GreenPlum的gpfdist使用与原理流程分析

一、简介

GreenPlum 的数据导入功能作为对数据源的一种扩充，数据导入的方式有：

• 1、insert 该方式通过 sql 语句，把数据一条一条插入至表中。这种方式，不仅读取数据慢（一条一条读取），且数据需要经过 master 节点后再分发给所有 segment，所以 master 制约着导入性能。
• 2、copy 该方式实现了数据的批量读取，但数据依然需要通过 master 节点，所以 master 制约着导入性能，无法实现并行、高效的数据加载。
• 3、gpfdist 该方式使用 gpfdist 协议，segment 与 数据源直连，数据读取后直接发送给每个 segment。这种方式，数据不再通过 master，真正实现了数据加载的并行、高效。

gpfdist 是 Greenplum 数据库并行文件分发程序。
它可以被外部表和 gpload 用来并行地将外部表文件提供给所有的 Greenplum 数据库 Segment。
它也可以被可写外部表使用，并行接受来自 Greenplum 数据库 Segment 的输出流，并将它们写出到文件中。
总的来说，可以并行读文件数据，通过 segment 将数据读取至 master 中， 可以并行写文件数据，通过 segment 将数据写入文件中。 gpfdist 本身是单进程单线程程序，所以如果需要实现服务端的并行，需要启动多个 gpfdist 服务。

二、架构部署

三、配置与使用

命令格式：

gpfdist [-d ] [-p ] [-l ] [-t ] 
[-S] [-w ] [-v | -V] [-m ] [--ssl ]

gpfdist [-? | help] | --version

例如：gpfdist -p 9000

参数：

-d     可以指定工作目录，如果没指定，则为当前目录
-l      指定 log 文件，如果没指定，则直接输出到屏幕中
-p     指定服务端口，默认是 8080
-m    指定最大一行数据的大小，单位是 byte，默认是 32768, 即 32K，可配范围是 32K ~ 256M
-S    写入文件的时候，同步等待数据写入至存盘后再返回
-v                      显示详细信息
-V                显示更详细信息，当使用这个 V 时，上面的 v 也会被显示出来
-s                    不显示头信息   （这个在 --help 中没有显示，但代码里面是支持的，可以用）
-c                指定一个配置文件，用来执行数据转换的 （这个在 --help 中没有显示，但代码是支持的）
--ssl    指定 ssl 加密

使用示例

示例中主要使用的是 gpfdist 协议，使用的文件格式主要是 csv。

1、创建只读外部表基本语法

只读外部表

CREATE [READABLE] EXTERNAL [TEMPORARY | TEMP] TABLE table_name     
    ( column_name data_type [, ...] | LIKE other_table )
     LOCATION ('file://seghost[:port]/path/file' [, ...])
       | ('gpfdist://filehost[:port]/file_pattern[#transform=trans_name]'
           [, ...]
       | ('gpfdists://filehost[:port]/file_pattern[#transform=trans_name]'
           [, ...])
       | ('pxf://path-to-data?PROFILE=profile_name[&SERVER=server_name][&custom-option=value[...]]'))
       | ('s3://S3_endpoint[:port]/bucket_name/[S3_prefix] [region=S3-region] [config=config_file]')
     [ON MASTER]
     FORMAT 'TEXT' 
           [( [HEADER]
              [DELIMITER [AS] 'delimiter' | 'OFF']
              [NULL [AS] 'null string']
              [ESCAPE [AS] 'escape' | 'OFF']
              [NEWLINE [ AS ] 'LF' | 'CR' | 'CRLF']
              [FILL MISSING FIELDS] )]
          | 'CSV'
           [( [HEADER]
              [QUOTE [AS] 'quote'] 
              [DELIMITER [AS] 'delimiter']
              [NULL [AS] 'null string']
              [FORCE NOT NULL column [, ...]]
              [ESCAPE [AS] 'escape']
              [NEWLINE [ AS ] 'LF' | 'CR' | 'CRLF']
              [FILL MISSING FIELDS] )]
          | 'CUSTOM' (Formatter=<formatter_specifications>)
    [ ENCODING 'encoding' ]
      [ [LOG ERRORS [PERSISTENTLY]] SEGMENT REJECT LIMIT count
      [ROWS | PERCENT] ]

