]> granicus.if.org Git - postgresql/blob - src/backend/optimizer/path/costsize.c
Add a back-link from IndexOptInfo structs to their parent RelOptInfo
[postgresql] / src / backend / optimizer / path / costsize.c
1 /*-------------------------------------------------------------------------
2  *
3  * costsize.c
4  *        Routines to compute (and set) relation sizes and path costs
5  *
6  * Path costs are measured in units of disk accesses: one sequential page
7  * fetch has cost 1.  All else is scaled relative to a page fetch, using
8  * the scaling parameters
9  *
10  *      random_page_cost        Cost of a non-sequential page fetch
11  *      cpu_tuple_cost          Cost of typical CPU time to process a tuple
12  *      cpu_index_tuple_cost  Cost of typical CPU time to process an index tuple
13  *      cpu_operator_cost       Cost of CPU time to process a typical WHERE operator
14  *
15  * We also use a rough estimate "effective_cache_size" of the number of
16  * disk pages in Postgres + OS-level disk cache.  (We can't simply use
17  * NBuffers for this purpose because that would ignore the effects of
18  * the kernel's disk cache.)
19  *
20  * Obviously, taking constants for these values is an oversimplification,
21  * but it's tough enough to get any useful estimates even at this level of
22  * detail.      Note that all of these parameters are user-settable, in case
23  * the default values are drastically off for a particular platform.
24  *
25  * We compute two separate costs for each path:
26  *              total_cost: total estimated cost to fetch all tuples
27  *              startup_cost: cost that is expended before first tuple is fetched
28  * In some scenarios, such as when there is a LIMIT or we are implementing
29  * an EXISTS(...) sub-select, it is not necessary to fetch all tuples of the
30  * path's result.  A caller can estimate the cost of fetching a partial
31  * result by interpolating between startup_cost and total_cost.  In detail:
32  *              actual_cost = startup_cost +
33  *                      (total_cost - startup_cost) * tuples_to_fetch / path->parent->rows;
34  * Note that a base relation's rows count (and, by extension, plan_rows for
35  * plan nodes below the LIMIT node) are set without regard to any LIMIT, so
36  * that this equation works properly.  (Also, these routines guarantee not to
37  * set the rows count to zero, so there will be no zero divide.)  The LIMIT is
38  * applied as a top-level plan node.
39  *
40  * For largely historical reasons, most of the routines in this module use
41  * the passed result Path only to store their startup_cost and total_cost
42  * results into.  All the input data they need is passed as separate
43  * parameters, even though much of it could be extracted from the Path.
44  * An exception is made for the cost_XXXjoin() routines, which expect all
45  * the non-cost fields of the passed XXXPath to be filled in.
46  *
47  *
48  * Portions Copyright (c) 1996-2005, PostgreSQL Global Development Group
49  * Portions Copyright (c) 1994, Regents of the University of California
50  *
51  * IDENTIFICATION
52  *        $PostgreSQL: pgsql/src/backend/optimizer/path/costsize.c,v 1.139 2005/03/27 06:29:35 tgl Exp $
53  *
54  *-------------------------------------------------------------------------
55  */
56
57 #include "postgres.h"
58
59 #include <math.h>
60
61 #include "catalog/pg_statistic.h"
62 #include "executor/nodeHash.h"
63 #include "miscadmin.h"
64 #include "optimizer/clauses.h"
65 #include "optimizer/cost.h"
66 #include "optimizer/pathnode.h"
67 #include "optimizer/plancat.h"
68 #include "parser/parsetree.h"
69 #include "utils/selfuncs.h"
70 #include "utils/lsyscache.h"
71 #include "utils/syscache.h"
72
73
74 #define LOG2(x)  (log(x) / 0.693147180559945)
75 #define LOG6(x)  (log(x) / 1.79175946922805)
76
77 /*
78  * Some Paths return less than the nominal number of rows of their parent
79  * relations; join nodes need to do this to get the correct input count:
80  */
81 #define PATH_ROWS(path) \
82         (IsA(path, UniquePath) ? \
83          ((UniquePath *) (path))->rows : \
84          (path)->parent->rows)
85
86
87 double          effective_cache_size = DEFAULT_EFFECTIVE_CACHE_SIZE;
88 double          random_page_cost = DEFAULT_RANDOM_PAGE_COST;
89 double          cpu_tuple_cost = DEFAULT_CPU_TUPLE_COST;
90 double          cpu_index_tuple_cost = DEFAULT_CPU_INDEX_TUPLE_COST;
91 double          cpu_operator_cost = DEFAULT_CPU_OPERATOR_COST;
92
93 Cost            disable_cost = 100000000.0;
94
95 bool            enable_seqscan = true;
96 bool            enable_indexscan = true;
97 bool            enable_tidscan = true;
98 bool            enable_sort = true;
99 bool            enable_hashagg = true;
100 bool            enable_nestloop = true;
101 bool            enable_mergejoin = true;
102 bool            enable_hashjoin = true;
103
104
105 static bool cost_qual_eval_walker(Node *node, QualCost *total);
106 static Selectivity approx_selectivity(Query *root, List *quals,
107                                    JoinType jointype);
108 static Selectivity join_in_selectivity(JoinPath *path, Query *root);
109 static void set_rel_width(Query *root, RelOptInfo *rel);
110 static double relation_byte_size(double tuples, int width);
111 static double page_size(double tuples, int width);
112
113
114 /*
115  * clamp_row_est
116  *              Force a row-count estimate to a sane value.
117  */
118 double
119 clamp_row_est(double nrows)
120 {
121         /*
122          * Force estimate to be at least one row, to make explain output look
123          * better and to avoid possible divide-by-zero when interpolating
124          * costs.  Make it an integer, too.
125          */
126         if (nrows < 1.0)
127                 nrows = 1.0;
128         else
129                 nrows = ceil(nrows);
130
131         return nrows;
132 }
133
134
135 /*
136  * cost_seqscan
137  *        Determines and returns the cost of scanning a relation sequentially.
138  */
139 void
140 cost_seqscan(Path *path, Query *root,
141                          RelOptInfo *baserel)
142 {
143         Cost            startup_cost = 0;
144         Cost            run_cost = 0;
145         Cost            cpu_per_tuple;
146
147         /* Should only be applied to base relations */
148         Assert(baserel->relid > 0);
149         Assert(baserel->rtekind == RTE_RELATION);
150
151         if (!enable_seqscan)
152                 startup_cost += disable_cost;
153
154         /*
155          * disk costs
156          *
157          * The cost of reading a page sequentially is 1.0, by definition. Note
158          * that the Unix kernel will typically do some amount of read-ahead
159          * optimization, so that this cost is less than the true cost of
160          * reading a page from disk.  We ignore that issue here, but must take
161          * it into account when estimating the cost of non-sequential
162          * accesses!
163          */
164         run_cost += baserel->pages; /* sequential fetches with cost 1.0 */
165
166         /* CPU costs */
167         startup_cost += baserel->baserestrictcost.startup;
168         cpu_per_tuple = cpu_tuple_cost + baserel->baserestrictcost.per_tuple;
169         run_cost += cpu_per_tuple * baserel->tuples;
170
171         path->startup_cost = startup_cost;
172         path->total_cost = startup_cost + run_cost;
173 }
174
175 /*
176  * cost_nonsequential_access
177  *        Estimate the cost of accessing one page at random from a relation
178  *        (or sort temp file) of the given size in pages.
179  *
180  * The simplistic model that the cost is random_page_cost is what we want
181  * to use for large relations; but for small ones that is a serious
182  * overestimate because of the effects of caching.      This routine tries to
183  * account for that.
184  *
185  * Unfortunately we don't have any good way of estimating the effective cache
186  * size we are working with --- we know that Postgres itself has NBuffers
187  * internal buffers, but the size of the kernel's disk cache is uncertain,
188  * and how much of it we get to use is even less certain.  We punt the problem
189  * for now by assuming we are given an effective_cache_size parameter.
190  *
191  * Given a guesstimated cache size, we estimate the actual I/O cost per page
192  * with the entirely ad-hoc equations (writing relsize for
193  * relpages/effective_cache_size):
194  *      if relsize >= 1:
195  *              random_page_cost - (random_page_cost-1)/2 * (1/relsize)
196  *      if relsize < 1:
197  *              1 + ((random_page_cost-1)/2) * relsize ** 2
198  * These give the right asymptotic behavior (=> 1.0 as relpages becomes
199  * small, => random_page_cost as it becomes large) and meet in the middle
200  * with the estimate that the cache is about 50% effective for a relation
201  * of the same size as effective_cache_size.  (XXX this is probably all
202  * wrong, but I haven't been able to find any theory about how effective
203  * a disk cache should be presumed to be.)
