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Documentation PostgreSQL 17.2 » Internes » Méthodes d'accès natives des index » Index SP-GiST

64.3. Index SP-GiST #

64.3.1. Introduction #

SP-GiST est une abréviation pour les espaces géographiques partitionnées avec GiST. SP-GiST supporte les arbres de recherche partitionnés, qui facilitent le développement d'un grand nombre de structures de données non balancées différentes, comme les quadtree, les arbres k-d et les arbres de radix. Le principal intérêt de ces structures et la division régulière de l'espace de recherche en partitions de taille égales. Les recherches qui correspondent bien avec la règle de partitionnement peuvent être très rapides.

Ces fameuses structures de données ont été initialement conçues pour une exécution en mémoire. Dans la mémoire principale, elles sont généralement conçues comme un ensemble de nœuds alloués dynamiquement et reliés entre eux par des pointeurs. Cette organisation ne peut pas être transposée directement sur disque car ces suites de pointeurs peuvent nécessiter un nombre d'accès disque trop important. Au contraire, les structures de données adaptées au disque devraient permettre de charger simultanément un grand nombre de données (high fanout) pour minimiser les accès disque. Le challenge proposé par SP-GiST est de faire correspondre les nœuds des arbres de recherche avec les pages du disque de manière à ce qu'une recherche ne nécessite qu'un faible nombre d'accès disque, même si il nécessite de traverser plusieurs nœuds.

Tout comme GiST, SP-GiST est destiné à permettre le développement de types de données personnalisées, disposant des méthodes d'accés appropriées, par un expert du domaine plutôt que par un expert en base de données.

Une partie des informations fournies ici sont extraites du site web du projet d'indexation SP-GiST de l'université Purdue. L'implémentation de SP-GiST dans PostgreSQL est principalement maintenue par Teodor Sigaev et Oleg Bartunov, plus d'informations sont disponibles sur leur site web.

64.3.2. Classes d'opérateur internes #

La distribution de PostgreSQL inclut les classes d'opérateur SP-GiST indiquées dans Tableau 64.2.

Tableau 64.2. Classes d'opérateur SP-GiST internes

NomOpérateurs indexablesOpérateurs d'ordre
box_ops<< (box,box)<-> (box,point)
&< (box,box)
&> (box,box)
>> (box,box)
<@ (box,box)
@> (box,box)
~= (box,box)
&& (box,box)
<<| (box,box)
&<| (box,box)
|&> (box,box)
|>> (box,box)
inet_ops<< (inet,inet) 
<<= (inet,inet)
>> (inet,inet)
>>= (inet,inet)
= (inet,inet)
<> (inet,inet)
< (inet,inet)
<= (inet,inet)
> (inet,inet)
>= (inet,inet)
&& (inet,inet)
kd_point_ops|>> (point,point)<-> (point,point)
<< (point,point)
>> (point,point)
<<| (point,point)
~= (point,point)
<@ (point,box)
poly_ops<< (polygon,polygon)<-> (polygon,point)
&< (polygon,polygon)
&> (polygon,polygon)
>> (polygon,polygon)
<@ (polygon,polygon)
@> (polygon,polygon)
~= (polygon,polygon)
&& (polygon,polygon)
<<| (polygon,polygon)
&<| (polygon,polygon)
|>> (polygon,polygon)
|&> (polygon,polygon)
quad_point_ops|>> (point,point)<-> (point,point)
<< (point,point)
>> (point,point)
<<| (point,point)
~= (point,point)
<@ (point,box)
range_ops= (anyrange,anyrange) 
&& (anyrange,anyrange)
@> (anyrange,anyelement)
@> (anyrange,anyrange)
<@ (anyrange,anyrange)
<< (anyrange,anyrange)
>> (anyrange,anyrange)
&< (anyrange,anyrange)
&> (anyrange,anyrange)
-|- (anyrange,anyrange)
text_ops= (text,text) 
< (text,text)
<= (text,text)
> (text,text)
>= (text,text)
~<~ (text,text)
~<=~ (text,text)
~>=~ (text,text)
~>~ (text,text)
^@ (text,text)

Sur les deux classes d'opérateur pour le type point, quad_point_ops est celui par défaut. kd_point_ops gère les mêmes opérateurs mais utilise une structure de données différente pour l'index, structure pouvant offrir de meilleures performances pour certaines utilisations.

Les classes d'opérateur quad_point_ops, kd_point_ops et poly_ops supportent l'ordre d'opérateur <->, qui active la recherche de type voisin-le-plus-proche (k-NN) sur des ensembles de données composés de point ou polygon.

64.3.3. Extensibilité #

SP-GiST offre une interface avec un haut niveau d'abstraction, imposant au développeur des méthodes d'accès de n'implémenter que des méthodes spécifiques à un type de donnée spécifié. Le cœur de SP-GiST est responsable de l'efficacité du stockage sur le disque et de la recherche dans la structure arborescente. Il s'occupe aussi de la concurrence d'accès et des journaux.

