深入理解 openGauss 的 Ustore 存储引擎

新员工技术分享

2025年10月

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为什么需要 Ustore？

• 传统 Heap 表的问题：
  • 更新 = 删除旧 tuple + 插入新 tuple（写放大）
  • 多版本导致空间膨胀，依赖 vacuum
• Ustore 的目标：
  • 支持 原地更新（in-place update）
  • 使用 Undo Log 实现 MVCC
  • 减少空间浪费，提升 OLTP 性能

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什么是 Ustore？

• openGauss 中的 新型行存储格式

• 创建方式：

  CREATE TABLE t1 (c1 int, c2 int) 
  WITH (storage_type=ustore, init_id=32);
  

• 核心特点：

  • 每行固定位置，通过 TD（Transaction Descriptor） 管理状态
  • 使用全局 Undo Zone 存储历史版本
  • 支持高效回滚与快照读

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核心数据结构

结构	作用
UHeapPageHeaderData	页面头，含 td_count、空闲空间等
TD	事务描述符，存 xactid + undo_record_ptr
UHeapDiskTupleData	磁盘 tuple，含 td_id、xid 偏移
UHeapTupleData	内存 tuple 表示
UndoRecord / UndoZone	全局 Undo 管理

页面布局：Header → TD 区（最多 128 个）→ Tuple 区

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INSERT 流程关键步骤

1. UHeapamTupleInsert → UHeapInsert
2. UHeapPrepareInsert：准备 tuple
3. RelationGetBufferForUTuple：获取 8KB page
4. UHeapPageReserveTransactionSlot：

• 查找可用 TD
• 无可用则尝试复用（已提交/回滚）
• 必要时扩展 TD 区（16→32→+2→128）

5. UHeapPrepareUndoInsert：准备 Undo 记录
6. RelationPutUTuple：写入 tuple 到 page
7. InsertPreparedUndo：写入 Undo
8. LogUHeapInsert：记录 WAL

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Undo 机制详解

• Undo 存储在 全局 Undo Zone
• 每个事务通过 t_thrd.ustore_cxt.urecvec（URecVector）管理 Undo 记录
• 流程：
  • PrepareUndoRecord：计算所需空间
  • AllocateUndoSpace：从 UndoZone 分配空间
  • urecvec->GetUndoBufidx：获取 buffer（缓存或从 nodefile 加载）
  • InsertPreparedUndo：写入 Undo page
• TD 中记录 undo_record_ptr，用于 MVCC 回溯

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事务槽（TD）管理策略

• 每页最多 128 个 TD
• 扩展规则：
  • <16 → 翻倍
  • <32 → 扩到 32
  • ≥32 → 每次 +2，上限 128
• 复用条件：
  • 已提交且无活跃快照
  • 已回滚
• 更新时复用原 tuple 位置，仅更新 TD 和 Undo

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Ustore vs Heap 表对比

特性	Heap 表	Ustore 表
更新方式	插入新版本	原地更新
空间膨胀	严重（需 vacuum）	轻微（Undo 可回收）
MVCC 实现	多版本 tuple	单版本 + Undo 回溯
适合场景	OLAP / 读多写少	OLTP / 高频更新
Undo 管理	无	显式 Undo Log

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调试与开发建议

• 启用 Ustore：

  CREATE TABLE ... WITH (storage_type=ustore);
  

• 关键调试点：

  • td_count 扩展逻辑
  • urecvec 中 Undo 分配
  • UHeapPageSetUndo 写入 undo_record_ptr

• 日志级别：DEBUG1 可查看 Undo/事务槽信息

• 源码路径：

  • src/include/access/ustore/
  • src/backend/access/ustore/

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总结

• Ustore 是 openGauss 面向 高性能 OLTP 的创新存储引擎
• 通过 原地更新 + Undo MVCC 解决 Heap 表痛点
• 适合高频更新、低空间膨胀场景
• 动手建议：建表 → 插入 → 更新 → 查看 Undo 行为！

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Q & A

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