204  */
205 static Cost
206 cost_nonsequential_access(double relpages)
207 {
208         double          relsize;
209
210         /* don't crash on bad input data */
211         if (relpages <= 0.0 || effective_cache_size <= 0.0)
212                 return random_page_cost;
213
214         relsize = relpages / effective_cache_size;
215
216         if (relsize >= 1.0)
217                 return random_page_cost - (random_page_cost - 1.0) * 0.5 / relsize;
218         else
219                 return 1.0 + (random_page_cost - 1.0) * 0.5 * relsize * relsize;
220 }
221
222 /*
223  * cost_index
224  *        Determines and returns the cost of scanning a relation using an index.
225  *
226  *        NOTE: an indexscan plan node can actually represent several passes,
227  *        but here we consider the cost of just one pass.
228  *
229  * 'root' is the query root
230  * 'index' is the index to be used
231  * 'indexQuals' is the list of applicable qual clauses (implicit AND semantics)
232  * 'is_injoin' is T if we are considering using the index scan as the inside
233  *              of a nestloop join (hence, some of the indexQuals are join clauses)
234  *
235  * NOTE: 'indexQuals' must contain only clauses usable as index restrictions.
236  * Any additional quals evaluated as qpquals may reduce the number of returned
237  * tuples, but they won't reduce the number of tuples we have to fetch from
238  * the table, so they don't reduce the scan cost.
239  *
240  * NOTE: as of 8.0, indexQuals is a list of RestrictInfo nodes, where formerly
241  * it was a list of bare clause expressions.
242  */
243 void
244 cost_index(Path *path, Query *root,
245                    IndexOptInfo *index,
246                    List *indexQuals,
247                    bool is_injoin)
248 {
249         RelOptInfo *baserel = index->rel;
250         Cost            startup_cost = 0;
251         Cost            run_cost = 0;
252         Cost            indexStartupCost;
253         Cost            indexTotalCost;
254         Selectivity indexSelectivity;
255         double          indexCorrelation,
256                                 csquared;
257         Cost            min_IO_cost,
258                                 max_IO_cost;
259         Cost            cpu_per_tuple;
260         double          tuples_fetched;
261         double          pages_fetched;
262         double          T,
263                                 b;
264
265         /* Should only be applied to base relations */
266         Assert(IsA(baserel, RelOptInfo) &&
267                    IsA(index, IndexOptInfo));
268         Assert(baserel->relid > 0);
269         Assert(baserel->rtekind == RTE_RELATION);
270
271         if (!enable_indexscan)
272                 startup_cost += disable_cost;
273
274         /*
275          * Call index-access-method-specific code to estimate the processing
276          * cost for scanning the index, as well as the selectivity of the
277          * index (ie, the fraction of main-table tuples we will have to
278          * retrieve) and its correlation to the main-table tuple order.
279          */
280         OidFunctionCall8(index->amcostestimate,
281                                          PointerGetDatum(root),
282                                          PointerGetDatum(baserel),
283                                          PointerGetDatum(index),
284                                          PointerGetDatum(indexQuals),
285                                          PointerGetDatum(&indexStartupCost),
286                                          PointerGetDatum(&indexTotalCost),
287                                          PointerGetDatum(&indexSelectivity),
288                                          PointerGetDatum(&indexCorrelation));
289
290         /* all costs for touching index itself included here */
291         startup_cost += indexStartupCost;
292         run_cost += indexTotalCost - indexStartupCost;
293
294         /*----------
295          * Estimate number of main-table tuples and pages fetched.
296          *
297          * When the index ordering is uncorrelated with the table ordering,
298          * we use an approximation proposed by Mackert and Lohman, "Index Scans
299          * Using a Finite LRU Buffer: A Validated I/O Model", ACM Transactions
300          * on Database Systems, Vol. 14, No. 3, September 1989, Pages 401-424.
301          * The Mackert and Lohman approximation is that the number of pages
302          * fetched is
303          *      PF =
304          *              min(2TNs/(2T+Ns), T)                    when T <= b
305          *              2TNs/(2T+Ns)                                    when T > b and Ns <= 2Tb/(2T-b)
306          *              b + (Ns - 2Tb/(2T-b))*(T-b)/T   when T > b and Ns > 2Tb/(2T-b)
307          * where
308          *              T = # pages in table
309          *              N = # tuples in table
310          *              s = selectivity = fraction of table to be scanned
311          *              b = # buffer pages available (we include kernel space here)
312          *
313          * When the index ordering is exactly correlated with the table ordering
314          * (just after a CLUSTER, for example), the number of pages fetched should
315          * be just sT.  What's more, these will be sequential fetches, not the
316          * random fetches that occur in the uncorrelated case.  So, depending on
317          * the extent of correlation, we should estimate the actual I/O cost
318          * somewhere between s * T * 1.0 and PF * random_cost.  We currently
319          * interpolate linearly between these two endpoints based on the
320          * correlation squared (XXX is that appropriate?).
321          *
322          * In any case the number of tuples fetched is Ns.
323          *----------
324          */
325
326         tuples_fetched = clamp_row_est(indexSelectivity * baserel->tuples);
327
328         /* This part is the Mackert and Lohman formula */
329
330         T = (baserel->pages > 1) ? (double) baserel->pages : 1.0;
331         b = (effective_cache_size > 1) ? effective_cache_size : 1.0;
332
333         if (T <= b)
334         {
335                 pages_fetched =
336                         (2.0 * T * tuples_fetched) / (2.0 * T + tuples_fetched);
337                 if (pages_fetched > T)
338                         pages_fetched = T;
339         }
340         else
341         {
342                 double          lim;
343
344                 lim = (2.0 * T * b) / (2.0 * T - b);
345                 if (tuples_fetched <= lim)
346                 {
347                         pages_fetched =
348                                 (2.0 * T * tuples_fetched) / (2.0 * T + tuples_fetched);
349                 }
350                 else
351                 {
352                         pages_fetched =
353                                 b + (tuples_fetched - lim) * (T - b) / T;
354                 }
355         }
356
357         /*
358          * min_IO_cost corresponds to the perfectly correlated case
359          * (csquared=1), max_IO_cost to the perfectly uncorrelated case
360          * (csquared=0).  Note that we just charge random_page_cost per page
361          * in the uncorrelated case, rather than using
362          * cost_nonsequential_access, since we've already accounted for
363          * caching effects by using the Mackert model.
364          */
365         min_IO_cost = ceil(indexSelectivity * T);
366         max_IO_cost = pages_fetched * random_page_cost;
367
368         /*
369          * Now interpolate based on estimated index order correlation to get
370          * total disk I/O cost for main table accesses.
371          */
372         csquared = indexCorrelation * indexCorrelation;
373
374         run_cost += max_IO_cost + csquared * (min_IO_cost - max_IO_cost);
375
376         /*
377          * Estimate CPU costs per tuple.
378          *
379          * Normally the indexquals will be removed from the list of restriction
380          * clauses that we have to evaluate as qpquals, so we should subtract
381          * their costs from baserestrictcost.  But if we are doing a join then
382          * some of the indexquals are join clauses and shouldn't be
383          * subtracted. Rather than work out exactly how much to subtract, we
384          * don't subtract anything.
385          */
386         startup_cost += baserel->baserestrictcost.startup;
387         cpu_per_tuple = cpu_tuple_cost + baserel->baserestrictcost.per_tuple;
388
389         if (!is_injoin)
390         {
391                 QualCost        index_qual_cost;
392
393                 cost_qual_eval(&index_qual_cost, indexQuals);
394                 /* any startup cost still has to be paid ... */
395                 cpu_per_tuple -= index_qual_cost.per_tuple;
396         }
397
398         run_cost += cpu_per_tuple * tuples_fetched;
399
400         path->startup_cost = startup_cost;
401         path->total_cost = startup_cost + run_cost;
402 }
403
404 /*
405  * cost_tidscan
406  *        Determines and returns the cost of scanning a relation using TIDs.
407  */
408 void
409 cost_tidscan(Path *path, Query *root,
410                          RelOptInfo *baserel, List *tideval)
411 {
412         Cost            startup_cost = 0;
413         Cost            run_cost = 0;
414         Cost            cpu_per_tuple;
415         int                     ntuples = list_length(tideval);
416
417         /* Should only be applied to base relations */
418         Assert(baserel->relid > 0);
419         Assert(baserel->rtekind == RTE_RELATION);
420
421         if (!enable_tidscan)
422                 startup_cost += disable_cost;
423
424         /* disk costs --- assume each tuple on a different page */
425         run_cost += random_page_cost * ntuples;
426
427         /* CPU costs */
428         startup_cost += baserel->baserestrictcost.startup;
429         cpu_per_tuple = cpu_tuple_cost + baserel->baserestrictcost.per_tuple;
430         run_cost += cpu_per_tuple * ntuples;
431
432         path->startup_cost = startup_cost;
433         path->total_cost = startup_cost + run_cost;
434 }
435
436 /*
437  * cost_subqueryscan
438  *        Determines and returns the cost of scanning a subquery RTE.
