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并行内存数据库快速事务提交与高效恢复方法研究

作　者: 周晓云
导　师: 徐钊
学　校: 中国矿业大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: Cluster 并行内存数据库并行恢复一致检查点元组级多版本管理
分类号: TP311.13
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文研究面向Cluster环境的并行内存数据库的快速事务提交与高效恢复方法,主要包括三个方面的内容:快速事务提交和日志处理、检查点操作、并行数据库的恢复。本文改进单阶段提交协议,通过日志信息的并行写入硬盘,充分利用IO带宽,加快事务的提交,避免更新密集型应用中日志的堆积。传统两阶段锁协议导致读写事务的加锁冲突,降低系统的吞吐量。本文把加锁协议和临时版本管理结合起来,通过版本管理实现无堵塞的读事务,避免了读写事务之间的互相等待。基于多版本管理实现一致检查点,必须付出版本管理的空间开销代价。本文采用元组级别的版本管理和版本共享技术,版本管理的开销大大降低。在内存越来越大的情况下,这些代价是合理的,因为系统事务处理能力和检查点操作效率得到了较大提高。本文提出基于数据分区的并行恢复算法,实现了恢复过程的系统可用性。恢复过程中,各个站点的恢复工作是相互独立的,同时利用差分日志的特点,实现了数据分区之间,日志之间、数据和日志之间的并行处理,加快了恢复过程,减少了站点恢复的总时间。本文使用J-SIM软件包建模进行仿真实验,验证了所提方案的可行性和效率。结果显示:(1)由于使用快速提交技术和并行日志写入,事务响应时间从50ms降低到21ms;(2)使用并行恢复算法,站点失败的恢复时间从65 s降低到28秒;(3)查询事务的吞吐量比模糊检查点高67%左右,而更新事务的吞吐量比模糊检查点高7.8%左右; (4)在80%更新事务的密集场景中,版本管理的空间开销在11%左右。(5)实验测试的恢复过程中的4个(1/4)时间段,系统平均吞吐量分别为90.2Ktps、98.3Ktps、104.5Ktps、107.7Ktps,事务的平均响应时间分别为273ms、32.3ms、9.2ms、5.32ms。该论文有图49幅,表5个,参考文献121篇。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-20
1 绪论  20-37
  1.1 研究的意义  20-21
  1.2 系统研究的有利条件:硬件的新发展  21-22
  1.3 并行内存数据库的优势  22-23
  1.4 相关研究工作现状  23-33
    1.4.1 并行计算的研究  23-25
    1.4.2 内存数据库的研究  25-28
    1.4.3 事务提交协议的研究  28-30
    1.4.4 日志处理的研究  30-31
    1.4.5 检查点操作  31-32
    1.4.6 装载算法  32-33
    1.4.7 存在的问题  33
  1.5 研究的主要内容  33-35
  1.6 本文的组织  35-37
2 并行内存数据库体系结构  37-43
  2.1 并行内存数据库的体系结构  37-43
    2.1.1 并行内存数据库系统的硬件构成  38-39
    2.1.2 软件构成  39-40
    2.1.3 数据的分片  40-43
3 单阶段事务提交和并行日志记录技术  43-56
  3.1 事务提交与日志处理技术研究  43-49
    3.1.1 提交技术分析  43-46
    3.1.2 日志技术分析  46-49
  3.2 快速事务提交协议  49-52
  3.3 并行日志记录  52-56
    3.3.1 并行日志记录原理  52-53
    3.3.2 并行日志写入过程  53-54
    3.3.3 并行日志写入的优势  54-56
4 检查点技术  56-72
  4.1 内存数据库检查点技术研究  56-59
    4.1.1 检查点技术分析  56-57
    4.1.2 检查点技术研究  57-59
  4.2 分布式一致检查点  59-70
    4.2.1 版本管理  59-67
    4.2.2 版本共享  67-68
    4.2.3 分布式一致检查点  68-70
  4.3 一致检查点的优势  70-72
5 并行恢复  72-83
  5.1 恢复技术研究  72-75
  5.2 并行恢复技术  75-80
    5.2.1 数据分区优先级计算  76-77
    5.2.2 站点并行恢复算法  77-78
    5.2.3 恢复过程的并行性  78-80
  5.3 并行内存数据库恢复技术的优势  80-83
6 仿真实验  83-104
  6.1 系统建模  83-94
    6.1.1 试验系统体系结构  85-86
    6.1.2 负载建模  86-87
    6.1.3 资源建模  87-92
    6.1.4 事务的执行过程  92
    6.1.5 事务系统建模  92-94
    6.1.6 统计指标的度量  94
  6.2 试验与结论  94-104
    6.2.1 事务提交速度的提高  95-96
    6.2.2 失败站点恢复总时间的减少  96-97
    6.2.3 吞吐量的提高  97-99
    6.2.4 空间占用试验  99-100
    6.2.5 恢复过程中系统可用性试验  100-104
7 结论和未来工作  104-106
  7.1 本文创新  104-105
  7.2 未来工作  105-106
参考文献  106-115
作者简历  115-117
学位论文数据集  117

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