Les lignes des feuilles d'un arbre SP-GiST contiennent habituellement des valeurs du même type de données que la colonne indexée, bien qu'il soit possible qu'ils contiennent des repésentations à perte de la colonne indexée. Les enregistrements des feuilles stockés à la racine représenteront directement la valeur originale de la donnée indexée, mais les enregistrements des feuilles à des niveaux plus bas pourraient ne contenir qu'une valeur partielle, telle qu'un suffixe. Dans ce cas, les classes d'opérateur des fonctions supportées devront être capables de reconstruire la valeur originale en utilisant les informations accumulées dans les lignes intermédiaires au travers du parcours de l'arbre et vers le niveau le plus bas.

Quand un index SP-GiST est créé avec des colonnes INCLUDE, les valeurs de ces colonnes sont aussi stockées dans des enregsitrements feuilles. Les colonnes INCLUDE ne concernent pas la classe d'opérateur SP-GiST, donc elles ne seront pas discutées avec plus de détails ici.

Les lignes internes sont plus complexes car elles relient des points dans l'arbre de recherche. Chaque ligne intermédiaire contient un ensemble d'au moins un nœud, qui représente des groupes de valeurs similaires de feuilles. Un nœud contient un lien qui mène vers un autre nœud de niveau inférieur, ou une petite liste de lignes de feuilles qui appartiennent toutes à la même page d'index. Chaque nœud a un label qui le décrit. Par exemple, dans un arbre radix, le label du nœud peut être le caractère suivant de la chaîne de caractère. (Sinon, une classe d'opérateur peut omettre les labels des nœuds si elle fonctionne avec un ensemble fixe de nœuds pour les enregistrements internes ; voir Section 64.3.4.2.) En option, une ligne intermédiaire peut avoir une valeur de préfixe qui décrit tous ses membres. Dans un arbre radix, cela peut être le préfixe commun des chaînes représentant les données. La valeur du préfixe n'est pas nécessairement réellement un préfixe, mais peut être toute donnée utilisée par la classe d'opérateur. Par exemple, pour un quadtree, il peut stocker le barycentre des quatre points représenté par chaque feuille. Une ligne intermédiaire d'un quadtree contiendra aussi quatre nœuds correspondants à des points autour de ce point central.

Quelques algorithmes de recherche arborescente nécessite la connaissance du niveau (ou profondeur) de la ligne en cours, et ainsi le cœur de SP-GiST fournit aux classes d'opérateur la possibilité de gérer le décompte des niveaux lors du parcours de l'arbre. Il fournit aussi le moyen de reconstruire de façon incrémentale la valeur représentée lorsque cela est nécessaire, et pour passer des données supplémentaires (appelées valeurs traverses) lors de la descente de l'arbre.

Note

Le code du cœur de SP-GiST tient aussi compte des valeurs NULL. Bien que les index SP-GiST stockent des entrées pour les valeurs NULL dans les colonnes indexées, cette implémentation reste non apparente au code de l'index de classe d'opérateur : aucune valeur NULL d'index ou de condition de recherche ne sera jamais transmis aux méthodes de la classe d'opérateur (il est convenu que les opérateurs SP-GiST sont stricts et ainsi ne peuvent trouver des valeurs NULL). Le cas des valeurs NULL n'est ainsi plus abordé dans les paragraphes qui suivent.

Un index de classe d'opérateur pour SP-GiST peut proposer cinq méthodes personnalisées, et deux optionnelles. Chacune de ces cinq méthodes obligatoires doit suivre la convention qui consiste à accepter deux arguments de type internal, le premier étant un pointeur vers une structure C contenant les valeurs en entrée de cette méthode, et le second étant un pointeur vers une structure C où les valeurs en sortie seront placées. Quatre de ces méthodes retournent void car leurs résultats sont présent dans la structure en sortie. Mais la méthode leaf_consistent retourne une valeur de type boolean. Les méthodes ne doivent modifier aucun des champs de la structure en entrée. Dans tous les cas, la structure en sortie est initialisée avec des zéros avant l'appel à la méthode personnalisée. La sixième méthode, optionnelle, compress accepte un datum à iundexer comme seul argument et renvoie une valeur convenable pour un enregistrement physique dans une ligne feuille. La septième méthode, optionnelle, est appelée options et accepte un pointeur internal vers une structure C, remplie avec les paramètres spécifiques à la classe d'opérateur, et renvoie void.

Les cinq méthodes personnalisées sont :

config

Retourne des informations statiques concernant l'implémentation des index, incluant les OID du type de données du préfixe et le type de données du label du nœud.

La déclaration SQL de la fonction doit ressembler à :

CREATE FUNCTION ma_configuration(internal, internal) RETURNS void ...
      

Le premier argument est un pointeur vers une structure C spgConfigIn, qui contient les données en entrée de la fonction. Le second argument est un pointeur vers une structure C spgConfigOut, qui permet à la fonction d'y spécifier les données en sortie.

typedef struct spgConfigIn
{
    Oid         attType;        /* Le type de donnée à indexer */
} spgConfigIn;

typedef struct spgConfigOut
{
    Oid         prefixType;     /* Le type de donnée des préfixe des tuples intermédiaires */
    Oid         labelType;      /* Le type de donnée des labels de nœud des tuples intermédiaires */
    Oid         leafType;       /* Type de données pour les valeurs de tuple feuille */
    bool        canReturnData;  /* Opclass peut reconstruire les données originales */
    bool        longValuesOK;   /* Opclass sait gérer les valeurs plus grandes qu'une page */
} spgConfigOut;
      

attType est fourni pour gérer les index polymorphiques de classe d'opérateur. Pour les types de données ordinaires de classe d'opérateur (fixés), il aura toujours la même valeur et peut ainsi être ignoré.