439  */
440 void
441 cost_subqueryscan(Path *path, RelOptInfo *baserel)
442 {
443         Cost            startup_cost;
444         Cost            run_cost;
445         Cost            cpu_per_tuple;
446
447         /* Should only be applied to base relations that are subqueries */
448         Assert(baserel->relid > 0);
449         Assert(baserel->rtekind == RTE_SUBQUERY);
450
451         /*
452          * Cost of path is cost of evaluating the subplan, plus cost of
453          * evaluating any restriction clauses that will be attached to the
454          * SubqueryScan node, plus cpu_tuple_cost to account for selection and
455          * projection overhead.
456          */
457         path->startup_cost = baserel->subplan->startup_cost;
458         path->total_cost = baserel->subplan->total_cost;
459
460         startup_cost = baserel->baserestrictcost.startup;
461         cpu_per_tuple = cpu_tuple_cost + baserel->baserestrictcost.per_tuple;
462         run_cost = cpu_per_tuple * baserel->tuples;
463
464         path->startup_cost += startup_cost;
465         path->total_cost += startup_cost + run_cost;
466 }
467
468 /*
469  * cost_functionscan
470  *        Determines and returns the cost of scanning a function RTE.
471  */
472 void
473 cost_functionscan(Path *path, Query *root, RelOptInfo *baserel)
474 {
475         Cost            startup_cost = 0;
476         Cost            run_cost = 0;
477         Cost            cpu_per_tuple;
478
479         /* Should only be applied to base relations that are functions */
480         Assert(baserel->relid > 0);
481         Assert(baserel->rtekind == RTE_FUNCTION);
482
483         /*
484          * For now, estimate function's cost at one operator eval per function
485          * call.  Someday we should revive the function cost estimate columns
486          * in pg_proc...
487          */
488         cpu_per_tuple = cpu_operator_cost;
489
490         /* Add scanning CPU costs */
491         startup_cost += baserel->baserestrictcost.startup;
492         cpu_per_tuple += cpu_tuple_cost + baserel->baserestrictcost.per_tuple;
493         run_cost += cpu_per_tuple * baserel->tuples;
494
495         path->startup_cost = startup_cost;
496         path->total_cost = startup_cost + run_cost;
497 }
498
499 /*
500  * cost_sort
501  *        Determines and returns the cost of sorting a relation, including
502  *        the cost of reading the input data.
503  *
504  * If the total volume of data to sort is less than work_mem, we will do
505  * an in-memory sort, which requires no I/O and about t*log2(t) tuple
506  * comparisons for t tuples.
507  *
508  * If the total volume exceeds work_mem, we switch to a tape-style merge
509  * algorithm.  There will still be about t*log2(t) tuple comparisons in
510  * total, but we will also need to write and read each tuple once per
511  * merge pass.  We expect about ceil(log6(r)) merge passes where r is the
512  * number of initial runs formed (log6 because tuplesort.c uses six-tape
513  * merging).  Since the average initial run should be about twice work_mem,
514  * we have
515  *              disk traffic = 2 * relsize * ceil(log6(p / (2*work_mem)))
516  *              cpu = comparison_cost * t * log2(t)
517  *
518  * The disk traffic is assumed to be half sequential and half random
519  * accesses (XXX can't we refine that guess?)
520  *
521  * We charge two operator evals per tuple comparison, which should be in
522  * the right ballpark in most cases.
523  *
524  * 'pathkeys' is a list of sort keys
525  * 'input_cost' is the total cost for reading the input data
526  * 'tuples' is the number of tuples in the relation
527  * 'width' is the average tuple width in bytes
528  *
529  * NOTE: some callers currently pass NIL for pathkeys because they
530  * can't conveniently supply the sort keys.  Since this routine doesn't
531  * currently do anything with pathkeys anyway, that doesn't matter...
532  * but if it ever does, it should react gracefully to lack of key data.
533  * (Actually, the thing we'd most likely be interested in is just the number
534  * of sort keys, which all callers *could* supply.)
535  */
536 void
537 cost_sort(Path *path, Query *root,
538                   List *pathkeys, Cost input_cost, double tuples, int width)
539 {
540         Cost            startup_cost = input_cost;
541         Cost            run_cost = 0;
542         double          nbytes = relation_byte_size(tuples, width);
543         long            work_mem_bytes = work_mem * 1024L;
544
545         if (!enable_sort)
546                 startup_cost += disable_cost;
547
548         /*
549          * We want to be sure the cost of a sort is never estimated as zero,
550          * even if passed-in tuple count is zero.  Besides, mustn't do
551          * log(0)...
552          */
553         if (tuples < 2.0)
554                 tuples = 2.0;
555
556         /*
557          * CPU costs
558          *
559          * Assume about two operator evals per tuple comparison and N log2 N
560          * comparisons
561          */
562         startup_cost += 2.0 * cpu_operator_cost * tuples * LOG2(tuples);
563
564         /* disk costs */
565         if (nbytes > work_mem_bytes)
566         {
567                 double          npages = ceil(nbytes / BLCKSZ);
568                 double          nruns = (nbytes / work_mem_bytes) * 0.5;
569                 double          log_runs = ceil(LOG6(nruns));
570                 double          npageaccesses;
571
572                 if (log_runs < 1.0)
573                         log_runs = 1.0;
574                 npageaccesses = 2.0 * npages * log_runs;
575                 /* Assume half are sequential (cost 1), half are not */
576                 startup_cost += npageaccesses *
577                         (1.0 + cost_nonsequential_access(npages)) * 0.5;
578         }
579
580         /*
581          * Also charge a small amount (arbitrarily set equal to operator cost)
582          * per extracted tuple.
583          */
584         run_cost += cpu_operator_cost * tuples;
585
586         path->startup_cost = startup_cost;
587         path->total_cost = startup_cost + run_cost;
588 }
589
590 /*
591  * cost_material
592  *        Determines and returns the cost of materializing a relation, including
593  *        the cost of reading the input data.
594  *
595  * If the total volume of data to materialize exceeds work_mem, we will need
596  * to write it to disk, so the cost is much higher in that case.
597  */
598 void
599 cost_material(Path *path,
600                           Cost input_cost, double tuples, int width)
601 {
602         Cost            startup_cost = input_cost;
603         Cost            run_cost = 0;
604         double          nbytes = relation_byte_size(tuples, width);
605         long            work_mem_bytes = work_mem * 1024L;
606
607         /* disk costs */
608         if (nbytes > work_mem_bytes)
609         {
610                 double          npages = ceil(nbytes / BLCKSZ);
611
612                 /* We'll write during startup and read during retrieval */
613                 startup_cost += npages;
614                 run_cost += npages;
615         }
616
617         /*
618          * Charge a very small amount per inserted tuple, to reflect bookkeeping
619          * costs.  We use cpu_tuple_cost/10 for this.  This is needed to break
620          * the tie that would otherwise exist between nestloop with A outer,
621          * materialized B inner and nestloop with B outer, materialized A inner.
622          * The extra cost ensures we'll prefer materializing the smaller rel.
623          */
624         startup_cost += cpu_tuple_cost * 0.1 * tuples;
625
626         /*
627          * Also charge a small amount per extracted tuple.      We use
628          * cpu_tuple_cost so that it doesn't appear worthwhile to materialize
629          * a bare seqscan.
630          */
631         run_cost += cpu_tuple_cost * tuples;
632
633         path->startup_cost = startup_cost;
634         path->total_cost = startup_cost + run_cost;
635 }
636
637 /*
638  * cost_agg
639  *              Determines and returns the cost of performing an Agg plan node,
640  *              including the cost of its input.
641  *
642  * Note: when aggstrategy == AGG_SORTED, caller must ensure that input costs
643  * are for appropriately-sorted input.
644  */
645 void
646 cost_agg(Path *path, Query *root,
647                  AggStrategy aggstrategy, int numAggs,
648                  int numGroupCols, double numGroups,
649                  Cost input_startup_cost, Cost input_total_cost,
650                  double input_tuples)
651 {
652         Cost            startup_cost;
653         Cost            total_cost;
654
655         /*
656          * We charge one cpu_operator_cost per aggregate function per input
657          * tuple, and another one per output tuple (corresponding to transfn
658          * and finalfn calls respectively).  If we are grouping, we charge an
659          * additional cpu_operator_cost per grouping column per input tuple
660          * for grouping comparisons.
661          *
662          * We will produce a single output tuple if not grouping, and a tuple per
663          * group otherwise.
664          *
665          * Note: in this cost model, AGG_SORTED and AGG_HASHED have exactly the
666          * same total CPU cost, but AGG_SORTED has lower startup cost.  If the
667          * input path is already sorted appropriately, AGG_SORTED should be
668          * preferred (since it has no risk of memory overflow).  This will
669          * happen as long as the computed total costs are indeed exactly equal
670          * --- but if there's roundoff error we might do the wrong thing.  So
671          * be sure that the computations below form the same intermediate
672          * values in the same order.
