了解“位图堆扫描”和“位图索引扫描”

我将通过以下示例来解释我的误解。

我不明白基本面的Bitmap Heap Scan Node。考虑查询SELECT customerid, username FROM customers WHERE customerid < 1000 AND username <'user100';的计划是这样的：

Bitmap Heap Scan on customers  (cost=25.76..61.62 rows=10 width=13) (actual time=0.077..0.077 rows=2 loops=1)
  Recheck Cond: (((username)::text < 'user100'::text) AND (customerid < 1000))
  ->  BitmapAnd  (cost=25.76..25.76 rows=10 width=0) (actual time=0.073..0.073 rows=0 loops=1)
        ->  Bitmap Index Scan on ix_cust_username  (cost=0.00..5.75 rows=200 width=0) (actual time=0.006..0.006 rows=2 loops=1)
              Index Cond: ((username)::text < 'user100'::text)
        ->  Bitmap Index Scan on customers_pkey  (cost=0.00..19.75 rows=1000 width=0) (actual time=0.065..0.065 rows=999 loops=1)
              Index Cond: (customerid < 1000)

我对这个节点的理解：

正如所解释的存在，在bitmap heap scan读取顺序表块，所以它不会产生这恰好刚刚做随机表访问开销Index Scan。

完成之后Index Scan，PostgreSQL不知道如何最佳地获取行，以避免不必要的heap blocks reads（或hits是否有热缓存）。因此为了弄清楚它生成的结构（Bitmap Index Scan）bitmap，在我的例子中是通过生成索引的两个位图并执行而生成的BITWISE AND。由于已生成位图，因此它现在可以按顺序最佳地读取表，从而避免了不必要的操作heap I/O-operations。

那是很多问题出现的地方。

问题：我们只有一个位图。PostgreSQL如何仅通过位图了解有关行的物理顺序的任何信息？还是生成位图，以便它的任何元素都可以轻松地映射到指向页面的指针？如果是这样，那就解释了一切，但这只是我的猜测。

因此，我们可以简单地说一下bitmap heap scan -> bitmap index scan，就像顺序扫描一样，但是仅扫描表的适当部分吗？

PostgreSQL如何仅通过位图了解有关行的物理顺序的任何信息？

位图是每个堆页面一位。位图索引扫描根据索引条目指向的堆页面地址来设置位。

因此，当进行位图堆扫描时，它仅进行线性表扫描，读取位图以查看它是否应该打扰特定页面或在其上查找。

还是生成位图，以便它的任何元素都可以轻松地映射到指向页面的指针？

不，位图与堆页面1：1相对应。

我在这里写了更多。

好吧，在这种情况下，您似乎可能误解了“位图”的含义。

它不是为每个堆页面，每个索引读取或类似内容创建的像“ 101011”这样的字符串。

整个位图是一个单一的位数组，具有与要扫描的关系中的堆页面一样多的位。

第一次索引扫描会创建一个位图，从所有条目0（false）开始。只要找到与搜索条件匹配的索引条目，该索引条目所指向的堆地址就会作为位图中的偏移量查找，并将该位设置为1（true）。因此，位图索引扫描不是直接查找堆页面，而是查找位图中的相应位位置。

第二次及以后的位图索引扫描对其他索引及其上的搜索条件执行相同的操作。

然后，将每个位图与在一起。所产生的位图在每个堆页面中都有一个位，其中只有在所有单个位图索引扫描中这些位都为true时，这些位才为true，即，每个索引扫描都匹配的搜索条件。这些是我们唯一需要加载和检查的堆页面。由于每个堆页面可能包含多行，因此我们必须检查每一行以查看其是否符合所有条件-这就是“重新检查条件”部分的含义。

所有这些要理解的一件至关重要的事情是，索引条目中的元组地址指向行的ctid，这是堆页号和堆页内偏移量的组合。位图索引扫描会忽略偏移量，因为它还是会检查整个页面，如果该页面上的任何行符合条件，就会设置该位。

图形示例

Heap, one square = one page:
+---------------------------------------------+
|c____u_____X___u___X_________u___cXcc______u_|
+---------------------------------------------+
Rows marked c match customers pkey condition.
Rows marked u match username condition.
Rows marked X match both conditions.


Bitmap scan from customers_pkey:
+---------------------------------------------+
|100000000001000000010000000000000111100000000| bitmap 1
+---------------------------------------------+
One bit per heap page, in the same order as the heap
Bits 1 when condition matches, 0 if not

Bitmap scan from ix_cust_username:
+---------------------------------------------+
|000001000001000100010000000001000010000000010| bitmap 2
+---------------------------------------------+

一旦创建了位图，便对其进行按位与运算：

+---------------------------------------------+
|100000000001000000010000000000000111100000000| bitmap 1
|000001000001000100010000000001000010000000010| bitmap 2
 &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
|000000000001000000010000000000000010000000000| Combined bitmap
+-----------+-------+--------------+----------+
            |       |              |
            v       v              v
Used to scan the heap only for matching pages:
+---------------------------------------------+
|___________X_______X______________X__________|
+---------------------------------------------+

然后，位图堆扫描将搜索到每个页面的开头并读取页面：

+---------------------------------------------+
|___________X_______X______________X__________|
+---------------------------------------------+
seek------->^seek-->^seek--------->^
            |       |              |
            ------------------------
            only these pages read

并根据条件重新检查每个读取的页面，因为每页可能有> 1行，并且不一定都符合条件。

请参阅我的博客帖子 https://rajeevrastogi.blogspot.in/2018/02/bitmap-scan-in-postgresql.html?showComment=1518410565792#c46473527620921422586 了解PostgreSQL中位图扫描的详细说明。

位图扫描的总体快速功能概述：

1. 位图堆扫描从位图索引扫描中请求元组。

2. 位图索引扫描几乎按照与普通索引扫描相同的方式根据条件扫描索引。但是，与其返回与堆数据相对应的TID（由页号和其中的偏移量组成），而是将这些TID添加到位图中。为了简单理解，您可以考虑将该位图包含所有页面的哈希值（基于页面编号哈希），并且每个页面条目均包含该页面内所有偏移量的数组。

3. 然后，位图堆扫描读取位图以获取与存储的页码和偏移量相对应的堆数据。然后，它检查可见性，资格等，并根据所有这些检查的结果返回元组。