Pour les classes d'opérateurs qui n'utilisent pas de préfixe, prefixType peut être défini à VOIDOID. De la même façon, pour les classes d'opérateurs qui n'utilisent pas de label de nœud, labelType peut être défini à VOIDOID. canReturnData peut être défini à true si la classe d'opérateur est capable de reconstruire la valeur d'index fournie initialement. longValuesOK doit être défini à true uniquement lorsque attType est de longueur variable et que la classe d'opérateur est capable de segmenter les grandes valeurs en répétant les suffixes (voir Section 64.3.4.1).

leafType doit correspondre au type de stockage de l'index défini par l'entrée de catalogue opckeytype de la classe d'opérateur. (Notez que opckeytype peut valoir zéro, impliquant que le type de stockage est le même que le type en entrée de la classe d'opérateur, ce qui est la situation la plus commune.) Pour des raisons de compatibilité ascendante, la méthode config peut configurer leafType à toute autre valeur, et cette valeur sera utilisée ; mais ceci est abandonné car le contenu de l'index est alors incorrectement identifié dans les catalogues. De plus, il est autorisé de laisser leave leafType non initialisé (zéro) ; ceci est interprété comme signifiant que le type de stockage de l'index est dérivé de opckeytype.

Quand attType et leafType sont différents, alors la méthode optionnelle compress doit être fournie. La méthode compress est responsable de la transformation des datums pour les indexer de attType vers leafType.

choose

Choisit une méthode pour insérer une nouvelle valeur dans une ligne intermédiaire.

La déclaration SQL de la fonction doit ressembler à :

CREATE FUNCTION mon_choix(internal, internal) RETURNS void ...
      

Le premier argument est un pointeur vers une structure C spgChooseIn, qui contient les données en entrée de la fonction. Le second argument est un pointeur vers une structure C spgChooseOut, qui permet à la fonction d'y spécifier les données en sortie.

typedef struct spgChooseIn
{
    Datum       datum;          /* donnée initiale à indexer */
    Datum       leafDatum;      /* donnée en cours à stocker dans la feuille */
    int         level;          /* niveau en cours (à partir de 0) */

    /* Données issues de la ligne intermédiaire */
    bool        allTheSame;     /* la ligne contient des valeurs équivalentes ? */
    bool        hasPrefix;      /* la ligne a-t-elle un préfixe? */
    Datum       prefixDatum;    /* si c'est le cas, la valeur de ce préfixe */
    int         nNodes;         /* nombre de nœuds dans la ligne intermédiaire */
    Datum      *nodeLabels;     /* valeurs du label du nœud (NULL sinon) */
} spgChooseIn;

typedef enum spgChooseResultType
{
    spgMatchNode = 1,           /* descend dans le nœud existant */
    spgAddNode,                 /* ajoute un nœud dans la ligne intermédiaire */
    spgSplitTuple               /* scinde une ligne intermédiaire (modifie son préfixe) */
} spgChooseResultType;

typedef struct spgChooseOut
{
    spgChooseResultType resultType;     /* code d'action, voir plus bas */
    union
    {
        struct                  /* resultats de spgMatchNode */
        {
            int         nodeN;      /* descend dans ce nœud (à partir de 0) */
            int         levelAdd;   /* incrémente le niveau de cette valeur */
            Datum       restDatum;  /* nouvelle valeur de la feuille */
        }           matchNode;
        struct                  /* résultats de spgAddNode */
        {
            Datum       nodeLabel;  /* nouveau label du nœud */
            int         nodeN;      /* là où l'insérer (à partir de 0) */
        }           addNode;
        struct                  /* résultats pour spgSplitTuple */
        {
	    /* Information pour former une ligne de niveau supérieur avec un nœud fils */
            bool        prefixHasPrefix;    /* la ligne doit-elle avoir un préfixe ? */
            Datum       prefixPrefixDatum;  /* si oui, sa valeur */
            int         prefixNNodes;       /* nombre de nœuds */
            Datum      *prefixNodeLabels;   /* leurs labels (ou NULL si
                                             * aucun label) */
            int         childNodeN;         /* quel nœud a un nœud fils */

            /* Informations pour former une nouvelle ligne intermédaire de niveau inférieur
			à partir de tous les anciens nœuds */
            bool        postfixHasPrefix;   /* la ligne doit-elle avoir un préfixe ? */
            Datum       postfixPrefixDatum; /* si oui, sa valeur */
        }           splitTuple;
    }           result;
} spgChooseOut;
      

datum est la valeur initiale de type spgConfigIn.attType de la donnée qui a été insérée dans l'index. leafDatum est une valeur de type spgConfigOut.leafType qui est initialement un résultat de la méthode compress appliquée à datum quand la méthode compress est fournie, ou la même valeur que datum dans le cas contraire. leafDatum peut changer à des niveaux inférieurs de l'arbre si la fonction choose ou picksplit change cette valeur. Lorsque la recherche liée à l'insertion atteint une feuille, la valeur actuelle de leafDatum sera stockée dans la nouvelle ligne de feuille créée. level est le niveau actuel de la ligne intermédiaire, en considérant que 0 est le niveau racine. allTheSame est true si la ligne intermédiaire actuelle est marquée comme contenant plusieurs nœuds équivalents. (voir Section 64.3.4.3). hasPrefix est vrai si la ligne intermédiaire actuelle contient un préfixe ; si c'est le cas, prefixDatum est sa valeur. nNodes est le nombre de nœuds enfants contenus dans la ligne intermédiaire, et nodeLabels est un tableau des valeurs de leurs labels, ou NULL s'il n'y a pas de labels.

