一种T-树的优化设计与实现方法

在以往的索引结构中,T 树索引不具有良好的缓存性能及高效的更新效率,为此,给出一种 T-树的优化设计方法。根据缓存结构布局的技术,对T树节点结构进行重新设计,添加前驱和后继指针,增强T树的缓存性能和范围查询能力。在更新溢出处理时,节点之间转移多个数据,减少数据溢出和树失衡的机会,提高 T树的更新性能。实验结果表明,该方法在查询以及更新操作上有更好的性能,可节约18%左右的内存空间。     

内存数据库在TPC-H负载下的处理器性能

Ailamaki等人1999年研究了数据库管理系统(database management system,简称DBMS)在处理器上的时间开销分解.此后,相关研究集中在分析DBMS在处理器上的瓶颈.但这些研究工作均是在磁盘数据库DRDBs(disk resident databases)上开展的,而且都是分析DBMS上的TPC-C类负载.然而,随着硬件技术的进步,现代计算机的多级缓存结构(memory hierarchy)在逐渐地"上移".例如,容量越来越大的芯片内缓存(on-chip caches)和芯片外缓存(off-chip caches),容量越来越大的RAM,Flash Memory等等.为此,处理器负载分析的研究工作也应随之"上移".研究内存数据MMDBs(mainmemory resident databases)在计算密集型负载下的处理器行为特性.由于磁盘数据库的主要性能瓶颈是磁盘I/O,因而可以用索引、压缩等技术进行优化;然而,内存数据库的性能瓶颈却在于处理器和内存之间的数据交换.针对这一问题,首先分析了磁盘数据库和内存数据库在TPC-H负载下处理器性能瓶颈的差异,并给出了一些优化建议,提出了通过预取的优化方法.其次,通过实验比较了不同存储体系结构(行存储与列存储)对处理器利用率的差异,并探索了下一代内存数据库体系结构方面的解决方案.此外,还研究了索引结构对处理器多级缓存的影响,并给出了索引的优化建议.最后,提出一个微测试集用于评估内存数据库在DSS(decision support system)负载下处理器的性能及行为特性.研究结果会对运行于下一代处理器上的内存数据库体系结构设计和性能优化提供一定的实验依据.     

支持内存数据库索引缓存优化的CST树的设计与实现

针对目前内存数据库中索引缓存失配的问题,在分析了现有内存数据库索引结构基础上,提出了一种缓存敏感T树（CST树）的索引数据结构,详细数据结构描述和操作算法也已给出。通过CST树的缓存次数分析和进行查询、插入等操作性能测试,结果表明CST树能有效减少缓存敏感次数,并且在数据量较小时,CST树的插入、删除速度比T树略慢,而查询速度比T树要快。在数据量较大时,CST树的插入、删除、查询效率都比T树要高。     

闪存环境下B+树索引重访

闪存容量的增大使在其上构建大型系统成为可能,如何构建闪存数据库也成为数据库的热点研究领域之一。索引结构是数据库中必不可少的结构之一,而B+树是最广泛使用的索引结构。这里对存储在闪存芯片模拟器及固态硬盘上的B+树性能进行了测试及分析。首先介绍了闪存的IO特点,并测试了固态硬盘的基本IO特性。接着,对B+树的插入和查询效率进行了详细地测试。测试发现节点大小,缓存大小,以及数据值的分布方式都会对B+树的性能带来很大影响。例如由于闪存的读取速度不对称,闪存的更新和查询操作最优块大小相差较大。这些测试结果为更好地在闪存上使用B+树索引,并进一步设计出更适合闪存的索引提供了指导。     

Maintaining Cache Coherence through Compiler-Directed Data Prefetching

In this paper, we propose a compiler-directed cache coherence scheme which makes use of data prefetching to enforce cache coherence in large-scale distributed shared-memory (DSM) systems. TheCache Coherence With Data Prefetching(CCDP) scheme uses compiler analyses to identify potentially stale and nonstale data references in a parallel program and enforces cache coherence by prefetching the potentially stale references. In this manner, the CCDP scheme brings up-to-date data into the caches to avoid stale references and also hides the latency of these memory accesses. Furthermore, the scheme also prefetches the nonstale references to hide their memory latencies. To evaluate the performance impact of the CCDP scheme on a real system, we applied the scheme on five applications from the SPEC CFP95 and CFP92 benchmark suites, and executed the resulting codes on the Cray T3D. The experimental results indicate that for all of the applications studied, our scheme provides significant performance improvements by caching shared data and using data prefetching to enforce cache coherence and to hide memory latency.     