1.1、 使用csv 文件创建只读外部表示例

只读外部表

指定了csv格式的时候，默认的 分隔符（DELIMITER）为 ‘,’ ，默认的引号值（QUOTE）为 ‘"’，默认的换行符（NEWLINE）为\n。

create external table ext (id int, name char(20)) 
    location ('gpfdist://gp_init:9000/data.csv') 
    format 'csv';

   insert into a select * from ext;

create external table ext2 (id int, name char(20)) 
    location ('gpfdist://gp_init:9000/data.csv', 
              'gpfdist://gp_init:9000/data2.csv') 
    format 'csv';

create external table ext6 (id int, name char(20)) 
    location ('gpfdist://gp_init:9000/data*.csv') 
    format 'csv';

create external table ext7 (id int, name char(20)) 
    location ('gpfdist://gp_init:9000/data.csv', 
              'gpfdist://gp_init:9001/data2.csv') 
    format 'csv';

查看数据文件与外部表

数据文件的内容

[root@gp_init gpfdist]# cat data.csv 
0, asdfghjkl;
1, asdfghjkl;
[root@gp_init gpfdist]# cat data2.csv 
0, asdfghjkl;
1, asdfghjkl;

查询外部表

postgres=# select * from ext;
 id |         name         
----+----------------------
  0 |  asdfghjkl;         
  1 |  asdfghjkl;         
(2 rows)

postgres=# select * from ext2;
 id |         name         
----+----------------------
  0 |  asdfghjkl;         
  1 |  asdfghjkl;         
  0 |  asdfghjkl;         
  1 |  asdfghjkl;         
(4 rows)

postgres=# select * from ext6;
 id |         name         
----+----------------------
  0 |  asdfghjkl;         
  1 |  asdfghjkl;         
  0 |  asdfghjkl;         
  1 |  asdfghjkl;         
(4 rows)

postgres=# select * from ext7;
 id |         name         
----+----------------------
  0 |  asdfghjkl;         
  1 |  asdfghjkl;         
  0 |  asdfghjkl;         
  1 |  asdfghjkl;         
(4 rows)

1.2、使用 pipe管道创建只读外部表示例

只读外部表
gpfdist 支持从管道中读取数据流。

创建一个管道

[root@gp_init gpfdist]# mkfifo gpfdist_pipe

往管道里填写数据

cat data.csv  >  gpfdist_pipe

创建外部表

create external table ext_pipe(id int, name varchar(30))
location ('gpfdist://gp_init:9000/gpfdist_pipe')
format 'csv';

查询外部表

postgres=# select * from ext_pipe ;
 id |    name     
----+-------------
  0 |  asdfghjkl;
  1 |  asdfghjkl;

2、创建可写外部表

2.1、使用csv 文件创建可写外部表示例

目前可写的外部表只支持 gpfdist 协议。

CREATE WRITABLE EXTERNAL [TEMPORARY | TEMP] TABLE table_name
    ( column_name data_type [, ...] | LIKE other_table )
     LOCATION('gpfdist://outputhost[:port]/filename[#transform=trans_name]'
          [, ...])
      | ('gpfdists://outputhost[:port]/file_pattern[#transform=trans_name]'
          [, ...])
      FORMAT 'TEXT' 
               [( [DELIMITER [AS] 'delimiter']
               [NULL [AS] 'null string']
               [ESCAPE [AS] 'escape' | 'OFF'] )]
          | 'CSV'
               [([QUOTE [AS] 'quote'] 
               [DELIMITER [AS] 'delimiter']
               [NULL [AS] 'null string']
               [FORCE QUOTE column [, ...]] | * ]
               [ESCAPE [AS] 'escape'] )]

           | 'CUSTOM' (Formatter=<formatter specifications>)
    [ ENCODING 'write_encoding' ]
    [ DISTRIBUTED BY ({column [opclass]}, [ ... ] ) | DISTRIBUTED RANDOMLY ]

创建可写外部表

create writable external table extw (id int, name char(20)) 
    location ('gpfdist://gp_init:9000/data.csv')
    format 'csv';

create writable external table extw2 (id int, name char(20)) 
    location ('gpfdist://gp_init:9000/data.csv', 
              'gpfdist://gp_init:9000/data2.csv') 
    format 'csv';

 create writable external table extw3 (id int, name char(20)) 
    location ('gpfdist://gp_init:9000/data.csv', 
              'gpfdist://gp_init:9001/data2.csv') 
    format 'csv';

插入数据

postgres=# create table abc(id int, name char(20));
postgres=# insert INTO abc select * from ext;
postgres=# select count(*) from abc;
 count  
--------
 100000
(1 row)