La fonction choose peut déterminer si la nouvelle valeur correspond à un des nœuds enfants existants, ou si un nouvel enfant doit être ajouté, ou si la nouvelle valeur n'est pas consistante avec les préfixes de ligne et qu'ainsi la ligne intermédiaire doit être découpée pour créer un préfixe moins restrictif.

Si la nouvelle valeur correspond à un des nœuds enfants existants, définir resultType à spgMatchNode. et définir nodeN à l'index (à partir de 0) du nœud dans le tableau de nœud. Définir levelAdd à l'incrément de level nécessaire pour descendre au travers de ce nœud, ou le laisser à 0 si la classe d'opérateur n'utilise pas de niveaux. Définir restDatum à la valeur de leafDatum si la classe d'opérateur ne modifie pas les valeurs d'un niveau au suivant, ou dans le cas contraire, définir la valeur modifiée pour être utilisée comme valeur de leafDatum au niveau suivant.

Si un nouveau nœud enfant doit être ajouté, définir resultType à spgAddNode. Définir nodeLabel au label à utiliser pour le nouveau nœud, et définir nodeN à l'index (de 0) auquel insérer le nœud dans le tableau de nœud. Après que ce nœud ait été ajouté, la fonction choose sera appelée à nouveau avec la ligne intermédiaire modifiée. Cet appel devrait produire un résultat spgMatchNode.

Si la nouvelle valeur est cohérente avec le préfixe de ligne, définir resultType à spgSplitTuple. Cette action déplace tous les nœuds existants dans le nouveau niveau inférieur de la ligne intermédiaire, et remplace la ligne intermédiaire existant avec une ligne qui dispose d'un unique nœud qui est lié à la nouvelle ligne intermédiaire de niveau inférieur. Définir prefixHasPrefix pour indiquer si les nouvelles lignes supérieures doivent avoir un préfixe, et si c'est le cas, définir prefixPrefixDatum à la valeur du préfixe. Cette nouvelle valeur de préfixe doit être suffisamment moins restrictive que l'original pour accepter que la nouvelle valeur soit indexée. Définir prefixNNodes au nombre de nœuds nécessaires pour la nouvelle ligne et définir prefixNodeLabels à un tableau alloué avec palloc de leurs labels, ou à NULL si les labels des nœuds ne sont pas nécessaires. Noter que la taille totale de la nouvelle ligne supérieure ne doit pas dépasser la taille totale de la ligne qu'elle remplace ; cela contraint les longueurs des nouveaux préfixes et labels. Définir postfixHasPrefix pour indiquer si la nouvelle ligne intermédiaire de niveau inférieur aura un préfixe, et dans ce cas définir postfixPrefixDatum à la valeur du préfixe. La combinaison de ces deux préfixes et le label additionnel doit avoir la même signification que le préfixe original car il n'y a pas de moyen de modifier le label du nœud qui est déplacé vers la nouvelle ligne de niveau inférieur, ni de modifier une quelconque entrée d'index enfant. Après que ce nœud ait été découpé, la fonction choose sera appelée à nouveau avec la ligne intermédiaire de remplacement. Cet appel devrait retourner un spgAddNode car, à priori, le label du nœud ajouté lors de l'étape de découpage ne correspondra pas à la nouvelle valeur. Ainsi, après cette étape, il y aura une troisième étape qui retournera finalement spgMatchNode et permettra l'insertion pour descendre au niveau feuille.

picksplit

Décide de la manière à suivre pour créer une ligne intermédiaire à partir d'un ensemble de lignes de feuilles.

La déclaration de fonction SQL doit ressembler à :

CREATE FUNCTION mon_decoupage(internal, internal) RETURNS void ...
      

Le premier argument est un pointeur vers une structure C spgPickSplitIn, qui contient les données en entrée de la fonction. Le second argument est un pointeur vers une structure C spgPickSplitOut, qui permet à la fonction d'y spécifier les données en sortie.

typedef struct spgPickSplitIn
{
    int         nTuples;        /* nombre de lignes feuilles */
    Datum      *datums;         /* leur données (tableau de taille nTuples) */
    int         level;          /* niveau actuel (à partir de 0) */
} spgPickSplitIn;

typedef struct spgPickSplitOut
{
    bool        hasPrefix;      /* les nouvelles lignes intermédiaires doivent-elles avoir un préfixe ? */
    Datum       prefixDatum;    /* si oui, la valeur du préfixe */

    int         nNodes;         /* nombre de nœud pour une nouvelle ligne intermédiaire */
    Datum      *nodeLabels;     /* leurs labels (ou NULL s'il n'y a aucun label) */

    int        *mapTuplesToNodes;   /* index du nœud de chaque ligne feuille */
    Datum      *leafTupleDatums;    /* données à stocker dans chaque nouvelle ligne feuille */
} spgPickSplitOut;
      

nTuples est le nombre de lignes feuilles fournies. datums est un tableau de leurs données de type spgConfigOut.leafType. level est le niveau actuel que les lignes feuille concernées partagent, qui deviendra le niveau de la nouvelle ligne intermédiaire.

