探索表访问方法功能：顺序扫描分析

引言

在之前的文章中，我们讨论了 PostgreSQL 表访问方法 API 的基础知识以及堆元组（heap tuple）与元组表槽（Tuple Table Slot，简称 TTS）之间的区别。

本文将深入探讨 PostgreSQL 核心如何通过特定的 API 调用实现顺序扫描。

涉及的 API

为了实现顺序扫描，以下表访问方法 API 回调将会被调用：

• relation_size()
• slot_callbacks()
• scan_begin()
• scan_getnextslot()
• scan_end()

默认情况下，PostgreSQL 使用堆访问方法（heap access method），它通过以下方式实现上述 API：

• table_block_relation_size()
• heapam_slot_callbacks()
• heap_beginscan()
• heap_getnextslot()
• heap_endscan()

这些函数位于 src/backend/access/heap/heapam_handler.c 中。

基本工作流程

API 函数调用详解

table_block_relation_size(Relation rel, ForkNumber forkNumber)

这是查询规划阶段首先被调用的函数，旨在实际检查给定的 Relation rel 和 ForkNumber forkNumber 的大小。该函数将返回表的总块数（默认块大小为 8KB），以便调用方可以基于表的大小规划最佳查询策略。

什么是关系（relation）？

在大多数情况下，关系表示表（table）、索引（index）或视图（view）。在我们的案例中，它表示一个表，包含关于该表的重要信息，如数据库对象标识符（OID）、表空间、属性数量、其他标志等。

什么是分叉号（fork number）？

一个关系由多个分叉（fork）组成：

• MAIN_FORKNUM (0：存储用户数据)
• FSM_FORKNUM (1：存储空闲空间映射数据)
• VISIBILITY_FORKNUM (2：存储可见性数据)
• INIT_FORKNUM (3：用于重置 WAL 日志表)

heapam_slot_callbacks()

此函数被调用以返回适当的 TTS 操作，使执行器能够将堆元组转换为元组表槽（TTS）。对于堆访问方法，它使用考虑缓冲区管理的 TTS 回调：

const TupleTableSlotOps TTSOpsBufferHeapTuple = {
  .base_slot_size = sizeof(BufferHeapTupleTableSlot),
  .init = tts_buffer_heap_init,
  .release = tts_buffer_heap_release,
  .clear = tts_buffer_heap_clear,
  .getsomeattrs = tts_buffer_heap_getsomeattrs,
  .getsysattr = tts_buffer_heap_getsysattr,
  .materialize = tts_buffer_heap_materialize,
  .copyslot = tts_buffer_heap_copyslot,
  .get_heap_tuple = tts_buffer_heap_get_heap_tuple,

  /* 缓冲区堆元组表槽不能"拥有"最小元组 */
  .get_minimal_tuple = NULL,
  .copy_heap_tuple = tts_buffer_heap_copy_heap_tuple,
  .copy_minimal_tuple = tts_buffer_heap_copy_minimal_tuple
};

scan_begin() 和 scan_end()

在实际顺序扫描前后调用。scan_begin 负责初始化 HeapScanDesc 结构，该结构描述当前扫描状态，包括：当前块编号、待扫描块总数、扫描模式、快照等信息。其定义位于 src/include/backend/access/heapam.h。

而 scan_end() 则负责清理在 scan_begin() 中分配的 HeapScanDesc。

scan_getnextslot()

顺序扫描的核心。此函数负责从存储引擎检索元组。在 PostgreSQL 中，它会向缓冲区管理器（buffer manager）模块请求元组，该模块既可以从内存缓冲区读取元组，也可以从物理存储读取。

这正是通过此 API 创建自定义数据库存储引擎的可能性所在——可以完全从内存读写元组，形成内存数据库。

如果仍有数据需要扫描，此函数需要返回 true 以便执行器再次调用。当所有数据扫描完毕时，返回 false 表示扫描结束。

总结

这是 PostgreSQL 中顺序扫描的基本工作流程，它利用了表访问方法的 API。

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