//循环遍历    {        nextElement = currElement->link;        if ((long) calc_bucket(hctl, currElement->hashvalue) == old_bucket)        {            *oldlink = currElement;            oldlink = &currElement->link;//重新构造原bucket        }        else        {            *newlink = currElement;//构造新bucket            newlink = &currElement->link;        }    }        //不要忘了终止重建后的hash链    *oldlink = NULL;    *newlink = NULL;    return true;}static booldir_realloc(HTAB *hashp){    HASHSEGMENT *p;    HASHSEGMENT *old_p;    long        new_dsize;    long        old_dirsize;    long        new_dirsize;    if (hashp->hctl->max_dsize != NO_MAX_DSIZE)        return false;        new_dsize = hashp->hctl->dsize << 1;    old_dirsize = hashp->hctl->dsize * sizeof(HASHSEGMENT);    new_dirsize = new_dsize * sizeof(HASHSEGMENT);    old_p = hashp->dir;    CurrentDynaHashCxt = hashp->hcxt;    p = (HASHSEGMENT *) hashp->alloc((Size) new_dirsize);    if (p != NULL)    {        memcpy(p, old_p, old_dirsize);        MemSet(((char *) p) + old_dirsize, 0, new_dirsize - old_dirsize);        hashp->dir = p;        hashp->hctl->dsize = new_dsize;                Assert(hashp->alloc == DynaHashAlloc);        pfree(old_p);        return true;    }    return false;}static HASHSEGMENTseg_alloc(HTAB *hashp){    HASHSEGMENT segp;    CurrentDynaHashCxt = hashp->hcxt;    segp = (HASHSEGMENT) hashp->alloc(sizeof(HASHBUCKET) * hashp->ssize);    if (!segp)        return NULL;    MemSet(segp, 0, sizeof(HASHBUCKET) * hashp->ssize);    return segp;}

三、跟踪分析

测试脚本

[local:/data/run/pg12]:5120 pg12@testdb=# \d t_expand;              Table "public.t_expand" Column |  Type   | Collation | Nullable | Default --------+---------+-----------+----------+--------- id     | integer |           |          | [local:/data/run/pg12]:5120 pg12@testdb=# select count(*) from t_expand;  count  --------- 2000000(1 row)[local:/data/run/pg12]:5120 pg12@testdb=# select * from t_expand;...

启动gdb跟踪

(gdb) b hash_search_with_hash_valueBreakpoint 2 at 0xa790f2: file dynahash.c, line 925.(gdb) cContinuing.Breakpoint 2, hash_search_with_hash_value (hashp=0x224eac8, keyPtr=0x7fffed717700, hashvalue=2252448879, action=HASH_ENTER, foundPtr=0x7fffed7176ff) at dynahash.c:925925     HASHHDR    *hctl = hashp->hctl; --> hash控制结构体(gdb) n926     int         freelist_idx = FREELIST_IDX(hctl, hashvalue);--> 空闲链表(gdb) p *hctl$1 = {freeList = {{mutex = 0 '\000', nentries = 0, freeList = 0x22504d0}, {mutex = 0 '\000', nentries = 0, freeList = 0x0} <repeats 31 times>}, dsize = 256, nsegs = 1, max_bucket = 15,   high_mask = 31, low_mask = 15, keysize = 20, entrysize = 72, num_partitions = 0, ffactor = 1, max_dsize = -1, ssize = 256, sshift = 8, nelem_alloc = 46}(gdb) n949     if (action == HASH_ENTER || action == HASH_ENTER_NULL) (gdb) 956         if (!IS_PARTITIONED(hctl) && !hashp->frozen &&(gdb) 957             hctl->freeList[0].nentries / (long) (hctl->max_bucket + 1) >= hctl->ffactor && --> 判断是否需要扩展(gdb) 956         if (!IS_PARTITIONED(hctl) && !hashp->frozen &&(gdb) 965     bucket = calc_bucket(hctl, hashvalue);-->计算hash桶(gdb) stepcalc_bucket (hctl=0x224eb60, hash_val=2252448879) at dynahash.c:871871     bucket = hash_val & hctl->high_mask;-->先行与high_mask(31)进行掩码运算(gdb) n872     if (bucket > hctl->max_bucket)-->得到的结果如何比max_bucket还大,那要跟low_mask(15)进行掩码运算(gdb) p bucket$2 = 15(gdb) n875     return bucket;(gdb) l870 871     bucket = hash_val & hctl->high_mask;872     if (bucket > hctl->max_bucket)873         bucket = bucket & hctl->low_mask;874 875     return bucket;876 }877 878 (gdb) 982     keysize = hashp->keysize;   (gdb) 984     while (currBucket != NULL)(gdb) 997     if (foundPtr)(gdb) 998         *foundPtr = (bool) (currBucket != NULL);(gdb) 1003        switch (action)(gdb) 1047                if (currBucket != NULL)(gdb) 1051                if (hashp->frozen)(gdb) 1055                currBucket = get_hash_entry(hashp, freelist_idx);(gdb) 1056                if (currBucket == NULL)(gdb) 1073                *prevBucketPtr = currBucket;(gdb) 1074                currBucket->link = NULL;(gdb) 1077                currBucket->hashvalue = hashvalue;(gdb) 1078                hashp->keycopy(ELEMENTKEY(currBucket), keyPtr, keysize);(gdb) 1087                return (void *) ELEMENTKEY(currBucket);(gdb) 1093    }(gdb) hash_search (hashp=0x224eac8, keyPtr=0x7fffed717700, action=HASH_ENTER, foundPtr=0x7fffed7176ff) at dynahash.c:916916 }(gdb)

四、参考资料

N/A

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