Définir hasPrefix pour indiquer que la nouvelle ligne intermédiaire doit avoir un préfixe, et dans ce cas, définir prefixDatum à la valeur de ce préfixe. Définir nNodes pour indiquer le nombre de nœuds que contiendra la nouvelle ligne intermédiaire, et spécifier dans nodeLabels un tableau de leurs labels, ou NULL si les labels ne sont pas nécessaires. Attribuer à mapTuplesToNodes un tableau des index (à partir de zéro) des nœuds auquels seront assignés chaque ligne feuille. Attribuer à leafTupleDatums un tableau des valeurs à stocker dans la nouvelle ligne de feuilles (ces valeurs seront les mêmes que celles des données datums fournies en paramètre si la classe d'opérateur ne modifie pas les données d'un niveau à un autre). À noter que la fonction picksplit est responsable de l'allocation de mémoire des tableaux nodeLabels, mapTuplesToNodes et leafTupleDatums.

Si plus d'une ligne de feuille est fournie, il est nécessaire que la fonction picksplit les classent en plus d'un nœud. Dans le cas contraire, il ne sera pas possible de répartir les lignes des feuilles sur des pages différentes, ce qui est pourtant l'objectif de cette opération. À cet effet, si la fonction picksplit se termine après avoir réparti toutes les lignes des feuilles dans le même nœud, le code du moteur de SP-GiST ne tiendra pas compte de cette décision, et générera une ligne intermédiaire dans lequel chaque ligne de feuille sera assigné aléatoirement à plusieurs nœuds de labels identiques. De telles lignes sont marquées allTheSame pour garder une trace de cette décision. Les fonctions choose et inner_consistent doivent tenir compte de ces lignes intermédiaires. Voir Section 64.3.4.3 pour plus d'informations.

picksplit peut être appliqué à une unique ligne de feuille lorsque la fonction config définit longValuesOK à true et qu'une valeur plus large qu'une page est donnée en paramètre. Dans ce cas, l'objectif de la fonction est d'extraire un préfixe et de produire une donnée de feuille moins longue. Cet appel sera répété jusqu'à ce que la donnée de la feuille soit suffisamment petite pour tenir dans une page. Voir Section 64.3.4.1 pour plus d'information.

inner_consistent

Retourne un ensemble de nœuds (branches) à suivre durant une recherche arborescente.

La déclaration SQL de cette fonction doit ressembler à :

CREATE FUNCTION ma_suite_de_nœuds(internal, internal) RETURNS void ...
      

Le premier argument est un pointeur vers une structure C spgInnerConsistentIn, qui contient les données en entrée de la fonction. Le second argument est un pointeur vers une structure C spgInnerConsistentOut, qui permet à la fonction d'y spécifier les données en sortie.

typedef struct spgInnerConsistentIn
{
    ScanKey     scankeys;       /* tableau d'opérateurs et de valeurs de comparaison */
    ScanKey     orderbys;       /* tableau d'opérateurs de tri et comparaison */
                                 * de valeur */
    int         nkeys;          /* taille du tableau scankeys */
    int         norderbys;      /* taille du tableau orderbys */

    Datum       reconstructedValue;     /* valeur reconstruite au niveau parent */
    MemoryContext traversalMemoryContext;   /* placer les nouvelles valeurs ici */
    int         level;          /* niveau actuel (à partir de zéro) */
    bool        returnData;     /* retourner la valeur originale ? */

    /* Données du tuple intermédiaire en cours */
    bool        allTheSame;     /* la ligne est-elle identifiée comme all-the-same ? */
    bool        hasPrefix;      /* la ligne a-t-elle un préfixe ? */
    Datum       prefixDatum;    /* dans ce cas, la valeur du préfixe */
    int         nNodes;         /* nombre de nœuds dans la ligne intermédiaire */
    Datum      *nodeLabels;     /* labels du nœud (NULL si pas de labels) */
    void      **traversalValues;        /* valeurs traverses spécifiques de la classe d'opérateur */
    double    **distances;              /* distances associées */
} spgInnerConsistentIn;

typedef struct spgInnerConsistentOut
{
    int         nNodes;         /* nombre de nœuds enfants à visiter */
    int        *nodeNumbers;    /* leurs index dans le tableau de nœuds */
    int        *levelAdds;      /* l'incrément à apporter au niveau pour chaque enfant */
    Datum      *reconstructedValues;    /* valeurs reconstruites associées */
} spgInnerConsistentOut;
      

