面向内存数据库的混合内存系统模拟与性能分析.pdf

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1、硕士学位论文面向内存数据库的混合内存系统模拟与性能分析SIMULATIONANDPERFORMANCEANALYSISOFHYBRIDMEMORYSYSTEMFORIN-MEMORYDATABASE蔡祎炜哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP392学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文面向内存数据库的混合内存系统模拟与性能分析硕士研究生：蔡祎炜导师：王进祥教授申请学位：工学硕士学科：微电子学与固体电子学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位

2、：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP392U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSIMULATIONANDPERFORMANCEANALYSISOFHYBRIDMEMORYSYSTEMFORMEMORYDATABASECandidate：CaiYiweiSupervisor：Prof.WangJinxiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality

3、：MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着信息时代的快速发展，计算能力和存储的需求增长迅速，对数据库系统在不同应用场景和领域提出更大的挑战。为了满足日益增长的需求，研究者探索发展新型内存数据库系统来适

4、应当前需求，并采用新存储器件来满足性能优化目标。在探索过程中，新型非易失存储器（NVM）的发展和逐渐成熟，从理论上可以解决当前数据库架构下的很多问题。但由于目前NVM器件尚未大规模量产，为分析NVM特性对数据库性能的影响，对NVM延时进行模拟并设计相应的混合内存系统，同时进行性能瓶颈分析是非常有必要的。深入研究非易失内存和不同混合内存架构的基本特性及优缺点，并分析了特定数据库系统H-Store和N-Store的应用特征。为进行系统模拟与性能分析，开发了访存信息提取与分析工具。通过IntelPin及代

5、码标注设计了对访存信息的动态跟踪。结合Linux系统函数设计了模拟NVM延时的功能，并对其精度进行实验评估。设计具有提取和分析访存信息功能的工具，从访存角度分析了数据库的特性。为在数据库中合理应用NVM，结合数据库特征，提出了基于Anti-Caching的NVM作为外存管理的混合内存系统，解决内存容量小及功耗方面的问题。分析设计了NVM与DRAM同级的混合内存策略，并对不同访问粒度进行实验和性能分析。通过以上实验和工具进行性能分析，得出在新型内存数据库中存储引擎的执行开销在整个系统中比例降低，不再是

6、系统的瓶颈，同时分布式控制和可扩展性设计成为了当前系统的性能瓶颈。关键词：内存数据库；非易失存储；混合内存系统；性能分析；H-Store-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentoftheinformationage,computingpowerandstoragerequirementshavegrownrapidly,presentinggreaterchallengestodatabasesystemsindifferentapplica

7、tionscenariosandareas.Inordertomeetthegrowingdemand,researchershaveexploredthedevelopmentofnewtypesofin-memorydatabasesystemstoadapttocurrentneedsandadoptednewstoragedevicestomeetperformanceoptimizationgoals.Intheprocessofexploration,thedevelopmentandg

8、radualmaturityofnewnon-volatilememory(NVM)cantheoreticallysolvemanyproblemsinthecurrentdatabasearchitecture.However,NVMdeviceshavenotyetbeenmass-producedonalargescale.InordertoanalyzetheimpactofNVMcharacteristicsondatabaseperformance,it