基于PCM的数据库日志与索引优化研究

作     者：王文强 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：金培权

授予年度：2017年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 

主      题：数据库系统 相变存储器 日志 数据更新 并发操作 

摘      要：数据库系统中的日志与并发操作技术一直是数据库系统的研究热点。近年来,随着相变存储器（Phase Change Memory,PCM）等新型非易失性存储器（Non-Volatile Memory,NVM）的出现,使得我们需要重新考虑数据库日志和并发操作问题。如何利用这些新的硬件平台,尽可能减少日志带来的开销并优化数据库系统的并发操作性能,已经成了基于PCM的数据库系统中迫切需要解决的问题。本论文围绕基于PCM的数据库系统所带来的新需求和新问题,着重研究PCM数据库系统中的日志与事务并发操作优化问题。具体而言,论文研究了两方面的问题:（1）在混合主存系统下,如何利用新型存储器特性,为传统数据库系统中的日志技术提供性能更优的解决方法?（2）如何结合PCM这一新型存储的特性,设计新的数据更新方法解决并发操作带来的轻量级锁冲突问题,从而提高并发操作的性能?围绕上述问题,本文开展了深入研究。论文的主要工作和贡献可归纳为以下几点:（1）提出了一种基于PCM的日志更新与事务恢复方法结合PCM的特性以及数据更新和日志更新操作的特点,论文提出了新的日志更新与事务恢复方法。我们通过合理的数据组织和数据结构设计,将更新数据和部分元数据信息存储在PCM中,消除事务操作带来的写日志开销和磁盘I/O,提高数据库系统的性能。（2）提出了一种基于PCM的B+树索引并发更新优化方法论文研究了基于PCM的数据库更新操作优化问题,并针对基于B+树的数据并发更新操作提出了优化方法。对于数据页的更新操作,我们将所有更新记录都写到PCM上,并通过映射表和数据链的形式进行管理。对于索引更新操作,我们将对叶节点的更新操作存储在PCM上,利用标记记录的方式来实现节点的快速分裂和合并,消除索引更新过程中的轻量级锁冲突,从而提高索引的并发访问性能。（3）利用PCM模拟器进行了实验和性能评价为了验证所提方法的性能,我们利用DRAM设计了一个PCM模拟器,并通过trace数据对系统的事务吞吐率和平均响应时间进行了测试。结果表明,论文提出的基于PCM的日志更新策略和数据更新方法可以有效提升数据库系统的性能。