Le tableau scankeys, de longueur nkeys, décrit les conditions de recherche d'index. Ces conditions sont combinées avec un opérateur ET. Seuls les entrées d'index qui correspondent à toutes ces conditions sont conservées (à noter que nkeys = 0 implique que toutes les entrées d'index sont conservées). Généralement, la fonction inner_consistent ne tient compte que des champs sk_strategy et sk_argument de chaque entrée de tableau, qui fournissent respectivement l'opérateur indexé et la valeur de comparaison. En particulier, il n'est pas nécessaire de vérifier si sk_flags est NULL car le moteur de SP-GiST aura complété cette valeur. Le tableau orderbys, de longueur norderbys, décrit les opérateurs de tri (s'il y en a) de la même manière. reconstructedValue est la valeur reconstruite pour la ligne parent. La valeur est (Datum) 0 au niveau le plus haut ou si la fonction inner_consistent ne fournit pas de valeur pour le niveau supérieur. traversalValue est un pointer vers toute donnée traverse passée à l'appel précédent de inner_consistent sur l'enregistrement parent de l'index, ou NULL à la racine. traversalMemoryContext est le contexte mémoire de stockage des valeurs traverses en sortie (voir ci-dessous). level est le niveau actuel de la ligne intermédiaire, en commençant à 0 pour le niveau racine. returnData est true pour la valeur reconstruite pour cette requête. Ce n'est le cas que si la fonction config définit canReturnData. allTheSame est true si la ligne intermédiaire en cours est marquée « all-the-same ». Dans ce cas, tous les nœuds ont le même label (si un label est défini) et ainsi soit ils correspondent tous à la requête, soit aucun ne correspond (voir Section 64.3.4.3). hasPrefix est true si la ligne intermédiaire en cours contient un préfixe. Dans ce cas, prefixDatum est sa valeur. nNodes est le nombre de nœuds enfants de la ligne intermédiaire, et nodeLabels est un tableau de leurs labels, ou NULL si les nœuds n'ont pas de labels.

nNodes doit être défini comme le nombre de nœuds enfants qui doivent être visités durant la recherche, et nodeNumbers doit être défini comme le tableau de leurs index. Si la classe d'opérateur effectue le suivi des niveaux, définir levelAdds comme un tableau des incréments à ajouter aux niveaux pour descendre vers chaque nœud à visiter (dans la plupart des cas, les incréments seront les mêmes pour chaque nœud, mais ce n'est pas systématique, et ainsi un tableau est employé). Si la reconstruction de la valeur est nécessaire, définir reconstructedValues en un tableau des valeurs reconstruites pour chaque nœud enfant à visiter. Sinon, laisser reconstructedValues à la valeur NULL. Si une recherche triée est exécutée, initialise distances à un tableau de valeurs de distance suivant le tableau orderbys (les nœuds avec les plus petites distances seront traitées en premier). Laisse NULL sinon. Les valeurs reconstruites sont supposées être de type spgConfigOut.leafType. (Néanmoins, comme le coeur du système ne fera rien avec elles sauf potentiellementles copier, il est suffisant qu'elles aient les mêmes propriétés typlen et typbyval que leafType.) S'il est souhaitable de passer les informations supplémentaires hors bande (« valeurs traverses ») pour diminuer les niveaux de l'arbre de recherche, initialiser traversalValues en un tableau des valeurs traverses appropriées, un pour chaque nœuds enfants à visiter ; sinon laisser traversalValues à NULL. Notez que la fonction inner_consistent est responsable de l'allocation mémoire des tableaux nodeNumbers, levelAdds, distances, reconstructedValues et traversalValues dans le contexte mémoire actuel. Néanmoins, toute valeur traverse en sortie pointée par le tableau traversalValues devrait être allouée dans traversalMemoryContext. Chaque valeur traverse doit être un morceau simple alloué avec la fonction palloc.

leaf_consistent

Retourne true si une ligne de feuille satisfait une requête.

La déclaration SQL de cette fonction doit ressembler à :

CREATE FUNCTION ma_fonction_leaf_consistent(internal, internal) RETURNS bool ...
      

Le premier argument est un pointeur vers une structure C spgLeafConsistentIn, qui contient les données en entrée de la fonction. Le second argument est un pointeur vers une structure C spgLeafConsistentOut, qui permet à la fonction d'y spécifier les données en sortie.

typedef struct spgLeafConsistentIn
{
    ScanKey     scankeys;       /* tableau d'opérateurs et de valeurs de comparaison */
    ScanKey     orderbys;       /* tableau d'opérateurs de tri et comparaison */
                                 * de valeurs */
    int         nkeys;          /* taille du tableau scankeys */
    int         norderbys;      /* taille du tableau orderbys */

    Datum       reconstructedValue;     /* valeur reconstruite au parent */
    void       *traversalValue; /* valeur traverse spécifique à la classe d'opérateur */
    int         level;          /* niveau actuel (à partir de zéro) */
    bool        returnData;     /* les données originales doivent-elles être reconstruites ? */

    Datum       leafDatum;      /* données de la ligne de feuille */
} spgLeafConsistentIn;

typedef struct spgLeafConsistentOut
{
    Datum       leafValue;      /* données originales reconstruites, le cas échéant */
    bool        recheck;        /* définir à true si l'opérateur doit être revérifié */
    Datum       leafValue;        /* valeur d'origine reconstruite, le cas échéant */
    bool        recheck;          /* positionné à true si l'opérateur doit être revérifié */
    bool        recheckDistances; /* positionné à true si les distances doivent être revérifiées */
    double     *distances;        /* associated distances */
} spgLeafConsistentOut;
      