673          */
674         if (aggstrategy == AGG_PLAIN)
675         {
676                 startup_cost = input_total_cost;
677                 startup_cost += cpu_operator_cost * (input_tuples + 1) * numAggs;
678                 /* we aren't grouping */
679                 total_cost = startup_cost;
680         }
681         else if (aggstrategy == AGG_SORTED)
682         {
683                 /* Here we are able to deliver output on-the-fly */
684                 startup_cost = input_startup_cost;
685                 total_cost = input_total_cost;
686                 /* calcs phrased this way to match HASHED case, see note above */
687                 total_cost += cpu_operator_cost * input_tuples * numGroupCols;
688                 total_cost += cpu_operator_cost * input_tuples * numAggs;
689                 total_cost += cpu_operator_cost * numGroups * numAggs;
690         }
691         else
692         {
693                 /* must be AGG_HASHED */
694                 startup_cost = input_total_cost;
695                 startup_cost += cpu_operator_cost * input_tuples * numGroupCols;
696                 startup_cost += cpu_operator_cost * input_tuples * numAggs;
697                 total_cost = startup_cost;
698                 total_cost += cpu_operator_cost * numGroups * numAggs;
699         }
700
701         path->startup_cost = startup_cost;
702         path->total_cost = total_cost;
703 }
704
705 /*
706  * cost_group
707  *              Determines and returns the cost of performing a Group plan node,
708  *              including the cost of its input.
709  *
710  * Note: caller must ensure that input costs are for appropriately-sorted
711  * input.
712  */
713 void
714 cost_group(Path *path, Query *root,
715                    int numGroupCols, double numGroups,
716                    Cost input_startup_cost, Cost input_total_cost,
717                    double input_tuples)
718 {
719         Cost            startup_cost;
720         Cost            total_cost;
721
722         startup_cost = input_startup_cost;
723         total_cost = input_total_cost;
724
725         /*
726          * Charge one cpu_operator_cost per comparison per input tuple. We
727          * assume all columns get compared at most of the tuples.
728          */
729         total_cost += cpu_operator_cost * input_tuples * numGroupCols;
730
731         path->startup_cost = startup_cost;
732         path->total_cost = total_cost;
733 }
734
735 /*
736  * cost_nestloop
737  *        Determines and returns the cost of joining two relations using the
738  *        nested loop algorithm.
739  *
740  * 'path' is already filled in except for the cost fields
741  */
742 void
743 cost_nestloop(NestPath *path, Query *root)
744 {
745         Path       *outer_path = path->outerjoinpath;
746         Path       *inner_path = path->innerjoinpath;
747         Cost            startup_cost = 0;
748         Cost            run_cost = 0;
749         Cost            cpu_per_tuple;
750         QualCost        restrict_qual_cost;
751         double          outer_path_rows = PATH_ROWS(outer_path);
752         double          inner_path_rows = PATH_ROWS(inner_path);
753         double          ntuples;
754         Selectivity joininfactor;
755
756         /*
757          * If inner path is an indexscan, be sure to use its estimated output
758          * row count, which may be lower than the restriction-clause-only row
759          * count of its parent.  (We don't include this case in the PATH_ROWS
760          * macro because it applies *only* to a nestloop's inner relation.)
761          */
762         if (IsA(inner_path, IndexPath))
763                 inner_path_rows = ((IndexPath *) inner_path)->rows;
764
765         if (!enable_nestloop)
766                 startup_cost += disable_cost;
767
768         /*
769          * If we're doing JOIN_IN then we will stop scanning inner tuples for
770          * an outer tuple as soon as we have one match.  Account for the
771          * effects of this by scaling down the cost estimates in proportion to
772          * the JOIN_IN selectivity.  (This assumes that all the quals attached
773          * to the join are IN quals, which should be true.)
774          */
775         joininfactor = join_in_selectivity(path, root);
776
777         /* cost of source data */
778
779         /*
780          * NOTE: clearly, we must pay both outer and inner paths' startup_cost
781          * before we can start returning tuples, so the join's startup cost is
782          * their sum.  What's not so clear is whether the inner path's
783          * startup_cost must be paid again on each rescan of the inner path.
784          * This is not true if the inner path is materialized or is a
785          * hashjoin, but probably is true otherwise.
786          */
787         startup_cost += outer_path->startup_cost + inner_path->startup_cost;
788         run_cost += outer_path->total_cost - outer_path->startup_cost;
789         if (IsA(inner_path, MaterialPath) ||
790                 IsA(inner_path, HashPath))
791         {
792                 /* charge only run cost for each iteration of inner path */
793         }
794         else
795         {
796                 /*
797                  * charge startup cost for each iteration of inner path, except we
798                  * already charged the first startup_cost in our own startup
799                  */
800                 run_cost += (outer_path_rows - 1) * inner_path->startup_cost;
801         }
802         run_cost += outer_path_rows *
803                 (inner_path->total_cost - inner_path->startup_cost) * joininfactor;
804
805         /*
806          * Compute number of tuples processed (not number emitted!)
807          */
808         ntuples = outer_path_rows * inner_path_rows * joininfactor;
809
810         /* CPU costs */
811         cost_qual_eval(&restrict_qual_cost, path->joinrestrictinfo);
812         startup_cost += restrict_qual_cost.startup;
813         cpu_per_tuple = cpu_tuple_cost + restrict_qual_cost.per_tuple;
814         run_cost += cpu_per_tuple * ntuples;
815
816         path->path.startup_cost = startup_cost;
817         path->path.total_cost = startup_cost + run_cost;
818 }
819
820 /*
821  * cost_mergejoin
822  *        Determines and returns the cost of joining two relations using the
823  *        merge join algorithm.
824  *
825  * 'path' is already filled in except for the cost fields
826  *
827  * Notes: path's mergeclauses should be a subset of the joinrestrictinfo list;
828  * outersortkeys and innersortkeys are lists of the keys to be used
829  * to sort the outer and inner relations, or NIL if no explicit
830  * sort is needed because the source path is already ordered.
831  */
832 void
833 cost_mergejoin(MergePath *path, Query *root)
834 {
835         Path       *outer_path = path->jpath.outerjoinpath;
836         Path       *inner_path = path->jpath.innerjoinpath;
837         List       *mergeclauses = path->path_mergeclauses;
838         List       *outersortkeys = path->outersortkeys;
839         List       *innersortkeys = path->innersortkeys;
840         Cost            startup_cost = 0;
841         Cost            run_cost = 0;
842         Cost            cpu_per_tuple;
843         Selectivity merge_selec;
844         QualCost        merge_qual_cost;
845         QualCost        qp_qual_cost;
846         RestrictInfo *firstclause;
847         double          outer_path_rows = PATH_ROWS(outer_path);
848         double          inner_path_rows = PATH_ROWS(inner_path);
849         double          outer_rows,
850                                 inner_rows;
851         double          mergejointuples,
852                                 rescannedtuples;
853         double          rescanratio;
854         Selectivity outerscansel,
855                                 innerscansel;
856         Selectivity joininfactor;
857         Path            sort_path;              /* dummy for result of cost_sort */
858
859         if (!enable_mergejoin)
860                 startup_cost += disable_cost;
861
862         /*
863          * Compute cost and selectivity of the mergequals and qpquals (other
864          * restriction clauses) separately.  We use approx_selectivity here
865          * for speed --- in most cases, any errors won't affect the result
866          * much.
867          *
868          * Note: it's probably bogus to use the normal selectivity calculation
869          * here when either the outer or inner path is a UniquePath.
870          */
871         merge_selec = approx_selectivity(root, mergeclauses,
872                                                                          path->jpath.jointype);
873         cost_qual_eval(&merge_qual_cost, mergeclauses);
874         cost_qual_eval(&qp_qual_cost, path->jpath.joinrestrictinfo);
875         qp_qual_cost.startup -= merge_qual_cost.startup;
876         qp_qual_cost.per_tuple -= merge_qual_cost.per_tuple;
877
878         /* approx # tuples passing the merge quals */
879         mergejointuples = clamp_row_est(merge_selec * outer_path_rows * inner_path_rows);
880
881         /*
882          * When there are equal merge keys in the outer relation, the
883          * mergejoin must rescan any matching tuples in the inner relation.
884          * This means re-fetching inner tuples.  Our cost model for this is
885          * that a re-fetch costs the same as an original fetch, which is
886          * probably an overestimate; but on the other hand we ignore the
887          * bookkeeping costs of mark/restore. Not clear if it's worth
888          * developing a more refined model.
889          *
890          * The number of re-fetches can be estimated approximately as size of
891          * merge join output minus size of inner relation.      Assume that the
892          * distinct key values are 1, 2, ..., and denote the number of values
893          * of each key in the outer relation as m1, m2, ...; in the inner
894          * relation, n1, n2, ...  Then we have
895          *
896          * size of join = m1 * n1 + m2 * n2 + ...
