PostgreSQL Executor(4): 元组表

在PostgreSQL中，所有记录都存储在元组中，包括系统数据和用户数据。存储模块提供了元组(HeapTuple)的定义和操作接口。但是这些接口是针对物理元组的，解析和构造的开销较大，不能满足执行器对性能的需求。

执行器在进行投影和选择操作时，需要快速获取元组的属性；在缓存元组时，又希望元组的体积尽可能的小，以节省内存空间。为此，执行器定义了MinmalTuple，去掉了“系统列(system columns)“（实际上有一个OID，但是不需要访问）。

执行器将元组存储在一个元组表(Tuple Table)中，元组表实际上是一个由单独的TupleTableSlot组成的链表。

TupleTableSlot定义在src/include/executor/tuptable.h中，其定义如下：

typedef struct TupleTableSlot
{
    NodeTag     type;
    bool        tts_isempty;    /* true = slot is empty */
    bool        tts_shouldFree; /* should pfree tts_tuple? */
    bool        tts_shouldFreeMin;  /* should pfree tts_mintuple? */
#define FIELDNO_TUPLETABLESLOT_SLOW 4
    bool        tts_slow;       /* saved state for slot_deform_tuple */
#define FIELDNO_TUPLETABLESLOT_TUPLE 5
    HeapTuple   tts_tuple;      /* physical tuple, or NULL if virtual */
#define FIELDNO_TUPLETABLESLOT_TUPLEDESCRIPTOR 6
    TupleDesc   tts_tupleDescriptor;    /* slot's tuple descriptor */
    MemoryContext tts_mcxt;     /* slot itself is in this context */
    Buffer      tts_buffer;     /* tuple's buffer, or InvalidBuffer */
#define FIELDNO_TUPLETABLESLOT_NVALID 9
    int         tts_nvalid;     /* # of valid values in tts_values */
#define FIELDNO_TUPLETABLESLOT_VALUES 10
    Datum       *tts_values;    /* current per-attribute values */
#define FIELDNO_TUPLETABLESLOT_ISNULL 11
    bool       *tts_isnull;     /* current per-attribute isnull flags */
    MinimalTuple tts_mintuple;  /* minimal tuple, or NULL if none */
    HeapTupleData tts_minhdr;   /* workspace for minimal-tuple-only case */
#define FIELDNO_TUPLETABLESLOT_OFF 14
    uint32      tts_off;        /* saved state for slot_deform_tuple */
    bool        tts_fixedTupleDescriptor;  /* descriptor can't be changed */
} TupleTableSlot;

TupleTableSlot需要处理以下情况：

1. 位于磁盘缓冲区页面上的物理元组
2. 在分配的内存中构造的物理元组
3. 在分配的内存中构造的“最小化”的物理元组
4. 由Datum/isnull数组组成的“虚拟”元组

前两种情况是相似的，它们处理的都是“物化”的元组，只是资源管理方式不同。对于在磁盘页上的元组，需要将其在缓冲区中钉住(Pin)，直到TupleTableSlot上元组的引用被删除；对于在分配的内存中的元组，通常在TupleTableSlot上元组的引用被删除时释放内存。

对一个“最小化”的元组的处理方式与在分配的内存中的元组类似。目前，最小化元组不会存储在缓冲区上，因此没有与情况1相同的情况。

“虚拟”元组是一种优化，用来在计划节点上最小化物理数据的拷贝。任何通过引用传递的元组的数据(Datum)并不是直接指向其关联的TupleTableSlot；一般它们会指向存储在低层计划节点的输出TupleTableSlot上的元组的部分，或者指向在计划节点的per-tuple的内存中构造的函数的结果。由计划节点保证这些资源不会被释放，只要虚拟元组需要有效。虚拟元组只会在计划节点的结果中使用--拷贝到其它任何地方的元组都需要“物化”成物理元组。需要注意的是虚拟元组没有任何“系统列”。

TupleTableSlot也可能同时持有物理元组和最小元组。这是在slot被请求提供与它持有的元组不同的格式时（如果替换元组的格式，会导致任何指向已存在的slot内容的按引用传递的Datum失效）。

TupleTableSlot上的Datum/isnull数组有两个作用。当slot含有虚拟元组时，它们是权威的数据。当slot含有物理元组时，这个数组包含的是从物理元组提取的数据（在这种情况下，任何按引用传递的Datum都指向物理元组）。提取的信息被延迟构造，只有需要时才会构造，这样避免从物理元组上重复提取数据。

TupleTableSlot也可以是空的，不持有任何有效数据。这种状态只在刚创建的还没有赋上元组描述符的slot上有效。在这种状态，tts_isempty必须为true，tts_shouldFree为false，tts_tuple为NULL，tts_buffer为InvalidBuffer，并且tts_nvalid为零。

TupleTableSlot只简单引用元组描述符，而不复制。ExecSetSlotDescriptor()的调用者负责提供描述符，并且保证不小于slot的存活时间。

当tts_shouldFree为true时，物理元组被slot拥有，因而在slot到元组的引用被删除时需要释放物理元组。

如果tts_buffer不是InvalidBuffer，那么slot钉住了其指示的缓冲区页面；当释放slot上指向该缓冲区的引用时需要释放缓冲区（在这种情况下，tts_shouldFree应该总是为false）。

tts_nvalid说明在tts_values/isnull数组中的有效列的数量。当slot持有虚拟元组时，它必须等于描述符的natts。当slot持有物理元组时，它等于已提取的列的数量（列总是被从左到右提取，因此没有空洞）。

如果slot不持有最小化元组，那么tts_mintuple必须为NULL。当slot持有最小化元组时，tts_mintuple指向实际的MinimalTupleData对象（如果tts_shouldFreeMin为true，则需要释放内存）。如果slot只有最小化元组而没有普通的物理元组，那么tts_tuple指向tts_minhdr，并且结构体的字段被正确设置了；这里特别说明，tts_minhdr.t_data指向了tts_mintuple的MINMAL_TUPLE_OFFSET个字节。

tts_slow/tts_off为slot_deform_tuple保存了状态，不应被其它代码访问。

元组表存储在EState的es_tupleTable字段中。节点会根据自身需求申请分配TupleTableSlot，用于存储节点的输出元组、扫描到的元组等。执行完成后会统一释放元组表中的所有元组。

执行器定义了一组对TupleTableSlot的操作接口，包括slot的创建、销毁、访问等。实现在src/backend/executor/execTuples.c中。