可持久化CSB+-树索引技术研究

现有主存索引方案为实现重用功能仅将更新操作存储到硬盘中,根据操作序列进行索引恢复,实时性和重用性均较差。为进一步提升重用性和实时性,提出了一种可持久化的CSB+-树(cache sensitive B+-tree)索引方案。该方案基于内存映射技术,完整而高效地将索引结构保存到外存中,导入时无需重复创建索引,可节省大量计算资源。针对索引更新过程中出现大量内存碎片问题,采用一种分类内存管理机制进行管理和监视,当内存碎片过多而无法利用时,基于有序键值对进行索引重构以完全消除内存碎片。实验结果表明,所提方案与现有方案相比具有更好的实时性和重用性,同时具有高效的查询处理能力。     

基于立方体计算的关键梯度分析

梯度分析是数据仓库和联机分析处理中的一项重要分析任务,在决策支持中发挥着重要作用.本文根据实际应用的需要,提出了一种新颖的关键梯度分析方法.借助立方体计算中的计数排序和分割策略,通过扩展补充路径,并利用插入排序方法,实现了高效的关键梯度分析算法.在模拟数据上进行了大量的实验,结果证明了算法的高效性和实用性.     

压缩数据集上的快速Cube计算方法

现有压缩数据集上的Cube计算方法只适用于稀疏数据,针对该问题,设计一种用于压缩常量和基本单一元组的压缩方法并提出一种新的Cube算法。该算法在计算过程中无需解压缩、计算速度快、数据压缩率高,适用于冰山计算。实验结果表明,与自底向上立方体算法相比,新算法计算速度快、所需存储空间小。     

基于CMP的指针数据预取方法

针对现代计算机系统中的存储墙问题,提出一种适合于链式数据结构的数据预取方法——纯遍历推送方法。采用基于共享高速缓存的多核处理器平台CMP上的多线程技术,在主程序运行时分离出一个推送线程,由其将主线程需要的数据提前预取至处理器共享高速缓存中以隐藏主线程的存储器延迟。实验结果证明该方法在CMP架构下对以链式结构为主的内存受限程序的性能有一定的改进。     

基于分布式内存数据库的移动对象全时态索引

针对现有移动索引仅对内存/磁盘两层结构进行优化,忽略了索引节点在内存中的缓存敏感性,提出一种基于分布式内存数据库的全时态索引结构DFTB^x树。该索引结构针对存储器Cache、内存和磁盘3层结构进行优化,根据Cache行、指令数量和TLB失配数等多个条件设计内存索引节点的大小。同时,根据磁盘数据页的大小设计历史数据迁移链节点的大小,使得Cache和内存能够一次读取索引节点和迁移链节点数据,避免多次读取数据带来的延迟。此外,构建历史数据迁移链,实现历史数据持久化,从而支持移动对象全时态索引。实验结果表明:与B^x树、B^dual树、TPR*树和STRIPES算法相比,DFTB^x树具有较高的查询和更新效率。     

基于图形处理器的并行方体计算

方体(cube)计算是数据仓库和联机分析处理(Online analytical processing,OLAP)领域的核心问题,如何提高方体计算性能获得了学术界和工业界的广泛关注,但目前大部分方体算法都没有考虑最新的处理器架构.近年来,处理器从单一计算核心进化为多个或许多个计算核心,如多核CPU、图形处理器(Graphic Processing Units, GPU)等.为了充分利用现代处理器的多核资源,该文提出了基于GPU的并行方体算法GPU-Cubing,算法采用自底向上、广度优先的划分策略,每次并行完成一个cuboid的计算并输出;在计算cuboid过程中多个分区同步处理,分区内多线程并行.GPU-Cubing算法适合GPU体系结构,并行度高.与BUC算法相比,基于真实数据集的完全方体计算可以获得一个数量级以上的加速比,冰山方体获得至少2倍以上的加速.     