897          *
898          * number of rescanned tuples = (m1 - 1) * n1 + (m2 - 1) * n2 + ... = m1 *
899          * n1 + m2 * n2 + ... - (n1 + n2 + ...) = size of join - size of inner
900          * relation
901          *
902          * This equation works correctly for outer tuples having no inner match
903          * (nk = 0), but not for inner tuples having no outer match (mk = 0);
904          * we are effectively subtracting those from the number of rescanned
905          * tuples, when we should not.  Can we do better without expensive
906          * selectivity computations?
907          */
908         if (IsA(outer_path, UniquePath))
909                 rescannedtuples = 0;
910         else
911         {
912                 rescannedtuples = mergejointuples - inner_path_rows;
913                 /* Must clamp because of possible underestimate */
914                 if (rescannedtuples < 0)
915                         rescannedtuples = 0;
916         }
917         /* We'll inflate inner run cost this much to account for rescanning */
918         rescanratio = 1.0 + (rescannedtuples / inner_path_rows);
919
920         /*
921          * A merge join will stop as soon as it exhausts either input stream.
922          * Estimate fraction of the left and right inputs that will actually
923          * need to be scanned.  We use only the first (most significant) merge
924          * clause for this purpose.
925          *
926          * Since this calculation is somewhat expensive, and will be the same for
927          * all mergejoin paths associated with the merge clause, we cache the
928          * results in the RestrictInfo node.
929          */
930         if (mergeclauses)
931         {
932                 firstclause = (RestrictInfo *) linitial(mergeclauses);
933                 if (firstclause->left_mergescansel < 0) /* not computed yet? */
934                         mergejoinscansel(root, (Node *) firstclause->clause,
935                                                          &firstclause->left_mergescansel,
936                                                          &firstclause->right_mergescansel);
937
938                 if (bms_is_subset(firstclause->left_relids, outer_path->parent->relids))
939                 {
940                         /* left side of clause is outer */
941                         outerscansel = firstclause->left_mergescansel;
942                         innerscansel = firstclause->right_mergescansel;
943                 }
944                 else
945                 {
946                         /* left side of clause is inner */
947                         outerscansel = firstclause->right_mergescansel;
948                         innerscansel = firstclause->left_mergescansel;
949                 }
950         }
951         else
952         {
953                 /* cope with clauseless mergejoin */
954                 outerscansel = innerscansel = 1.0;
955         }
956
957         /* convert selectivity to row count; must scan at least one row */
958         outer_rows = clamp_row_est(outer_path_rows * outerscansel);
959         inner_rows = clamp_row_est(inner_path_rows * innerscansel);
960
961         /*
962          * Readjust scan selectivities to account for above rounding.  This is
963          * normally an insignificant effect, but when there are only a few
964          * rows in the inputs, failing to do this makes for a large percentage
965          * error.
966          */
967         outerscansel = outer_rows / outer_path_rows;
968         innerscansel = inner_rows / inner_path_rows;
969
970         /* cost of source data */
971
972         if (outersortkeys)                      /* do we need to sort outer? */
973         {
974                 cost_sort(&sort_path,
975                                   root,
976                                   outersortkeys,
977                                   outer_path->total_cost,
978                                   outer_path_rows,
979                                   outer_path->parent->width);
980                 startup_cost += sort_path.startup_cost;
981                 run_cost += (sort_path.total_cost - sort_path.startup_cost)
982                         * outerscansel;
983         }
984         else
985         {
986                 startup_cost += outer_path->startup_cost;
987                 run_cost += (outer_path->total_cost - outer_path->startup_cost)
988                         * outerscansel;
989         }
990
991         if (innersortkeys)                      /* do we need to sort inner? */
992         {
993                 cost_sort(&sort_path,
994                                   root,
995                                   innersortkeys,
996                                   inner_path->total_cost,
997                                   inner_path_rows,
998                                   inner_path->parent->width);
999                 startup_cost += sort_path.startup_cost;
1000                 run_cost += (sort_path.total_cost - sort_path.startup_cost)
1001                         * innerscansel * rescanratio;
1002         }
1003         else
1004         {
1005                 startup_cost += inner_path->startup_cost;
1006                 run_cost += (inner_path->total_cost - inner_path->startup_cost)
1007                         * innerscansel * rescanratio;
1008         }
1009
1010         /* CPU costs */
1011
1012         /*
1013          * If we're doing JOIN_IN then we will stop outputting inner tuples
1014          * for an outer tuple as soon as we have one match.  Account for the
1015          * effects of this by scaling down the cost estimates in proportion to
1016          * the expected output size.  (This assumes that all the quals
1017          * attached to the join are IN quals, which should be true.)
1018          */
1019         joininfactor = join_in_selectivity(&path->jpath, root);
1020
1021         /*
1022          * The number of tuple comparisons needed is approximately number of
1023          * outer rows plus number of inner rows plus number of rescanned
1024          * tuples (can we refine this?).  At each one, we need to evaluate the
1025          * mergejoin quals.  NOTE: JOIN_IN mode does not save any work here,
1026          * so do NOT include joininfactor.
1027          */
1028         startup_cost += merge_qual_cost.startup;
1029         run_cost += merge_qual_cost.per_tuple *
1030                 (outer_rows + inner_rows * rescanratio);
1031
1032         /*
1033          * For each tuple that gets through the mergejoin proper, we charge
1034          * cpu_tuple_cost plus the cost of evaluating additional restriction
1035          * clauses that are to be applied at the join.  (This is pessimistic
1036          * since not all of the quals may get evaluated at each tuple.)  This
1037          * work is skipped in JOIN_IN mode, so apply the factor.
1038          */
1039         startup_cost += qp_qual_cost.startup;
1040         cpu_per_tuple = cpu_tuple_cost + qp_qual_cost.per_tuple;
1041         run_cost += cpu_per_tuple * mergejointuples * joininfactor;
1042
1043         path->jpath.path.startup_cost = startup_cost;
1044         path->jpath.path.total_cost = startup_cost + run_cost;
1045 }
1046
1047 /*
1048  * cost_hashjoin
1049  *        Determines and returns the cost of joining two relations using the
1050  *        hash join algorithm.
1051  *
1052  * 'path' is already filled in except for the cost fields
1053  *
1054  * Note: path's hashclauses should be a subset of the joinrestrictinfo list
1055  */
1056 void
1057 cost_hashjoin(HashPath *path, Query *root)
1058 {
1059         Path       *outer_path = path->jpath.outerjoinpath;
1060         Path       *inner_path = path->jpath.innerjoinpath;
1061         List       *hashclauses = path->path_hashclauses;
1062         Cost            startup_cost = 0;
1063         Cost            run_cost = 0;
1064         Cost            cpu_per_tuple;
1065         Selectivity hash_selec;
1066         QualCost        hash_qual_cost;
1067         QualCost        qp_qual_cost;
1068         double          hashjointuples;
1069         double          outer_path_rows = PATH_ROWS(outer_path);
1070         double          inner_path_rows = PATH_ROWS(inner_path);
1071         double          outerbytes = relation_byte_size(outer_path_rows,
1072                                                                                           outer_path->parent->width);
1073         double          innerbytes = relation_byte_size(inner_path_rows,
1074                                                                                           inner_path->parent->width);
1075         int                     num_hashclauses = list_length(hashclauses);
1076         int                     numbuckets;
1077         int                     numbatches;
1078         double          virtualbuckets;
1079         Selectivity innerbucketsize;
1080         Selectivity joininfactor;
1081         ListCell   *hcl;
1082
1083         if (!enable_hashjoin)
1084                 startup_cost += disable_cost;
1085
1086         /*
1087          * Compute cost and selectivity of the hashquals and qpquals (other
1088          * restriction clauses) separately.  We use approx_selectivity here
1089          * for speed --- in most cases, any errors won't affect the result
1090          * much.
1091          *
1092          * Note: it's probably bogus to use the normal selectivity calculation
1093          * here when either the outer or inner path is a UniquePath.
1094          */
1095         hash_selec = approx_selectivity(root, hashclauses,
1096                                                                         path->jpath.jointype);
1097         cost_qual_eval(&hash_qual_cost, hashclauses);
1098         cost_qual_eval(&qp_qual_cost, path->jpath.joinrestrictinfo);
1099         qp_qual_cost.startup -= hash_qual_cost.startup;
1100         qp_qual_cost.per_tuple -= hash_qual_cost.per_tuple;
1101
1102         /* approx # tuples passing the hash quals */
1103         hashjointuples = clamp_row_est(hash_selec * outer_path_rows * inner_path_rows);
1104
1105         /* cost of source data */
1106         startup_cost += outer_path->startup_cost;
1107         run_cost += outer_path->total_cost - outer_path->startup_cost;
1108         startup_cost += inner_path->total_cost;
1109
1110         /*
1111          * Cost of computing hash function: must do it once per input tuple.
