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cache-conscious Data Cube Computation on a Modern Processor

Journal of Computer Science & Technology 2009年第4期24卷 708-722页

作者：栾华杜小勇王珊 CCF ACM

Data cube computation is an important problem in the field of data warehousing and OLAP （online analytical processing）. Although it has been studied extensively in the past, most of its algorithms are designed without considering CPU and cache behavior. In this paper, we first propose a cache-conscious cubing approach called CC-Cubing to efficiently compute data cubes on a modern processor. This method can enhance CPU and cache performances. It adopts an integrated depth-first and breadth-first partitioning order and partitions multiple dimensions simultaneously. The partitioning scheme improves the data spatial locality and increases the utilization of cache lines. Software prefetching techniques are then applied in the sorting phase to hide the expensive cache misses associated with data scans. In addition, a cache-aware method is used in CC-Cubing to switch the sort algorithm dynamically. Our performance study shows that CC-Cubing outperforms BUC, Star-Cubing and MM-Cubing in most cases. Then, in order to fully utilize an SMT （simultaneous multithreading） processor, we present a thread-based CC-Cubing-SMT method. This parallel method provides an improvement up to 27% for the single-threaded CC-Cubing algorithm.

关键词： data warehousing OLAF (online analytical processing) data cube computation cache-conscious SMT (simultaneous multithreading)

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cache-conscious Index Mechanism for Main-Memory Databases

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Wuhan University Journal of Natural Sciences 2006年第1期11卷 309-312页

作者： SUN Li-mei SONG Bao-yan YU Ya-xin LI Fang-fang YU Ge School of Information Science and Engineering Northeastern University Shenyang 110004 Liaoning China

Recent studies have addressed that the cache be havior is important in the design of main memory index structures. cache-conscious indices such as the CSB^＋-tree are shown to outperform conventional main memory indices such as the AVL-tree and the T-tree. This paper proposes a cacheconscious version of the T-tree, CST-tree, defined according to the cache-conscious definition. To separate the keys within a node into two parts, the CST-tree can gain higher cache hit ratio.

关键词： index structure main memory database real time application cache-conscious T-tree indexing CST-tree indexing

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COLIN:A cache-conscious Dynamic Learned Index with High Read/Write Performance

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Journal of Computer Science & Technology 2021年第4期36卷 721-740页

作者： Zhou Zhang Pei-Quan Jin Xiao-Liang Wang Yan-Qi Lv Shou-Hong Wan Xi-Ke Xie School of Computer Science and Technology University of Science and Technology of ChinaHefei230026China Key Laboratory of Electromagnetic Space Information Chinese Academy of SciencesHefei 230026China

The recently proposed learned index has higher query performance and space efficiency than the conventional B+-***,the original learned index has the problems of insertion failure and unbounded query complexity,meaning that it supports neither insertions nor bounded query *** variants of the learned index use an out-of-place strategy and a bottom-up build strategy to accelerate insertions and support bounded query complexity,but introduce additional query costs and frequent node splitting ***,none of the existing learned indices are *** this paper,aiming to not only support efficient queries and insertions but also offer bounded query complexity,we propose a new learned index called COLIN(cache-conscious Learned INdex).Unlike previous solutions using an out-of-place strategy,COLIN adopts an in-place approach to support insertions and reserves some empty slots in a node to optimize the node’s data *** particular,through model-based data placement and cache-conscious data layout,COLIN decouples the local-search boundary from the maximum error of the *** experimental results on five workloads and three datasets show that COLIN achieves the best read/write performance among all compared indices and outperforms the second best index by 18.4%,6.2%,and 32.9%on the three datasets,respectively.

关键词： learned index cache-conscious insertion dynamic index read/write performance

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主存数据库索引机制的研究与改进

主存数据库索引机制的研究与改进

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作者：杨朝辉南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着主存速度和现代处理器的速度之间的差距逐渐扩大,系统对主存的存取访问成为新的瓶颈,cache行为对主存数据库系统更加重要。高速缓冲存储器存（cache）是在处理器与主存之间设置的静态随机访问存储器（SDRAM）。高速缓存装载系统运... 详细信息

