这家向量搜索支持异步IO优化了

真前卫, 向量搜索异步IO优化

基于磁盘的向量索引, 如果索引较大(大于内存), 在搜索或rerank(精排)时, 也算是比较重IO的操作.

为了降低IO操作的延迟, PG 17开始引入了异步IO接口, 在文末有响应文章介绍.

vectorchord 从0.4.0版本开始也支持了AIO(包括通过模拟AIO覆盖了PG 17以前的版本).

详见: https://docs.vectorchord.ai/vectorchord/usage/prefetch.html

IO策略通过几个参数来控制, 分别对应vectorchord的rabitq和graph索引接口search和rerank阶段的IO策略.

• vchordrq.io_search
• vchordrq.io_rerank
• vchordg.io_search
• vchordg.io_rerank

可设置的值如下

三种策略的原理如下, 以io_search为例.

vchordrq索引的io_search参数支持三种配置模式，每种模式对应不同的I/O优化策略和实现细节：

配置参数映射

io_search参数通过PostgresIo枚举定义了三种模式 ：

• read_buffer → Io::Plain
• prefetch_buffer → Io::Simple
• read_stream → Io::Stream（仅PostgreSQL 17+支持）

参数转换在vchordrq_io_search()函数中实现 。

实现细节

1. read_buffer (Plain模式)

使用同步的缓冲区读取，没有预取优化 。在搜索阶段使用make_h1_plain_prefetcher和make_h0_plain_prefetcher，在重排序阶段使用PlainPrefetcher 。

2. prefetch_buffer (Simple模式)

使用异步预取缓冲区优化I/O性能 。搜索阶段使用make_h0_simple_prefetcher进行H0元组的预取，重排序阶段使用SimplePrefetcher 。

3. read_stream (Stream模式)

利用PostgreSQL 17+的ReadStream API进行流式读取 。使用StreamPrefetcher和Hints::default()配置 。

ReadStream实现

PostgresReadStream结构体实现了流式读取功能 ，通过PostgreSQL的read_stream_begin_relationAPI创建流 。

配置默认值

默认配置根据PostgreSQL版本自动选择 ：

• PostgreSQL 13-16：默认PrefetchBuffer
• PostgreSQL 17+：默认ReadStream

Notes

这三种模式在maxsim搜索中也有相同的实现模式。io_rerank参数使用相同的配置选项但应用于重排序阶段。每种模式的选择影响内存使用、I/O性能和CPU开销的平衡。

参考

《PG vectorchord 向量索引预热(prewarm)原理》

https://deepwiki.com/search/vchordrqiosearchreadbuffer-pre_9031b9bb-a774-4a7c-ad35-0c0f58dd6714

https://docs.vectorchord.ai/vectorchord/usage/prefetch.html

《PostgreSQL 19 preview - 合理合并 AIO io_uring 的内存映射》

《PostgreSQL 18 preview - bitmap Heap Scan支持AIO批量读》

《PostgreSQL 18 preview - AIO增强 : 增加监控工具、增强测试能力、清理代码、改进错误诊断》

《PostgreSQL 18 AIO & DIO 顶层设计》

《PostgreSQL 18 preview - 异步IO(AIO)应用到缓冲区管理器层面》

《AIO (asynchronous IO) and DIO (direct IO) support for PostgreSQL》