Le tableau scankeys, de longueur nkeys, décrit les conditions de recherche dans l'index. Ces conditions sont uniquement combinées avec AND -- Seules les entrées d'index qui satisfont toutes les conditions satisfont la requête (Notez que nkeys = 0 implique que toutes les entrées de l'index satisfont la requête). Généralement, la fonction de recherche ne tient compte que des champs sk_strategy et sk_argument de chaque entrée du tableau, qui correspondent respectivement à l'opérateur indexable et à la valeur de comparaison. En particulier, il n'est pas nécessaire de vérifier sk_flags pour savoir que la valeur de comparaison est NULL car le code du cœur de SP-GiST filtre ces conditions. Le tableau orderbys, de taille norderbys, décrit les opérateurs de tri de la même manière. reconstructedValue est la valeur reconstruite pour la ligne parent ; Il s'agit de (Datum) 0 au niveau racine ou si la fonction inner_consistent ne fournit pas de valeur au niveau parent. traversalValue est un pointeur vers toute donnée traverse passée lors de l'appel précédent à inner_consistent de l'enregistrement parent de l'index ou NULL à la racine. level est le niveau actuel de la ligne de feuille, qui commence à zéro pour le niveau racine. returnData est true s'il est nécessaire de reconstruire les données pour cette requête. Cela ne sera le cas que lorsque la fonction config vérifie canReturnData. leafDatum est la valeur de la clé stockée de spgConfigOut.leafType dans la ligne de feuille en cours.

La fonction doit retourner true si la ligne de feuille correspond à la requête ou false sinon. Dans le cas où la valeur serait true, et que returnData est true alors leafValue doit être défini à la valeur originale, de type spgConfigIn.attType fournie pour être indexée pour cette ligne de feuille. recheck peut être défini à true si la correspondance est incertaine et ainsi l'opérateur doit être réappliqué à la pile de ligne courante pour vérifier la correspondance. Si une recherche triée est effectuée, positionne distances à un tableau de distance suivant le tableau orderbys Laisse NULL sinon. Si au moins une des distances retournées n'est pas exacte, positionne recheckDistances à true. Dans ce cas, l'exécuteur recalculera la distance exacte après avoir récupéré toutes les lignes de la table, et réordonnera les lignes si besoin.

Les méthodes optionnelles définies par l'utilisateur sont :

Datum compress(Datum in)

Convertit un élément de données dans un format convenable pour un stockage physique dans un enregistrement feuille d'un index. Elle accepte une valeur de type spgConfigIn.attType et renvoie une valeur de type spgConfigOut.leafType. La valeur en sortie ne doit pas contenir un pointeur TOAST hors ligne.

Note : la méthode compress est seulement appliquée aux valeurs à enregistrer. Les méthodes cohérentes reçoivent les clés de parcours non modifiées, sans transformation utilisant compress.

options

Définit un ensemble de paramètres visibles aux utilisateurs qui contrôlent le comportement d'une classe d'opérateur.

La déclaration SQL de la fonction doit ressembler à ceci :

CREATE OR REPLACE FUNCTION my_options(internal)
RETURNS void
AS 'MODULE_PATHNAME'
LANGUAGE C STRICT;
      

La fonction options se voit donné un pointeur vers une structure local_relopts qui doit être remplie avec un ensemble d'options spécifiques à la classe d'opérateur. Les options peuvent être accédées à partir des autres fonctions de support en utilisant les macros PG_HAS_OPCLASS_OPTIONS() et PG_GET_OPCLASS_OPTIONS().

Étant donné que la représentation de la clé dans SP-GiST est flexible, elle peut dépendre de paramètres spécifiés par l'utilisateur.

Toutes les méthodes permettant d'utiliser SP-GiST sont normalement exécutées dans un contexte mémoire de courte durée, c'est-à-dire que CurrentMemoryContext sera remis à zéro après le traitement de chaque ligne. Il n'est cependant pas réellement important de se soucier de désallouer la mémoire allouée avec palloc (la méthode config est une exception : elle essaiera d'éviter les fuites mémoire. Mais généralement, la méthode config ne nécessite rien si ce n'est assigner des constantes aux structures passées en paramètre).

Si la colonne indexée a un type de donnée collationnable, l'index de collationnement sera passé à toutes les méthodes, en utilisant le mécanisme standard PG_GET_COLLATION().

64.3.4. Implémentation #

Cette section traite des détails d'implémentation et d'autres astuces qui sont utiles à connaître pour implémenter des opérateurs de classe SP-GiST.

64.3.4.1. Limites de SP-GiST #

Les lignes de feuille individuelles et les lignes intermédiaires doivent tenir dans une unique page d'index (8 ko par défaut). Cependant, lorsque des données de taille variable sont indexées, les longues valeurs ne sont uniquement supportées que par les arbres suffixés, dans lesquels chaque niveau de l'arbre contient un préfixe qui est suffisamment petit pour tenir dans une page. La classe d'opérateur doit uniquement définir longValuesOK à TRUE si elle supporte ce cas de figure. Dans le cas contraire, le cœur de SP-GiST rejettera l'indexation d'une valeur plus large qu'une page.