1112          * We charge one cpu_operator_cost for each column's hash function.
1113          *
1114          * XXX when a hashclause is more complex than a single operator, we
1115          * really should charge the extra eval costs of the left or right
1116          * side, as appropriate, here.  This seems more work than it's worth
1117          * at the moment.
1118          */
1119         startup_cost += cpu_operator_cost * num_hashclauses * inner_path_rows;
1120         run_cost += cpu_operator_cost * num_hashclauses * outer_path_rows;
1121
1122         /* Get hash table size that executor would use for inner relation */
1123         ExecChooseHashTableSize(inner_path_rows,
1124                                                         inner_path->parent->width,
1125                                                         &numbuckets,
1126                                                         &numbatches);
1127         virtualbuckets = (double) numbuckets * (double) numbatches;
1128
1129         /*
1130          * Determine bucketsize fraction for inner relation.  We use the
1131          * smallest bucketsize estimated for any individual hashclause; this
1132          * is undoubtedly conservative.
1133          *
1134          * BUT: if inner relation has been unique-ified, we can assume it's good
1135          * for hashing.  This is important both because it's the right answer,
1136          * and because we avoid contaminating the cache with a value that's
1137          * wrong for non-unique-ified paths.
1138          */
1139         if (IsA(inner_path, UniquePath))
1140                 innerbucketsize = 1.0 / virtualbuckets;
1141         else
1142         {
1143                 innerbucketsize = 1.0;
1144                 foreach(hcl, hashclauses)
1145                 {
1146                         RestrictInfo *restrictinfo = (RestrictInfo *) lfirst(hcl);
1147                         Selectivity thisbucketsize;
1148
1149                         Assert(IsA(restrictinfo, RestrictInfo));
1150
1151                         /*
1152                          * First we have to figure out which side of the hashjoin
1153                          * clause is the inner side.
1154                          *
1155                          * Since we tend to visit the same clauses over and over when
1156                          * planning a large query, we cache the bucketsize estimate in
1157                          * the RestrictInfo node to avoid repeated lookups of
1158                          * statistics.
1159                          */
1160                         if (bms_is_subset(restrictinfo->right_relids,
1161                                                           inner_path->parent->relids))
1162                         {
1163                                 /* righthand side is inner */
1164                                 thisbucketsize = restrictinfo->right_bucketsize;
1165                                 if (thisbucketsize < 0)
1166                                 {
1167                                         /* not cached yet */
1168                                         thisbucketsize =
1169                                                 estimate_hash_bucketsize(root,
1170                                                                            get_rightop(restrictinfo->clause),
1171                                                                                                  virtualbuckets);
1172                                         restrictinfo->right_bucketsize = thisbucketsize;
1173                                 }
1174                         }
1175                         else
1176                         {
1177                                 Assert(bms_is_subset(restrictinfo->left_relids,
1178                                                                          inner_path->parent->relids));
1179                                 /* lefthand side is inner */
1180                                 thisbucketsize = restrictinfo->left_bucketsize;
1181                                 if (thisbucketsize < 0)
1182                                 {
1183                                         /* not cached yet */
1184                                         thisbucketsize =
1185                                                 estimate_hash_bucketsize(root,
1186                                                                                 get_leftop(restrictinfo->clause),
1187                                                                                                  virtualbuckets);
1188                                         restrictinfo->left_bucketsize = thisbucketsize;
1189                                 }
1190                         }
1191
1192                         if (innerbucketsize > thisbucketsize)
1193                                 innerbucketsize = thisbucketsize;
1194                 }
1195         }
1196
1197         /*
1198          * If inner relation is too big then we will need to "batch" the join,
1199          * which implies writing and reading most of the tuples to disk an
1200          * extra time.  Charge one cost unit per page of I/O (correct since it
1201          * should be nice and sequential...).  Writing the inner rel counts as
1202          * startup cost, all the rest as run cost.
1203          */
1204         if (numbatches > 1)
1205         {
1206                 double          outerpages = page_size(outer_path_rows,
1207                                                                                    outer_path->parent->width);
1208                 double          innerpages = page_size(inner_path_rows,
1209                                                                                    inner_path->parent->width);
1210
1211                 startup_cost += innerpages;
1212                 run_cost += innerpages + 2 * outerpages;
1213         }
1214
1215         /* CPU costs */
1216
1217         /*
1218          * If we're doing JOIN_IN then we will stop comparing inner tuples to
1219          * an outer tuple as soon as we have one match.  Account for the
1220          * effects of this by scaling down the cost estimates in proportion to
1221          * the expected output size.  (This assumes that all the quals
1222          * attached to the join are IN quals, which should be true.)
1223          */
1224         joininfactor = join_in_selectivity(&path->jpath, root);
1225
1226         /*
1227          * The number of tuple comparisons needed is the number of outer
1228          * tuples times the typical number of tuples in a hash bucket, which
1229          * is the inner relation size times its bucketsize fraction.  At each
1230          * one, we need to evaluate the hashjoin quals.  (Note: charging the
1231          * full qual eval cost at each tuple is pessimistic, since we don't
1232          * evaluate the quals unless the hash values match exactly.)
1233          */
1234         startup_cost += hash_qual_cost.startup;
1235         run_cost += hash_qual_cost.per_tuple *
1236                 outer_path_rows * clamp_row_est(inner_path_rows * innerbucketsize) *
1237                 joininfactor;
1238
1239         /*
1240          * For each tuple that gets through the hashjoin proper, we charge
1241          * cpu_tuple_cost plus the cost of evaluating additional restriction
1242          * clauses that are to be applied at the join.  (This is pessimistic
1243          * since not all of the quals may get evaluated at each tuple.)
1244          */
1245         startup_cost += qp_qual_cost.startup;
1246         cpu_per_tuple = cpu_tuple_cost + qp_qual_cost.per_tuple;
1247         run_cost += cpu_per_tuple * hashjointuples * joininfactor;
1248
1249         /*
1250          * Bias against putting larger relation on inside.      We don't want an
1251          * absolute prohibition, though, since larger relation might have
1252          * better bucketsize --- and we can't trust the size estimates
1253          * unreservedly, anyway.  Instead, inflate the run cost by the square
1254          * root of the size ratio.      (Why square root?  No real good reason,
1255          * but it seems reasonable...)
1256          *
1257          * Note: before 7.4 we implemented this by inflating startup cost; but if
1258          * there's a disable_cost component in the input paths' startup cost,
1259          * that unfairly penalizes the hash.  Probably it'd be better to keep
1260          * track of disable penalty separately from cost.
1261          */
1262         if (innerbytes > outerbytes && outerbytes > 0)
1263                 run_cost *= sqrt(innerbytes / outerbytes);
1264
1265         path->jpath.path.startup_cost = startup_cost;
1266         path->jpath.path.total_cost = startup_cost + run_cost;
1267 }
1268
1269
1270 /*
1271  * cost_qual_eval
1272  *              Estimate the CPU costs of evaluating a WHERE clause.
1273  *              The input can be either an implicitly-ANDed list of boolean
1274  *              expressions, or a list of RestrictInfo nodes.
1275  *              The result includes both a one-time (startup) component,
1276  *              and a per-evaluation component.
1277  */
1278 void
1279 cost_qual_eval(QualCost *cost, List *quals)
1280 {
1281         ListCell   *l;
1282
1283         cost->startup = 0;
1284         cost->per_tuple = 0;
1285
1286         /* We don't charge any cost for the implicit ANDing at top level ... */
1287
1288         foreach(l, quals)
1289         {
1290                 Node       *qual = (Node *) lfirst(l);
1291
1292                 /*
1293                  * RestrictInfo nodes contain an eval_cost field reserved for this
1294                  * routine's use, so that it's not necessary to evaluate the qual
1295                  * clause's cost more than once.  If the clause's cost hasn't been
1296                  * computed yet, the field's startup value will contain -1.
1297                  */
1298                 if (qual && IsA(qual, RestrictInfo))
1299                 {
1300                         RestrictInfo *restrictinfo = (RestrictInfo *) qual;
1301
1302                         if (restrictinfo->eval_cost.startup < 0)
1303                         {
1304                                 restrictinfo->eval_cost.startup = 0;
1305                                 restrictinfo->eval_cost.per_tuple = 0;
1306                                 cost_qual_eval_walker((Node *) restrictinfo->clause,
1307                                                                           &restrictinfo->eval_cost);
1308                         }
1309                         cost->startup += restrictinfo->eval_cost.startup;
1310                         cost->per_tuple += restrictinfo->eval_cost.per_tuple;
1311                 }
1312                 else
1313                 {
1314                         /* If it's a bare expression, must always do it the hard way */
1315                         cost_qual_eval_walker(qual, cost);
1316                 }
1317         }
1318 }
1319
1320 static bool
1321 cost_qual_eval_walker(Node *node, QualCost *total)
1322 {
1323         if (node == NULL)
1324                 return false;
1325
1326         /*
1327          * Our basic strategy is to charge one cpu_operator_cost for each
1328          * operator or function node in the given tree.  Vars and Consts are
1329          * charged zero, and so are boolean operators (AND, OR, NOT).