-- 写入文件
-- 基本上是会把数据平局分给各个文件里。
postgres=# insert INTO extw select * from abc ;
INSERT 0 100000
[root@gp_init gpfdist]# wc -l data.csv 
100000 data.csv


postgres=# insert INTO extw2 select * from abc ;
INSERT 0 100000
[root@gp_init gpfdist]# wc -l data.csv  data2.csv 
  50171 data.csv
  49829 data2.csv
 100000 total


postgres=# insert INTO extw3 select * from abc ;
INSERT 0 100000
[root@gp_init gpfdist]# wc -l data.csv  data2.csv 
  50135 data.csv
  49865 data2.csv
 100000 total

2.2、使用 pipe管道创建可写外部表示例

创建可写外部表

create writable external table extw4 (id int, name char(20)) 
    location ('gpfdist://gp_init:9000/gpfdist_pipe') 
    format 'csv';

-- 执行写入操作
postgres=# insert INTO extw4 select * from abc;
[root@gp_init opt]# bash read.sh gpfdist_pipe 
100000

主要函数代码解析

1、main

• gpfdist_init ：所有的处理都是在 gpfdist_init 函数中。
• gpfdist_run：只有一个 event_dispatch。

2、gpfdist_init

• 命令行输入参数解析：parse_command_line。
• 注册信号处理signal_register：对信号的处理。捕获 SIGTERM 信号，设置最高优先级，注册 process_term_signal 回调函数，在回调函数中，关闭所有 socket 后，退出。
• http服务配置http_setup：
  • 先根据配置的端口，获取地址信息，然后对地址进行端口绑定。这里获取的地址信息包含两个：ipv4 地址 和 ipv6 地址。gpfdist 优先使用ipv6进行绑定，因为IPv6的监听套接字能够同时监听v4客户端和v6客户端。
  • 遍历所有可用的套接字，设置监听事件：EV_READ | EV_PERSIST（持久属性），设置优先级，并绑定回调函数：do_accept。可用套接字个数保存在 gcb.listen_sock_count 中，可用的 socket 保存在 gcb.listen_socks 数组中。
  • do_accept：对请求进行 accept，记录了自己 accept 产生的 socket（r->sock），client 的 port（r->port），并对socket设置一些属性，例如：keepalive、reuseaeddr 等。
  • 并调用 setup_read 设置read事件。
    • setup_read设置可读事件的回调函数：do_read_request，并判断该请求中是否带 timeout 参数：
      • 如果没带 timeout 参数，则是普通请求，不需要设置 timeout。
      • 如果带 timeout 参数，则是超时事件，需要重新设置超时参数。
• 看门狗初始化：watchdog_thread。

3、do_read_request
如果是超时事件，则直接发送http_end，后续会关闭连接。
读取socket，如果是返回0，发送 http_end。

• gnet_parse_request ：解析出请求的方法，以及后面跟的参数
• request_validate ：检测请求参数是否正确：必须是GET或POST，且使用协议必须是 HTTP/1.xx。
• percent_encoding_to_char ：检测path中的字符是否存在 %XX 的格式，如果有，则转化为 char 类型的字符。
  如果 path 为 “/gpfdist/status”，则直接返回 send_gpfdist_status。（该请求作为 debug 使用）
• request_set_path： 将 path 相对路径转换为绝对路径。
• request_parse_gp_headers：解析 header 中的信息，比如 xid / cid / sn / segcount / csvopt 等。
• request_set_transform ： 执行 transform 转换。
• session_attach：根据文件名和 TID (由 xid/cid/sn 生成) 创建一个会话，对文件的处理都在会话中处理。根据 tid 和 path 组成 key，从 hash 表中获取该 session，如果没有则进行创建。如果 session 中没获取到 fstream，则直接返回错误。
  如果是 GET，则通过 handle_get_request 函数增加写事件监听（被监听的 fd 是在 do_accept 函数中 accept的 fd），如果是 POST，则调用 handle_post_request 函数。
• do_write：
  • 1、如果上次读取的数据，都已经发送完成了（通过 block_t 里面的 bot == top 来判断），则再通过 session_get_block 读取一个 block。
  • 2、如果 gp_proto 的协议号为 1，则调用 local_send：发送头部数据，即 blockhdr_t 中的 hbyte
  • 3、调用 local_send：再发送真正的数据，即 block_t 中的 data
  • 4、通过 setup_write，再次添加当前 fd 的写事件

数据读取示意图

学习记录，原文