Gluten和相关依赖

对Spark性能增加的一个方案,将处理密集型数据部分的逻辑,由 JVM 交给 C++处理,Gluten只是一个胶水层,本身不做太多的事情,它将Spark的物理计划转为Substrait计划,然后序列化再转发给底层的向量化引擎,如Velox、ClickHouse等。对于不支持的算子会交给原生Spark处理,这种思路跟Databricks 发表的论文Photon是很类似的

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JVM GC 介绍

基于分带的几款老 GC,Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old、CMS,以及新一代基于region划分的 G1、ZGC、ShenandoahGC,以及用于测试环境的 Epsilon,一共 10 款 GC

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BitWeaving: Fast Scans for Main Memory Data Processing

基于主内存数据库的 scan 优化,提出的技术:BitWeaving,又分为两种:BitWeaving/V 和 BitWeaving/H;BW/H 相当于是bit 级别的水平分布,将列的数据水平的分布到不同segment 中,通过亦或、以及各种位运算技术,实现了 =、!=、<、<= 的比较操作,比较完之后,每个process word 分隔符bit就会被设置为 1 或者0,然后将上下四组分别做不同的位移在 or,就能得到最终结果;BW/V 实现bit 级别的列存储,一列数据将每个数据的第一个bit存到 process word v1中,第二列存到 v2中,按照这种分布就可以实现早期裁剪,SIMD 再进一步优化,他的scan很快,但是查找需要跨多个processor word,相当于是垂直的从左往右计算,性能会 BW/H要差;而对于 VBP,其真实数据布局可以再优化,比如原先 9个processor word 一个segment,变成一个segment 3个 bit group,每个bit group 3个 processor word,这样做 cut-off的时候可以不用再加载斗鱼的processor word,节省了内存带宽,减少cache miss;从性能对比看,BW 技术在scan方面是最好的,SIMD有打包和对其开销所以效果远不如 BW,而BW 存在选择 BW/V 和 BW/H 布局的问题,也是待研究的问题

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Cache Conscious Indexing for Decision-Support in Main Memory

对于主内存 OLAP 场景,提出的针对 cache有效性的优化,如果排序数组远大于 cache line,则二分查找的 cache miss 是很严重的,基本每查找一次就有一次cache miss;T树 看起来是缓存友好的,但每次查找只有 min、max做了匹配,仍然会有很大的 cache miss,B 树虽然是面向磁盘的,但有多个子节点,一次可以做多个匹配,所以cache miss 比 T 树更好一些,hash index需要占用大量空间,当然二分的好处是不用空间;在这些基础上论文提出了针对cache line的 CSS树(Cache Sensitive Search Trees),他在排序数组基础上,增加了一个字典数组,使得整个树可以被平铺,有点像 树堆,不过它的节点有多个,个数一般跟 cache line有关,它没有子节点指针,而是用数组下标来代替,这样一个 node 内可以放更多的数据,查找起来的cache miss就会小很多;值得注意的是类似满二叉树,CSS树的字典指向的排序数组其 part-1、part-2整合跟正常排序数组是相反的;从测试结果看CSS 树的表现也不错,随着CPU和内存差距越来越大,CSS树可能会变现的更好

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Column Imprints: A Secondary Index Structure

针对主内存数据库,提出了一种轻量级二级索引技术:imprints column,它是属于bit 向量索引家族的,zone map对于随机值正好落在min、max内的查询就无效了,仍然需要扫描,而 bit map占用的空间更大,imprint 则综合了这两者的优点,它是基于cache line做bit向量分组的,对CPU更友好,而且将一个cache line内的值统一合并为一个bit向量,占用空间更小;通过 counter 和 repeat标志位,可以实现imprint 的压缩,论文中给出了相关的压缩、查询算法,由于是针对读场景的设计,更新主要是append和索引重建;通过实验对比,imprint 对于数据分布随机和有规律的场景,表现的都很好,索引压缩效果不错,压缩后的索引占比看 imprint最少,zonemap也差不多,WAH最高;查询性能看,三个索引基本差不多,imprint略好一些,时间上imprint也略块一些,但随着选择率上升几个都趋同;总体看随选择率上升也跟scan 差不多,但是对于熵低/高的场景表现都比较稳定

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SQL Server Column Store Indexes

SQL Server 11代 Denali,在行存系统上增加了列存和索引结构,这些改动并不是重新来一套,而是基于现有技术的改进,如对行做了分片segment,每个 row segment 再根据 column 进一步细分为 column segment;column segment本身是现有的 blob存储,同时还利用了压缩技术,基于 column segment 又开发出了 segment directory,这个 directory包含了一些元信息如行数量、size、多少数据被编码了、min和max等,这些改动之后,还可以跟现有的lock、log、recovery、patition、mirror、replication完全兼容整合;之后查询引擎部分也会做一些改动来兼容行、列数据,这里使用了多核、bitmap filter、算子间的内存共享、SIMD等进一步优化,根据代价模型评估,选择合适的索引,测试TPC-DS时,前面大部分数据都是批的方式处理的,而且做了并行化,只有最后的聚合、重分区是用 行模式处理的,最后效率大幅度提升

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Bitmap Index Design and Evaluation

针对 bitmap 索引提出的一系列指导设计建议,传统方式对于带谓词的查询,一般是:全表scan、B树 索引、每个谓词做scan然后merge;使用 bitmap 后采用第三种方案效果最好,论文中提出了四种时空权衡:空间最优、时间最优、基于空间限制下的时间最优、时空权衡; 在大量数、数据基础范围较小的情况下使用 bitmap 索引效果很好,而 bitmap 可以采用 基于范围的、基于等值的;基于范围的相当于 Value-List set,在这种场景下继续拆分,如基于<3,3>的Value-List,其空间比原始的更小;论文中提出了对 Algorithm RangeEval 改进的 Algorithm RangeEval-Opt 算法,需要处理的谓词更少,只需一次扫描;论文指出 范围编码的时空权衡效果更好,之后又对比了压缩的情况,buffer的增大,对于时空权衡也有帮助

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