1330          * Simplistic, but a lot better than no model at all.
1331          *
1332          * Should we try to account for the possibility of short-circuit
1333          * evaluation of AND/OR?
1334          */
1335         if (IsA(node, FuncExpr) ||
1336                 IsA(node, OpExpr) ||
1337                 IsA(node, DistinctExpr) ||
1338                 IsA(node, NullIfExpr))
1339                 total->per_tuple += cpu_operator_cost;
1340         else if (IsA(node, ScalarArrayOpExpr))
1341         {
1342                 /* should charge more than 1 op cost, but how many? */
1343                 total->per_tuple += cpu_operator_cost * 10;
1344         }
1345         else if (IsA(node, SubLink))
1346         {
1347                 /* This routine should not be applied to un-planned expressions */
1348                 elog(ERROR, "cannot handle unplanned sub-select");
1349         }
1350         else if (IsA(node, SubPlan))
1351         {
1352                 /*
1353                  * A subplan node in an expression typically indicates that the
1354                  * subplan will be executed on each evaluation, so charge
1355                  * accordingly. (Sub-selects that can be executed as InitPlans
1356                  * have already been removed from the expression.)
1357                  *
1358                  * An exception occurs when we have decided we can implement the
1359                  * subplan by hashing.
1360                  *
1361                  */
1362                 SubPlan    *subplan = (SubPlan *) node;
1363                 Plan       *plan = subplan->plan;
1364
1365                 if (subplan->useHashTable)
1366                 {
1367                         /*
1368                          * If we are using a hash table for the subquery outputs, then
1369                          * the cost of evaluating the query is a one-time cost. We
1370                          * charge one cpu_operator_cost per tuple for the work of
1371                          * loading the hashtable, too.
1372                          */
1373                         total->startup += plan->total_cost +
1374                                 cpu_operator_cost * plan->plan_rows;
1375
1376                         /*
1377                          * The per-tuple costs include the cost of evaluating the
1378                          * lefthand expressions, plus the cost of probing the
1379                          * hashtable. Recursion into the exprs list will handle the
1380                          * lefthand expressions properly, and will count one
1381                          * cpu_operator_cost for each comparison operator.      That is
1382                          * probably too low for the probing cost, but it's hard to
1383                          * make a better estimate, so live with it for now.
1384                          */
1385                 }
1386                 else
1387                 {
1388                         /*
1389                          * Otherwise we will be rescanning the subplan output on each
1390                          * evaluation.  We need to estimate how much of the output we
1391                          * will actually need to scan.  NOTE: this logic should agree
1392                          * with the estimates used by make_subplan() in
1393                          * plan/subselect.c.
1394                          */
1395                         Cost            plan_run_cost = plan->total_cost - plan->startup_cost;
1396
1397                         if (subplan->subLinkType == EXISTS_SUBLINK)
1398                         {
1399                                 /* we only need to fetch 1 tuple */
1400                                 total->per_tuple += plan_run_cost / plan->plan_rows;
1401                         }
1402                         else if (subplan->subLinkType == ALL_SUBLINK ||
1403                                          subplan->subLinkType == ANY_SUBLINK)
1404                         {
1405                                 /* assume we need 50% of the tuples */
1406                                 total->per_tuple += 0.50 * plan_run_cost;
1407                                 /* also charge a cpu_operator_cost per row examined */
1408                                 total->per_tuple += 0.50 * plan->plan_rows * cpu_operator_cost;
1409                         }
1410                         else
1411                         {
1412                                 /* assume we need all tuples */
1413                                 total->per_tuple += plan_run_cost;
1414                         }
1415
1416                         /*
1417                          * Also account for subplan's startup cost. If the subplan is
1418                          * uncorrelated or undirect correlated, AND its topmost node
1419                          * is a Sort or Material node, assume that we'll only need to
1420                          * pay its startup cost once; otherwise assume we pay the
1421                          * startup cost every time.
1422                          */
1423                         if (subplan->parParam == NIL &&
1424                                 (IsA(plan, Sort) ||
1425                                  IsA(plan, Material)))
1426                                 total->startup += plan->startup_cost;
1427                         else
1428                                 total->per_tuple += plan->startup_cost;
1429                 }
1430         }
1431
1432         return expression_tree_walker(node, cost_qual_eval_walker,
1433                                                                   (void *) total);
1434 }
1435
1436
1437 /*
1438  * approx_selectivity
1439  *              Quick-and-dirty estimation of clause selectivities.
1440  *              The input can be either an implicitly-ANDed list of boolean
1441  *              expressions, or a list of RestrictInfo nodes (typically the latter).
1442  *
1443  * This is quick-and-dirty because we bypass clauselist_selectivity, and
1444  * simply multiply the independent clause selectivities together.  Now
1445  * clauselist_selectivity often can't do any better than that anyhow, but
1446  * for some situations (such as range constraints) it is smarter.  However,
1447  * we can't effectively cache the results of clauselist_selectivity, whereas
1448  * the individual clause selectivities can be and are cached.
1449  *
1450  * Since we are only using the results to estimate how many potential
1451  * output tuples are generated and passed through qpqual checking, it
1452  * seems OK to live with the approximation.
1453  */
1454 static Selectivity
1455 approx_selectivity(Query *root, List *quals, JoinType jointype)
1456 {
1457         Selectivity total = 1.0;
1458         ListCell   *l;
1459
1460         foreach(l, quals)
1461         {
1462                 Node       *qual = (Node *) lfirst(l);
1463
1464                 /* Note that clause_selectivity will be able to cache its result */
1465                 total *= clause_selectivity(root, qual, 0, jointype);
1466         }
1467         return total;
1468 }
1469
1470
1471 /*
1472  * set_baserel_size_estimates
1473  *              Set the size estimates for the given base relation.
1474  *
1475  * The rel's targetlist and restrictinfo list must have been constructed
1476  * already.
1477  *
1478  * We set the following fields of the rel node:
1479  *      rows: the estimated number of output tuples (after applying
1480  *                restriction clauses).
1481  *      width: the estimated average output tuple width in bytes.
1482  *      baserestrictcost: estimated cost of evaluating baserestrictinfo clauses.
1483  */
1484 void
1485 set_baserel_size_estimates(Query *root, RelOptInfo *rel)
1486 {
1487         double          nrows;
1488
1489         /* Should only be applied to base relations */
1490         Assert(rel->relid > 0);
1491
1492         nrows = rel->tuples *
1493                 clauselist_selectivity(root,
1494                                                            rel->baserestrictinfo,
1495                                                            0,
1496                                                            JOIN_INNER);
1497
1498         rel->rows = clamp_row_est(nrows);
1499
1500         cost_qual_eval(&rel->baserestrictcost, rel->baserestrictinfo);
1501
1502         set_rel_width(root, rel);
1503 }
1504
1505 /*
1506  * set_joinrel_size_estimates
1507  *              Set the size estimates for the given join relation.
1508  *
1509  * The rel's targetlist must have been constructed already, and a
1510  * restriction clause list that matches the given component rels must
1511  * be provided.
1512  *
1513  * Since there is more than one way to make a joinrel for more than two
1514  * base relations, the results we get here could depend on which component
1515  * rel pair is provided.  In theory we should get the same answers no matter
1516  * which pair is provided; in practice, since the selectivity estimation
1517  * routines don't handle all cases equally well, we might not.  But there's
1518  * not much to be done about it.  (Would it make sense to repeat the
1519  * calculations for each pair of input rels that's encountered, and somehow
1520  * average the results?  Probably way more trouble than it's worth.)
1521  *
1522  * It's important that the results for symmetric JoinTypes be symmetric,
1523  * eg, (rel1, rel2, JOIN_LEFT) should produce the same result as (rel2,
1524  * rel1, JOIN_RIGHT).  Also, JOIN_IN should produce the same result as
1525  * JOIN_UNIQUE_INNER, likewise JOIN_REVERSE_IN == JOIN_UNIQUE_OUTER.
1526  *
1527  * We set only the rows field here.  The width field was already set by
1528  * build_joinrel_tlist, and baserestrictcost is not used for join rels.
1529  */
1530 void
1531 set_joinrel_size_estimates(Query *root, RelOptInfo *rel,
1532                                                    RelOptInfo *outer_rel,
1533                                                    RelOptInfo *inner_rel,
1534                                                    JoinType jointype,
1535                                                    List *restrictlist)
1536 {
1537         Selectivity selec;
1538         double          nrows;
1539         UniquePath *upath;
1540
1541         /*
1542          * Compute joinclause selectivity.      Note that we are only considering
1543          * clauses that become restriction clauses at this join level; we are
1544          * not double-counting them because they were not considered in
1545          * estimating the sizes of the component rels.