基于遗传算法的实时内存数据库查询优化

各种事务类型的查询处理是实时数据库实现的关键点之一．由于现有的关系查询处理不能适合于实时数据库，因此实时数据库系统必须具有自己的查询处理器．为此，结合正在开发的嵌入式实时数据库系统ERTDBMS，给出了一个实时数据库查询处理的系统RTQP，并在对实时数据库查询处理做了一般性探讨后，将重点放在内存代价和遗传算法上，类似于关系系统RTQP提供了在MMDB环境下节省内存的查询处理的实现算法，以及遗传算法和实时数据库规则相结合的查询优化方案。     

主动实时内存数据库系统的数据交换策略及实现

实时数据库系统的高性能要求以内存数据库(MMDB)做底层支持。内存数据库事务在运行过程中没有内外存I/O,这就要求在对事务进行预处理(知识提取)的基础上合理地进行内外存交换。该文针对一个自主开发的主动实时内存数据库系统(ART-Ⅱ),介绍了其内外存数据交换的策略及实现。     

实时内存数据库的内外存交换

实时数据库系统(RTDBS)的高性能要求以内存数据库(MMDB)作为其底层支持,为了保证MMDB在事务的执行过程中没有内外存的I/O,必须设计合理的存贮结构,提供合适的数据安置策略,给出合理的内外存交换算法。本文给出了适合实时应用要求的四层存贮体系结构,详细讨论了实时应用环境下的数据及事务特征,然后针对它们的特征,给出了一个内外存交换算法。     

一种内存网格的数据预取算法

内存网格(RAM(random access memory) grid)是一种面向广域网上内存资源共享的新型网格系统.它的主要目标是在物理内存不足的情况下,提高内存密集型应用或IO密集型应用的系统性能.内存网格的应用效果取决于网络通信开销.在减少或隐藏网络通信开销的情况下,其性能可以进一步提高.通过对内存网格的分析,设计了一种基于"推"数据的内存网格预取机制.借助数据挖掘领域中序列模式挖掘的方法,提出了相应的预取算法.通过基于真实运行状态的模拟,对预取算法进行了评估和验证.     

一种基于 R* -tree的时空索引

时空数据是一种特殊的多维数据，其每一数据项的时间戳值是单调递增的。3D R-tree把时间看作为空间的另一维，然后利用R-tree进行空间索引，查询效率比较低而且只能处理离线数据。而HR-tree将时间维孤立出来，同时保存每一时间戳的空间数据，查询效率较高但是空间开销大。该文提出了一种基于R*-tree算法的时空索引方法。该方法比3D R-tree有更好的查询效率且支持在线数据模式．较之HR-tree在保证查询效率的同时使用更少的存储空间，最后给出了试验对比结果。     

FQM-tree:基于B~+树的时态索引

提出了一种基于B~+树的、针对有效时间区间的索引模式:FQM-tree(fast query map tree).FQM-tree将有效时间区间映射为一维空间上的点,对映射点建立索引;同时增加一个基于内存的辅助索引结构,最大程度地减少对无效节点的访问.该索引结构具有如下优点:首先,将时问区间映射为点,可以直接利用已有应用成熟的、被广泛支持索引结构(如B~+树),这就意味着可以在数据库中快速实现对时态索引的支持,而无需更改DBMS的内核;其次,基于内存的辅助索引结构可以直接定位叶节点,提高了时态查询效率;另外,由于当前B~+树仍是数据库中应用最成熟、最广泛的索引结构,因此借助B+树的基本结构研究时态索引,使得时态索引能够快速地得到具体应用,所以FQM-tree的研究具有广泛的应用价值.理论分析及大量的实验结果均表明,FQM-tree的查询性能优于传统的时态索引方法.     

内存数据库关键技术研究

随着存储器价格的下降、64位系统的引入和广泛使用,内存数据库（MMDB）技术得到了更广泛的研究,并出现了一些原型系统和商业系统。首先对比了内存数据库与磁盘数据库在查询处理、索引技术等几个方面的差异,总结分析了内存数据库的关键技术和研究内容,内存数据库需要研究的问题,最后展望了未来的研究方向。     

一种新的基于B~+树结构的XML元素的索引方法

提出了一种用于搜索XML文档的新的索引方法即RIST。通过采用代码化的结构序列(SES)来表示XML文档和XML查询,得出查询XML数据等同于查找子序列匹配。RIST采用树结构作为查询的基本单元,从而避免了代价高昂的连接操作。另外,RIST还在XML文档的内容和结构上提供了一个统一的索引,所以它的一个很明显的优势就是克服了仅仅根据内容或结构建立索引的弊端。实验表明RIST在支持结构查询上是一种高效的方法。     

内存数据库系统SwiftMMDB存储管理的设计与实现

该文在深入研究内存数据库系统存储管理技术的基础上,给出了自主开发的内存数据库系统SwiftMMDB存储管理模块的设计与实现方案,针对不同种类的应用背景,设计了两种数据库系统的运行结构以加快本地数据访问;分析并比较了三种内存空间分配方式,使SwiftMMDB能够根据不同应用场合的需求特点选用不同的底层内存分配方式;将哈希索引与T树索引相结合对查询进行优化,提高内存数据库的查询效率。