【摘要】：目前,新興的非易失內存(Non-volatile Memory,NVM)正在逐步走入人們的視野。由于這類存儲技術同時具備了低延遲、持久化、大容量和字節(jié)可尋址的特性,數據庫系統(tǒng)可以運行在只有NVM的存儲架構上。在這種環(huán)境下,一些新奇的無日志存儲系統(tǒng)應運而生。由于不再需要重做日志,這些系統(tǒng)能夠在故障發(fā)生后即時地恢復。然而,在現(xiàn)有的體系結構中,這些系統(tǒng)為了確保NVM上數據的一致性需要進行大量的同步操作,嚴重影響了正常執(zhí)行時的系統(tǒng)性能。本文的研究內容如下:1)本文綜述了 NVM存儲系統(tǒng)設計的相關技術,包括NVM的基本概念、NVM的編程接口和數據同步、基于NVM的數據庫設計等方面。2)本文實現(xiàn)了一個基于NVM單一存儲架構的高性能即時恢復存儲引擎FIRSE(Fast and Instantly Recoverable Storage Engine)。FIRSE 的核心設計理念是,將系統(tǒng)中的數據分為必須確保一致性的關鍵數據和可以通過重啟時恢復的可重建數據,在日常操作中只確保關鍵數據的一致性,從而減少數據同步的次數;另一方面,通過異步的恢復機制使得系統(tǒng)可以即時地恢復。3)本文對FIRSE與另兩種具有代表性的持久化數據結構進行了完整的性能評估,既包括獨立的性能評估,也包括將三種數據結構集成至高性能內存數據庫Redis中的端到端的性能評估。評估結果表明,FIRSE在大多數工作負荷下吞吐率表現(xiàn)良好。即時恢復是FIRSE最突出的特點,在恢復時間上相比于其他數據結構縮短了 3-4個數量級。此外,FIRSE在NVM資源使用量和寫磨損方面也均好于其他兩種數據結構。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP333
【圖文】：

僅使得ＮＶＭ有足夠的帶寬供ＣＰＵ訪問，而且在體系結構特性上也與普通內存逡逑維持一致（比如ＮＵＭＡ訪問，Ｃａｃｈｅ—致性）。因此，應用開發(fā)者可以簡單地逡逑將ＮＶＭ抽象為一塊具有持久化能力的內存，簡化了應用程序的開發(fā)。圖２．１逡逑展現(xiàn)了邋ＮＶＭ在體系結構中的關鍵路徑。逡逑１１逡逑

對ＮＶＭ優(yōu)化的文件系統(tǒng)——ＤＡＸ文件系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)文件系統(tǒng)，ＤＡＸ文件逡逑系統(tǒng)的最大特點是，文件上的讀寫操作直接作用于底層的ＮＶＭ設備，而沒有逡逑任何介入其中的軟件緩存。ＤＡＸ文件系統(tǒng)的工作原理如圖２．２所示。應用程序逡逑對ＮＶＭ上的文件建立內存映射時，ＤＡＸ文件系統(tǒng)通過ＮＶＭ設備的驅動程序逡逑得到該文件對應數據塊的物理地址，并通過內存管理單元將進程的一部分虛擬逡逑地址映射到文件的物理地址上。之后，應用程序對該虛擬地址空間上的訪問會逡逑直接作用在ＮＶＭ上。另外，應用程序通常會使用一個用戶態(tài)的ＮＶＭ庫來簡逡逑化ＮＹＭ編程。逡逑Ｕｓｅｒ邋Ｓｐａｃｅ邐Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ逡逑ｍｍａｐ邐ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ逡逑ＮＶＭ邋Ｌｉｂ逡逑Ｖ

逑本文在最新的工業(yè)級ＮＶＭ上比較了普通寫操作和確保一致性的寫操作的逡逑性能。圖２．３是兩種操作所對應的吞吐率。確保一致性的寫操作每寫入１６字節(jié)逡逑后都使用ｓｙｎｃ原語進行同步。本文在不同大小的ＮＶＭ空間上測試了這兩種操逡逑作的性能，其性能差距可達６５－５２１倍！逡逑１２０００邋－邋＞邋１邋■—■■■．．＿■■邐—＾ 邋Ｎｏｒｍａｌ－Ｗｒｉｔｅ逡逑ｎ．邐Ｗｒｉｔｅ－ｗｉｔｈ－Ｓｙｎｃ逡逑畫．＼逡逑＾邋８０００邋－邐＼逡逑Ｉ邐＼逡逑１邐＼逡逑Ｓ邋４０００邋－邐＼逡逑２０００邋■邐Ｘ邐邐逡逑0邋？邋念邐金邐＆邐■＊邐■＊．邐邐邐－－Ａ逡逑Ｉ邐４邐１６邐６４邐２５６邐１０２４逡逑ｂｌｏｃｋｓｉｚｅ邋＜ＭｉＢ）逡逑圖２．３邋ＮＶＭ上普通寫操作和確保一致性的寫操作的性能比較逡逑２．３存儲引擎的持久化逡逑２．３．１持久化存儲引擎逡逑關系數據庫通過滿足ＡＣＩＤ的事務［２（）］來簡化上層應用的開發(fā)，這個思想同逡逑樣可以應用在存儲引擎上。一般的

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本文編號：2756675