1546          */
1547         selec = clauselist_selectivity(root,
1548                                                                    restrictlist,
1549                                                                    0,
1550                                                                    jointype);
1551
1552         /*
1553          * Basically, we multiply size of Cartesian product by selectivity.
1554          *
1555          * If we are doing an outer join, take that into account: the output must
1556          * be at least as large as the non-nullable input.      (Is there any
1557          * chance of being even smarter?)
1558          *
1559          * For JOIN_IN and variants, the Cartesian product is figured with
1560          * respect to a unique-ified input, and then we can clamp to the size
1561          * of the other input.
1562          */
1563         switch (jointype)
1564         {
1565                 case JOIN_INNER:
1566                         nrows = outer_rel->rows * inner_rel->rows * selec;
1567                         break;
1568                 case JOIN_LEFT:
1569                         nrows = outer_rel->rows * inner_rel->rows * selec;
1570                         if (nrows < outer_rel->rows)
1571                                 nrows = outer_rel->rows;
1572                         break;
1573                 case JOIN_RIGHT:
1574                         nrows = outer_rel->rows * inner_rel->rows * selec;
1575                         if (nrows < inner_rel->rows)
1576                                 nrows = inner_rel->rows;
1577                         break;
1578                 case JOIN_FULL:
1579                         nrows = outer_rel->rows * inner_rel->rows * selec;
1580                         if (nrows < outer_rel->rows)
1581                                 nrows = outer_rel->rows;
1582                         if (nrows < inner_rel->rows)
1583                                 nrows = inner_rel->rows;
1584                         break;
1585                 case JOIN_IN:
1586                 case JOIN_UNIQUE_INNER:
1587                         upath = create_unique_path(root, inner_rel,
1588                                                                            inner_rel->cheapest_total_path);
1589                         nrows = outer_rel->rows * upath->rows * selec;
1590                         if (nrows > outer_rel->rows)
1591                                 nrows = outer_rel->rows;
1592                         break;
1593                 case JOIN_REVERSE_IN:
1594                 case JOIN_UNIQUE_OUTER:
1595                         upath = create_unique_path(root, outer_rel,
1596                                                                            outer_rel->cheapest_total_path);
1597                         nrows = upath->rows * inner_rel->rows * selec;
1598                         if (nrows > inner_rel->rows)
1599                                 nrows = inner_rel->rows;
1600                         break;
1601                 default:
1602                         elog(ERROR, "unrecognized join type: %d", (int) jointype);
1603                         nrows = 0;                      /* keep compiler quiet */
1604                         break;
1605         }
1606
1607         rel->rows = clamp_row_est(nrows);
1608 }
1609
1610 /*
1611  * join_in_selectivity
1612  *        Determines the factor by which a JOIN_IN join's result is expected
1613  *        to be smaller than an ordinary inner join.
1614  *
1615  * 'path' is already filled in except for the cost fields
1616  */
1617 static Selectivity
1618 join_in_selectivity(JoinPath *path, Query *root)
1619 {
1620         RelOptInfo *innerrel;
1621         UniquePath *innerunique;
1622         Selectivity selec;
1623         double          nrows;
1624
1625         /* Return 1.0 whenever it's not JOIN_IN */
1626         if (path->jointype != JOIN_IN)
1627                 return 1.0;
1628
1629         /*
1630          * Return 1.0 if the inner side is already known unique.  The case
1631          * where the inner path is already a UniquePath probably cannot happen
1632          * in current usage, but check it anyway for completeness.      The
1633          * interesting case is where we've determined the inner relation
1634          * itself is unique, which we can check by looking at the rows
1635          * estimate for its UniquePath.
1636          */
1637         if (IsA(path->innerjoinpath, UniquePath))
1638                 return 1.0;
1639         innerrel = path->innerjoinpath->parent;
1640         innerunique = create_unique_path(root,
1641                                                                          innerrel,
1642                                                                          innerrel->cheapest_total_path);
1643         if (innerunique->rows >= innerrel->rows)
1644                 return 1.0;
1645
1646         /*
1647          * Compute same result set_joinrel_size_estimates would compute for
1648          * JOIN_INNER.  Note that we use the input rels' absolute size
1649          * estimates, not PATH_ROWS() which might be less; if we used
1650          * PATH_ROWS() we'd be double-counting the effects of any join clauses
1651          * used in input scans.
1652          */
1653         selec = clauselist_selectivity(root,
1654                                                                    path->joinrestrictinfo,
1655                                                                    0,
1656                                                                    JOIN_INNER);
1657         nrows = path->outerjoinpath->parent->rows * innerrel->rows * selec;
1658
1659         nrows = clamp_row_est(nrows);
1660
1661         /* See if it's larger than the actual JOIN_IN size estimate */
1662         if (nrows > path->path.parent->rows)
1663                 return path->path.parent->rows / nrows;
1664         else
1665                 return 1.0;
1666 }
1667
1668 /*
1669  * set_function_size_estimates
1670  *              Set the size estimates for a base relation that is a function call.
1671  *
1672  * The rel's targetlist and restrictinfo list must have been constructed
1673  * already.
1674  *
1675  * We set the same fields as set_baserel_size_estimates.
1676  */
1677 void
1678 set_function_size_estimates(Query *root, RelOptInfo *rel)
1679 {
1680         /* Should only be applied to base relations that are functions */
1681         Assert(rel->relid > 0);
1682         Assert(rel->rtekind == RTE_FUNCTION);
1683
1684         /*
1685          * Estimate number of rows the function itself will return.
1686          *
1687          * XXX no idea how to do this yet; but should at least check whether
1688          * function returns set or not...
1689          */
1690         rel->tuples = 1000;
1691
1692         /* Now estimate number of output rows, etc */
1693         set_baserel_size_estimates(root, rel);
1694 }
1695
1696
1697 /*
1698  * set_rel_width
1699  *              Set the estimated output width of a base relation.
1700  *
1701  * NB: this works best on plain relations because it prefers to look at
1702  * real Vars.  It will fail to make use of pg_statistic info when applied
1703  * to a subquery relation, even if the subquery outputs are simple vars
1704  * that we could have gotten info for.  Is it worth trying to be smarter
1705  * about subqueries?
1706  *
1707  * The per-attribute width estimates are cached for possible re-use while
1708  * building join relations.
1709  */
1710 static void
1711 set_rel_width(Query *root, RelOptInfo *rel)
1712 {
1713         int32           tuple_width = 0;
1714         ListCell   *tllist;
1715
1716         foreach(tllist, rel->reltargetlist)
1717         {
1718                 Var                *var = (Var *) lfirst(tllist);
1719                 int                     ndx;
1720                 Oid                     relid;
1721                 int32           item_width;
1722
1723                 /* For now, punt on whole-row child Vars */
1724                 if (!IsA(var, Var))
1725                 {
1726                         tuple_width += 32;      /* arbitrary */
1727                         continue;
1728                 }
1729
1730                 ndx = var->varattno - rel->min_attr;
1731
1732                 /*
1733                  * The width probably hasn't been cached yet, but may as well
1734                  * check
1735                  */
1736                 if (rel->attr_widths[ndx] > 0)
1737                 {
1738                         tuple_width += rel->attr_widths[ndx];
1739                         continue;
1740                 }
1741
1742                 relid = getrelid(var->varno, root->rtable);
1743                 if (relid != InvalidOid)
1744                 {
1745                         item_width = get_attavgwidth(relid, var->varattno);
1746                         if (item_width > 0)
1747                         {
1748                                 rel->attr_widths[ndx] = item_width;
1749                                 tuple_width += item_width;
1750                                 continue;
1751                         }
1752                 }
1753
1754                 /*
1755                  * Not a plain relation, or can't find statistics for it. Estimate
1756                  * using just the type info.
1757                  */
1758                 item_width = get_typavgwidth(var->vartype, var->vartypmod);
1759                 Assert(item_width > 0);
1760                 rel->attr_widths[ndx] = item_width;
1761                 tuple_width += item_width;
1762         }
1763         Assert(tuple_width >= 0);
1764         rel->width = tuple_width;
1765 }
1766
1767 /*
1768  * relation_byte_size
1769  *        Estimate the storage space in bytes for a given number of tuples
1770  *        of a given width (size in bytes).
1771  */
1772 static double
1773 relation_byte_size(double tuples, int width)
1774 {
1775         return tuples * (MAXALIGN(width) + MAXALIGN(sizeof(HeapTupleHeaderData)));
1776 }
1777
1778 /*
1779  * page_size
1780  *        Returns an estimate of the number of pages covered by a given
1781  *        number of tuples of a given width (size in bytes).
1782  */
1783 static double
1784 page_size(double tuples, int width)
1785 {
1786         return ceil(relation_byte_size(tuples, width) / BLCKSZ);
1787 }