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基于多核处理器的数据并行访问技术优化研究

作　者: 方晓霖
导　师: 奚建清; 李慧琪
学　校: 华南理工大学
专　业: 软件工程
关键词: 多核处理器数据访问优化语义缓存并行处理
分类号: TP311.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 9次
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内容摘要

缓存是计算机领域提高应用性能的经典方法，合理的缓存结构能够减少IO开销，提高系统性能。现有的数据库缓存结构以传统的页缓存和块缓存为主，仅考虑数据的访问频率信息。实际应用中，数据查询之间往往具有一定的语义局部性。合理地利用查询的语义信息，可以减少相似查询的重复执行，从而提高数据访问的性能。本论文首先对主流的数据库管理系统MySQL的缓存结构进行研究，分析其中的不足。然后在论文中设计并实现了一个使用语义信息的查询缓存系统。该查询缓存系统有几个主要的特征：1）能利用查询SQL语句中的语义信息判断缓存数据能否满足新的查询需求，使缓存系统中的数据得到较大程度的利用；2）能有效地利用多核处理器的并行处理能力加速查询处理过程，减少数据访问过程的时间开销，提高查询效率；3）能根据查询语句的访问情况动态地调整缓存系统中的数据内容，有效地提高缓存系统的命中率，减少对数据库服务器的查询请求；在论文的第五章给出了查询缓存系统的相应性能测试实验及测试数据，实验结果表明论文中实现的查询缓存系统适用于数据变化较少的查询语句，能利用缓存中的数据减少查询处理时间，同时可以有效地利用多核处理器的并行处理能力，提高查询处理速度。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第一章绪论  10-15
  1.1 研究背景  10
  1.2 研究问题  10-12
  1.3 国内外研究现状  12-14
    1.3.1 语义缓存技术研究  12-13
    1.3.2 数据库并行操作技术  13-14
  1.4 论文组织结构  14-15
第二章相关技术介绍  15-29
  2.1 数据库查询过程  15-16
  2.2 MySQL 缓存结构  16-19
    2.2.1 全局共享缓存  16-18
    2.2.2 线程独享缓存  18
    2.2.3 传统缓存结构分析  18-19
  2.3 语义缓存技术  19-24
    2.3.1 语义缓存分类  19-22
    2.3.2 查询缓存替换策略  22-23
    2.3.3 数据一致性维护  23-24
  2.4 数据并行处理技术  24-28
    2.4.1 OpenMP 技术  25-26
    2.4.2 并行程序设计  26-28
  2.5 本章小结  28-29
第三章查询缓存系统设计  29-46
  3.1 背景项目  29-31
    3.1.1 背景项目介绍  29
    3.1.2 背景项目架构  29-30
    3.1.3 数据访问分析  30-31
    3.1.4 查询缓存系统外围架构  31
  3.2 查询系统整体设计  31-35
    3.2.1 数据查询  32-33
    3.2.2 数据修改  33-34
    3.2.3 缓存数据的选择  34-35
  3.3 查询缓存系统相关定义  35-37
  3.4 缓存项存储结构  37-39
    3.4.1 缓存结果大小限制  38-39
  3.5 查询匹配过程  39-42
    3.5.1 查询匹配类型  39-40
    3.5.2 查询处理过程  40-42
  3.6 缓存项的替换策略  42-44
  3.7 数据一致性维护  44
  3.8 并行处理策略  44
  3.9 本章小结  44-46
第四章查询缓存系统实现  46-54
  4.1 查询缓存系统架构  46-48
    4.1.1 缓存控制模块(CacheSystem)  46
    4.1.2 缓存项管理模块（CacheManager）  46-47
    4.1.3 SQL 语句解析模块（SQLParser）  47
    4.1.4 结果集筛选模块(ResultFilter)  47
    4.1.5 数据库管理模块（DatabaseManager）  47-48
  4.2 系统数据结构  48-49
  4.3 主要算法实现  49-53
    4.3.1 查询 SQL 语句解析  49-50
    4.3.2 缓存项匹配查找  50-51
    4.3.3 探测查询  51-52
    4.3.4 缓存项替换  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章系统性能测试  54-64
  5.1 测试环境  54-55
    5.1.1 硬件环境  54
    5.1.2 软件环境  54
    5.1.3 测试方法  54-55
  5.2 缓存命中实验  55-57
    5.2.1 实验数据及测试过程  56
    5.2.2 结果分析  56-57
  5.3 部分缓存命中实验  57-58
    5.3.1 实验数据及过程  57-58
    5.3.2 结果分析  58
  5.4 数据更新实验  58-60
    5.4.1 实验数据及过程  58-59
    5.4.2 结果分析  59-60
  5.5 并行查询实验  60-61
    5.5.1 实验数据及过程  60
    5.5.2 结果分析  60-61
  5.6 替换策略实验  61-63
    5.6.1 实验数据及过程  61-62
    5.6.2 结果分析  62-63
  5.7 本章小结  63-64
总结与展望  64-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
附件  70

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