De la même manière, il est de la responsabilité de l'opérateur de classe de s'assurer que la taille des lignes intermédiaires soit plus petite qu'une page ; cela limite le nombre de nœuds enfants qui peuvent être utilisés dans une ligne intermédiaire, ainsi que la taille maximum d'un préfixe.

Une autre limite est que lorsqu'un nœud de ligne intermédiaire pointe vers un ensemble de lignes de feuille, ces lignes doivent toutes être dans la même page d'index (il s'agit d'une décision d'architecture pour réduire le temps de recherche et utiliser moins de mémoire dans les liens qui lient de telles lignes ensemble). Si l'ensemble de lignes de feuille grandit plus qu'une page, un découpage est réalisé et un nœud intermédiaire est inséré. Pour que ce mécanisme résolve le problème, le nouveau nœud intermédiaire doit diviser l'ensemble de valeurs de feuilles en plus d'un groupe de nœuds. Si la fonction picksplit de la classe d'opérateur n'y parvient pas, le cœur de SP-GiST met en œuvre des mesures extraordinaires telles que décrites dans Section 64.3.4.3.

Quand longValuesOK vaut true, il est attendu que les niveaux successifs de l'arbre SP-GiST absorbera de plus en plus d'informations dans les prefixes et labels de noeuds des enregistrements internes, rendant la donnes feuille de plus en plus petite, pour qu'à la fin, elle tienne sur un bloc. Pour empêcher les bugs dans les classes d'opérateur, du style boucle d'insertions infinie, le code principal de SP-GiST lèvera une erreur si la donnée feuille ne devient pas plus petite au bout de dix cycles d'appel à la méthode choose.

Quand longValuesOK vaut true, il est attendu que les niveaux successifs de l'arbre SP-GiST absorberont de plus en plus d'informations dans les préfixes et labels de nœuds des lignes internes, rendant la donnée requise pour la feuille de plus en plus petite, jusqu'à ce qu'elle tienne sur un bloc. Pour empêcher que des bugs dans les classes d'opérateur causent des boucles d'insertion infinies, le noyau de SP-GiST lèvera une erreur si la donnée de la feuille ne devient pas plus petite dans les dix cycles d'appel à la méthode choose.

64.3.4.2. SP-GiST sans label de nœud #

Certains algorithmes d'arbres utilisent un ensemble de nœuds figé pour chaque ligne intermédiaire ; par exemple, l'arbre quad-tree impose exactement quatre nœuds correspondant aux quatre coins autour du centroïde de la ligne intermédiaire. Dans ce cas, le code travaille généralement avec les nœuds au moyen de leur identifiant, et le besoin de label de nœud ne se fait pas ressentir. Pour supprimer les labels de nœud (et ainsi gagner de l'espace), la fonction picksplit peut retourner NULL pour le tableau nodeLabels, et de même, la fonction choose peut retourner NULL pour le tableau prefixNodeLabels lors de l'action spgSplitTuple Cela aura pour effet d'obtenir une valeur NULL pour nodeLabels lors des appels aux fonctions choose et inner_consistent. En principe, les labels de nœuds peuvent être utilisés par certaines lignes intermédiaires, et ignorés pour les autres de même index.

Lorsqu'une ligne intermédaire sans label est concerné, la fonction choose ne peut pas retourner spgAddNode car l'ensemble des nœuds est supposé être fixé dans de tels cas.

64.3.4.3. Lignes intermédiaires « All-the-same » #

Le cœur de SP-GiST peut surcharger les résultats de la fonction picksplit de l'opérateur de classe lorsque picksplit ne réussit pas à diviser la valeur de la feuille fournie en au moins un nœud. Dans ce cas, la nouvelle ligne intermédiaire est créée avec de multiples nœuds qui ont tous le même label (si un label est défini) qui est celui attribué au nœud utilisé par picksplit et les valeurs des feuilles sont divisées aléatoirement entre les nœuds équivalents. Le drapeau allTheSame est activé sur la ligne intermédiaire pour signifier aux fonctions choose et inner_consistent que la ligne n'a pas l'ensemble de nœud attendu.

Lorsque le cas d'une ligne allTheSame est rencontré, le résultat de la fonction choose sous la forme spgMatchNode est interprété de manière à ce que la nouvelle valeur puisse être assignée à chacun des nœuds équivalents ; le code du cœur de SP-GiST ignorera la valeur nodeN fournie et descendra dans l'un des nœuds enfants au hasard (pour conserver l'équilibre de l'arbre). Il s'agirait d'une erreur si la fonction choose retournait spgAddNode car tous les nœuds ne seraient pas équivalent ; l'action spgSplitTuple doit être utilisée si la valeur à insérer ne correspond pas aux nœuds existants.

Lorsque le cas d'une ligne allTheSame est rencontré, la fonction inner_consistent peut tout autant retourner tous les nœuds ou aucun des nœuds ciblés pour continuer la recherche indexée car ils sont tous équivalents. Cela peut éventuellement nécessiter du code spécifique, suivant le support réalisé par la fonction inner_consistent concernant la signification des nœuds.

64.3.5. Exemples #

Les sources de PostgreSQL incluent plusieurs exemples de classes d'opérateur d'index pour SP-GiST comme décrit dans Tableau 64.2. Lire le code dans src/backend/access/spgist/ et src/backend/utils/adt/.