基于NAND Flash的数据库管理系统优化研究

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NAND Flash通过Flash转换层把线性地址的Flash抽象成磁盘驱动器,‘使得基于磁盘驱动器的传统算法可以无需任何修改就能实现所有功能。但是由于NAND Flash的写速度小于读速度而且由写前擦除引起的擦除操作时间损耗很大,当写操作是随机的中小型写操作时,NAND Flash的写性能甚至差于磁盘的写性能。随机的中小型写操作是一些数据库应用系统的常用操作,比如在线联机处理系统,因此为了有效的使用NAND Flash作为数据库存储介质,必须修改传统数据库管理系统的体系结构和算法。本文首先分析NAND Flash的两种典型的Flash转换层:FTL和NFTL。NFTL的内存消耗量适中,适用于大容量NAND Flash,因此本文选择NFTL作为未来数据库管理系统的Flash转换层。其次提出评价基于NFTL的算法的性能的NEWOM模型,NEWOM模型改进于EWOM模型。再次使用NEWOM模型分析数据库管理系统的相关算法的I/O性能:分析排序算法和连接算法,得出影响其性能的因素和I/O性能公式;分析三种数据库页布局的优缺点和基于PAX页布局的RARE连接算法;由于NAND Flash的不同读写速度,缓冲区命中率不能正确反映缓冲区I/O性能,所以分析缓冲区管理算法:LRU算法和CFLRU算法。然后根据以上分析提出设计基于NAND Flash的数据库管理系统的方法:擦除单元块内日志页方法。擦除单元块内日志页方法改进于页内日志页方法,采用PAX页布局,消除了PAX页布局在多属性值更新时的缺陷。通过仿真实验证明擦除单元块内日志页方法相对于页内日志方法能提高日志页的利用率,减少内存消耗。为了进一步提高数据库管理系统的性能和降低成本,最后本文提出基于日志磁盘的擦除单元块内日志页方法,其用磁盘保存日志记录,用NAND Flash保存数据。通过仿真实验证明基于日志磁盘的擦除单元块内日志页方法的I/O性能优于页内日志方法和擦除单元块内日志页方法的I/O性能。
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