HeavyDB中GPU与CPU排序结果不一致问题分析

问题现象

在HeavyDB数据库系统中，当使用keep_table_function_result提示(hint)结合ORDER BY子句查询时，发现GPU执行模式与CPU执行模式产生了不同的排序结果。具体表现为含有NULL值的数据行在两种执行模式下排序位置不一致。

问题复现

通过以下测试用例可以稳定复现该问题：

-- 创建测试表并插入数据
CREATE TABLE t0(c0 bigint);
INSERT INTO t0(c0) VALUES(1);
INSERT INTO t0(c0) VALUES(2);
INSERT INTO t0(c0) VALUES(NULL);

-- CPU模式下执行查询
ALTER SESSION SET EXECUTOR_DEVICE='CPU';
SELECT /*+ keep_table_function_result */ t0.c0 FROM t0 ORDER BY t0.c0 DESC;

-- GPU模式下执行相同查询
ALTER SESSION SET EXECUTOR_DEVICE='GPU';
SELECT /*+ keep_table_function_result */ t0.c0 FROM t0 ORDER BY t0.c0 DESC;

在CPU模式下，NULL值会排在结果集的最前面，而在GPU模式下，NULL值则会出现在结果集的最后面。

技术背景

keep_table_function_result提示

keep_table_function_result是HeavyDB中的一个查询提示，它指示优化器保留表函数的结果而不进行某些优化转换。这个提示通常用于确保特定的执行计划或保持中间结果的完整性。

GPU与CPU执行差异

HeavyDB支持使用GPU加速查询处理，这通常能带来显著的性能提升。然而，GPU和CPU在浮点运算、内存模型和并行处理等方面存在架构差异，可能导致某些边界条件下的行为不一致。

问题分析

这个排序不一致问题可能源于以下几个方面：

1. NULL值处理逻辑差异：GPU和CPU对于NULL值的排序规则实现可能存在细微差别
2. 并行算法差异：GPU通常采用高度并行的算法，而CPU则使用更传统的串行/有限并行算法
3. 提示处理逻辑：keep_table_function_result提示可能影响了不同执行设备上的优化器决策

解决方案

该问题已在HeavyDB v8.0.2版本中得到修复。升级到最新版本可以解决这个排序不一致的问题。

最佳实践建议

1. 版本升级：对于生产环境，建议升级到v8.0.2或更高版本
2. 测试验证：在切换执行设备(CPU/GPU)时，应对关键查询结果进行验证
3. NULL值处理：对于包含NULL值的排序操作，应明确指定NULL值的排序位置(如NULLS FIRST或NULLS LAST)

总结

数据库系统中GPU和CPU执行结果的一致性是一个重要的质量指标。HeavyDB团队通过持续改进已经解决了这个排序不一致问题，体现了该项目对执行结果准确性的重视。开发者在利用GPU加速能力时，也应注意验证关键查询的结果一致性。