基于閃存的數(shù)據(jù)庫存儲引擎技術(shù)研究.pdf

1、關(guān)系數(shù)據(jù)庫是當(dāng)前世界上應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)管理軟件系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，關(guān)系數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域里從理論成功向應(yīng)用轉(zhuǎn)化并產(chǎn)生巨大價值的方向之一。在方便地提供給用戶操作海量數(shù)據(jù)能力的同時，關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持事務(wù)語義，將數(shù)據(jù)一致性、持久性的需求內(nèi)部封裝，從而極大地降低了數(shù)據(jù)管理的復(fù)雜度。
　　 縱觀數(shù)據(jù)庫的發(fā)展歷史，其架構(gòu)中的永久性數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)一直采用傳統(tǒng)的磁性硬盤。近年來，磁盤的發(fā)展已經(jīng)到達(dá)了瓶頸，而在各種計算機(jī)系統(tǒng)中閃存取

2、代磁盤的進(jìn)程越來越快。閃存是一種具有和磁性硬盤完全不同的讀寫性質(zhì)的新型存儲介質(zhì)，首先由于閃存是電學(xué)設(shè)備，不需要機(jī)械尋道來進(jìn)行定位，因此可以提供相對磁盤極高的隨機(jī)訪問性能；其次由于閃存芯片在改寫前必須對相對較大的區(qū)域進(jìn)行擦除，閃存的寫操作與讀操作相比很慢，具有讀寫不對稱性。
　　 直接將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)架設(shè)在閃存上無法充分發(fā)揮出閃存的最優(yōu)性能，其原因在于，數(shù)據(jù)庫存儲引擎與外存相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法都是以磁盤的性能特征為出發(fā)點的，譬如

3、頁面被排除出內(nèi)存時無條件回寫、在讀取大量數(shù)據(jù)時優(yōu)先考慮磁針的有序移動等。這些結(jié)構(gòu)和算法不再適用于閃存，很容易成為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的瓶頸。因此，基于閃存的數(shù)據(jù)庫存儲研究是勢在必行的。
　　 本文在此背景下，以閃存的具體性能特征和數(shù)據(jù)庫的訪問邏輯為基礎(chǔ)，較為完整地研究了基于閃存的數(shù)據(jù)庫存儲引擎技術(shù)，取得了一定的研究成果。具體說來包括：
　　 (1)本文提出了一種完整的閃存數(shù)據(jù)庫存儲引擎框架，稱為CRL(Compreseed，Red

4、o-based version control，Later-grouped materialize)，針對閃存的物理特性進(jìn)行了一系列專門的存儲級和事務(wù)級設(shè)計，包括支持部分解壓的壓縮算法、基于重做日志的版本控制協(xié)議和延時成組物化等，極大地提高了數(shù)據(jù)庫在在線事務(wù)處理型應(yīng)用中的性能。
　　 (2)本文提出了一種面向在線事務(wù)型應(yīng)用的索引樹結(jié)構(gòu)，稱為UM-B+樹(UpdateMigration B+Tree)，通過將更新記錄在索引層間進(jìn)行

5、遷移，從而降低索引的隨機(jī)寫次數(shù)，提高索引的IO性能。同時本文首次將UM-B+樹擴(kuò)展到事務(wù)性引擎中，討論了在高并發(fā)環(huán)境下的訪問控制和恢復(fù)機(jī)制，增加了UM-B+樹的可用性。
　　 (3)本文提出了一種面向在線分析型應(yīng)用的海量數(shù)據(jù)并行掃描的調(diào)度框架S3(Semi-Share Scan)。S3采用了一種全新的半共享掃描模式，通過成組共享讀來降低帶寬消耗，同時通過補(bǔ)償讀對速度較快的掃描進(jìn)行加速，更好地利用了I/O帶寬和CPU資源。