Динамическая компиляция пользовательских функций на языке PL/pgSQL

Многие современные СУБД предоставляют процедурное расширение декларативного языка программирования SQL, которое позволяет выполнять сложные вычисления с условной логикой на стороне сервера. Данные расширения стимулируют модулярность и переиспользование кода, упрощают процесс программирования логики некоторых приложений, а также позволяют избавиться от накладных расходов на передачу данных по сети и повысить производительность вычислений. В большинстве случаев для исполнения SQL-запросов и процедурных расширений используется подход интерпретации, который сопряжен с существенными накладными расходами по неявному вызову функций и выполнению лишних обобщенных проверок. Ситуация ухудшается тем, что для выполнения SQL-запросов и процедурных расширений, как правило, применяются два разных движка-исполнителя, в рамках которых необходимо осуществлять дополнительные операции по переключению контекста для сохранения промежуточных вычислений и контроля используемых ресурсов. В совокупности, совместная интерпретация SQL-запросов и процедурных расширений может в значительной степени снижать общую производительность СУБД. Одно из решений этой проблемы – динамическая компиляция. В рамках данной работы рассматривается метод динамической компиляции процедурного расширения PL/pgSQL в СУБД PostgreSQL с использованием компиляторной инфраструктуры LLVM. Работа выполняется в рамках динамического компилятора SQL-запросов, реализованного в виде расширения к СУБД PostgreSQL. Предлагаемый метод позволяет избавиться от накладных расходов, связанных с интерпретацией. Результаты тестирования на некоторых синтетических тестах показывают ускорение выполнения SQL-запросов в несколько раз.

1. PostgreSQL official site. Available at: https://www.postgresql.org/, accessed: 20.10.2020.

2. Karthik Ramachandra, Kwanghyun Park, K. Venkatesh Emani, Alan Halverson, César A. Galindo-Legaria, Conor Cunningham Froid. Optimization of Imperative Programs in a Relational Database. Proceedings of the VLDB Endowment, vol. 11, no. 4, 2017, pp. 432-444.

3. Christian Duta, Denis Hirn, and Torsten Grust. Compiling PL/SQL Away. In Proc. of the 10th Annual Conference on Innovative Data Systems Research (CIDR’20), 2020, 8 p.

4. Denis Hirn and Torsten Grust. PL/SQL Without the PL. In Proc. of the 2020 ACM SIGMOD International Conference on Management of Data (SIGMOD’20), 2020, pp. 2677–2680.

5. PL/pgSQL – SQL Procedural Language. Available at: https://www.postgresql.org/docs/9.6/plpgsql-overview.html, accessed: 20.10.2020

6. The LLVM Compiler Infrastructure. Available at: http://llvm.org/, accessed: 20.10.2020.

7. Шарыгин Е.Ю., Бучацкий Р.А., Скворцов Л.В., Жуйков Р.А., Мельник Д.М. Динамическая компиляция выражений в SQL-запросах для СУБД PostgreSQL. Труды ИСП РАН, том 28, вып. 4, 2016 г., стр. 217-240. DOI: 10.15514/ISPRAS-2016-28(4)-13 / Sharygin E.Y., Buchatskiy R.A., Skvortsov L.V., Zhuykov R.A., Melnik D.M. Dynamic compilation of expressions in SQL queries for PostgreSQL. Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol. 28, issue 4, 2016. pp. 217-240 (in Russian).

8. Бучацкий Р.А., Шарыгин Е.Ю., Скворцов Л.В., Жуйков Р.А., Мельник Д.М., Баев Р.В. Динамическая компиляция SQL-запросов для СУБД PostgreSQL. Труды ИСП РАН, том 28, вып. 6, 2016, стр. 37-48. DOI: 10.15514/ISPRAS-2016-28(6)-3 / Buchatskiy R.A., Sharygin E.Y., Skvortsov L.V., Zhuykov R.A., Melnik D.M., Baev R.V. Dynamic compilation of SQL queries for PostgreSQL. Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol. 28, issue 6, 2016, pp. 37-48 (in Russian).

9. E. Sharygin, R. Buchatskiy, R. Zhuykov, and A. Sher. Runtime specialization of postgresql query executor. Lecture Notes in Computer Science, vol. 11, 2018, pp. 375–386.

10. Пантилимонов М.В., Бучацкий Р.А., Жуйков Р.А. Кэширование машинного кода в динамическом компиляторе SQL-запросов для СУБД PostgreSQL. Труды ИСП РАН, том 32, вып. 1, 2020, стр. 205-220. DOI: 10.15514/ISPRAS-2020-32(1)-11 / Pantilimonov M.V., Buchatskiy R.A., Zhuykov R.A. Machine code caching in PostgreSQL query JIT-compiler. Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol. 32, issue 1, 2020. pp. 205-202 (in Russian).

11. ISP RAS website. Available at: https://www.ispras.ru/en/, accessed: 20.10.2020.

12. Graefe G. Volcano – an extensible and parallel query evaluation system. IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering, vol. 6, no. 1, 1994, pp. 120-135.

13. Perf profiler website. Available at: https://perf.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page, accessed: 20.10.2020.

14. PostgreSQL SPI Memory Management. Available at: https://www.postgresql.org/docs/9.6/spi-memory.html, accessed: 20.10.2020.

15. PLV8 – A Procedural Language in Javascript powered by V8. Available at: https://github.com/plv8/plv8, accessed: 20.10.2020.

16. PL/Python – Python Procedural Language. Available at: https://www.postgresql.org/docs/9.6/plpython.html, accessed: 20.10.2020.

17. PL/Perl – Perl Procedural Language, Available at: https://www.postgresql.org/docs/9.6/plperl.html, accessed: 20.10.2020.