随着主存速度和现代处理器的速度之间的差距逐渐扩大,系统对主存的存取访问成为新的瓶颈,cache行为对主存数据库系统更加重要。高速缓冲存储器存（cache）是在处理器与主存之间设置的静态随机访问存储器（SDRAM）。高速缓存装载系统运行时需要经常使用的数据,以减少处理器访问内存的次数,从而减少CPU等待时间。鉴于主存数据库本身的结构特点,cache行为对主存数据库索引结构的设计显得更加重要。本文深入研究了高速缓存工作原理与cache敏感（cache-conscious）技术,对现有的主存数据库索引结构进行了比较与分析。在CST-树的基础上提出一种改进的cache敏感-T树—MCST-树（Improved cache sensitive-Tree）索引结构。MCST-树的结构设计特点如下: （1）保留高频访问数据:构建了一个包含CST-树结点中最大关键字的折半查找树,使用这个折半查找树作为一个目录结构确定实际包含所要查找的关键字所在的结点。因为每次查找都会首先访问折半查找树,所以折半查找树中的内容被访问的频率很高。（2）指针的抽取:首先,将折半查找树保存在一个数组（结点组）中,不再保留指向父亲结点与孩子结点的指针。其次,结点组的孩子结点组连续存储,每个结点组仅保留一个指向其第一个孩子结点组的指针。（3）结点大小设计为cache块大小:将存放折半查找树的数组设计为一个cache块大小。结点组设计为一个cache块大小时,在结点组内的访问不会发生cache缺失。同时,本文还对应用预取技术时改进的cache敏感型T-树结点组大小的设计进行分析,并且简单描述了应用预取技术时对改进的cache敏感型T-树基本操作算法的关键部分的修改。实验结果表明,MCST-树索引结构在查找操作性能优势明显,同时MCST-树索引结构的空间代价最小。综合考虑空间代价与时间代价两个方面的因素,MCST-树的整体性能优于CSB+-树最好的一种变形——FULL CSB+-树。

关键词：索引结构主存数据库(MMDB) cache-conscious CST-树索引 MCST-树索引

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主存数据库中cache敏感索引机制的研究与实现

主存数据库中Cache敏感索引机制的研究与实现

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作者：孙丽梅东北大学

学位级别：硕士

近年来,随着计算机芯片技术的不断改进,中央处理器(CPU)的速度和主存速度之间的差距逐渐扩大,系统对主存的存取访问成为新的瓶颈。cache是一种容量非常小、但速度非常快的静态RAM存储器,设置在CPU和主存之间。由于cache中保存着主存中... 详细信息

近年来,随着计算机芯片技术的不断改进,中央处理器(CPU)的速度和主存速度之间的差距逐渐扩大,系统对主存的存取访问成为新的瓶颈。cache是一种容量非常小、但速度非常快的静态RAM存储器,设置在CPU和主存之间。由于cache中保存着主存中最常使用的数据和指令,因此可以有效地减少CPU的等待时间。cache命中率越高,CPU的运算效率就越高。cache命中率对数据库系统索引结构的性能影响非常大,尤其是对主存数据库索引结构的性能,更是至关重要。鉴于此,在主存数据库系统处理过程中,如何提高cache的命中率,即减少CPU与主存之间的数据交换次数,提高CPU的运算效率,进而对实时应用提供有效支持,成为一项至关重要的内容。本文对cache敏感(“cache-conscious”)技术进行了深入研究,分析了现有的主存数据库索引结构,并根据“cache-conscious”结构定义方法,在T-树的基础上提出了一种适合于主存数据库的cache敏感T-树(cache Sensitive T-Tree)索引结构,可以有效地支持实时应用。由于T-树的结点大小通常大于cache块的大小,因此不能一次被cache全部命中。CST-树是把原来T-树结点中的内容根据访问频率高低划分为“高频”部分和“低频”部分,在结点中只保留“高频”部分,而将“低频”部分单独保存,这样可以使结点的大小总是小于cache块的大小,使一个结点一次就可以被cache完全命中,从而可以获得比T-树更高的cache命中率,并且不需要使用额外的空间。实验结果表明,在大多数情况下,CST-树的整体性能与原来的T树相比有明显提高。和另一种高效的cache敏感型主存数据库索引结构CSB-树相比,CST-树与其最好的一种变形FULL CSB-树性能接近,而使用空间远远小于FULL CSB-树。

关键词：索引结构主存数据库(MMDB) 实时应用 cache-conscious T-树索引 CST-树索引

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