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基于日志結構合并樹的鍵值存儲系統優化研究 版權信息
- ISBN：9787513095822
- 條形碼：9787513095822 ; 978-7-5130-9582-2
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
基于日志結構合并樹的鍵值存儲系統優化研究 內容簡介
本書主要研究了基于日志結構合并樹LSM-tree的鍵值存儲系統的性能優化問題, 具體包括優化LSM-tree合并機制減少寫放大來提升寫入性能, 構建自適應LSM-tree結構進一步動態改善讀寫性能和尾延遲問題, 以及基于相關性的鍵值存儲自動調優系統以實現對LSM-tree鍵值存儲系統更全面地的優化。
基于日志結構合并樹的鍵值存儲系統優化研究基于日志結構合并樹的鍵值存儲系統優化研究 前言
在大數據時代，非結構化數據的存儲和數據密集型應用成為學術界和工業界共同關注的研究方向。鍵值存儲憑借簡單、高效的數據模型和優異的水
平擴展性能，成為替代傳統數據庫存儲引擎的首選方案。隨著云計算、虛擬化的興起，數據應用的服務質量成為衡量存儲系統性能的一個重要指標，直接影響用戶的體驗。因此，鍵值存儲系統存在的性能抖動和尾延遲現象成為提升服務質量需要解決的關鍵問題。本書主要研究基于日志結構合并樹（LSM-tree）的鍵值存儲系統的性能優化問題，具體包括以下內容：優化LSM-tree 合并機制，減少寫放大以提升寫入性能，構建自適應LSM-tree 結構以進一步動態改善讀寫性能和尾延遲問題，以及構建基于相關性的鍵值存儲自動調優系統以實現對LSM-tree 鍵值存儲系統更全面的優化。本書的主
要研究內容如下。
（1）面向新硬件的LSM-tree 寫性能優化的合并機制研究
隨著社交網絡、自媒體的興起，應用場景逐步從讀密集型向寫入密集型轉變。基于LSM-tree 的鍵值存儲系統在分層結構上天然地適用于寫入密集
型的應用。隨著寫入數據規模的不斷增大，LSM-tree 鍵值存儲系統需要對磁盤的數據文件進行不定期的合并重組，以實現數據更新和空間回收。在實
基于日志結構合并樹的鍵值存儲系統優化研究 目錄
第1 章 緒論… ………………………………………………………………… 1
1.1 研究背景與意義… ……………………………………………………… 1
1.2 鍵值存儲系統面臨的挑戰… …………………………………………… 2
1.2.1 鍵值存儲與新硬件的適配優化… ………………………………… 2
1.2.2 鍵值存儲結構的自適應優化… …………………………………… 3
1.2.3 基于機器學習的鍵值存儲自動調優… …………………………… 3
1.3 本書的主要研究工作… ………………………………………………… 3
1.4 本書的組織結構… ……………………………………………………… 7
第2 章 鍵值存儲系統相關背景… …………………………………………… 8
2.1 基于LSM-tree 的鍵值存儲系統介紹… ………………………………… 8
2.1.1 LSM-tree 鍵值存儲系統的基本概念… …………………………… 9
2.1.2 LSM-tree 鍵值存儲系統存在的性能問題… …………………… 10
2.2 面向新硬件的鍵值存儲系統結構優化… …………………………… 13
2.2.1 新型高密度磁盤的LSM-tree 鍵值存儲優化… ………………… 15
2.2.2 面向固態磁盤SSD 的LSM-tree 鍵值存儲優化… ……………… 17
2.2.3 面向非易失性內存的LSM-tree 鍵值存儲優化… ……………… 18
2.3 面向動態資源及負載的自適應優化… ……………………………… 23
2.4 基于機器學習的數據庫系統性能自動優化… ……………………… 24
第3 章 面向新型存儲硬件的LSM-tree 合并機制優化…………………… 27
3.1 引言… ………………………………………………………………… 27
3.2 問題描述… …………………………………………………………… 28
3.2.1 LSM-tree 的寫放大問題… ……………………………………… 29
3.2.2 LSM-tree 性能抖動延遲問題… ………………………………… 30
3.2.3 相關研究… ……………………………………………………… 31
3.3 底層驅動合并機制的設計與實現… ………………………………… 32
3.3.1 底層驅動合并機制整體設計… ………………………………… 33
3.3.2 底層驅動合并機制的實現… …………………………………… 38
基于日志結構合并樹的鍵值存儲系統優化研究
3.4 實驗評估… …………………………………………………………… 42
3.4.1 實驗測試環境配置… …………………………………………… 42
3.4.2 吞吐性能測試… ………………………………………………… 43
3.4.3 合并機制空間開銷性能測試… ………………………………… 46
3.4.4 降低延遲影響測試… …………………………………………… 48
3.5 本章小結… …………………………………………………………… 49
第4 章 面向資源負載自適應LSM-tree 結構的鍵值存儲優化…………… 51
4.1 引言… ………………………………………………………………… 51
4.2 問題描述… …………………………………………………………… 53
4.2.1 LSM-tree 形態對系統性能的影響… …………………………… 54
4.2.2 LSM-tree 合并機制對系統性能的影響… ……………………… 55
4.2.3 鍵值存儲的自適應模型… ……………………………………… 56
4.2.4 相關研究… ……………………………………………………… 57
4.3 自適應LSM-tree 鍵值存儲系統ALDC-DB 的設計與實現… ……… 58
4.3.1 自適應LSM-tree 結構設計… …………………………………… 58
4.3.2 自適應LSM-tree 結構實現… …………………………………… 61
4.3.3 自適應合并機制實現… ………………………………………… 64
4.4 實驗評估… …………………………………………………………… 70
4.4.1 實驗環境配置… ………………………………………………… 70
4.4.2 吞吐性能評估… ………………………………………………… 71
4.4.3 延遲影響性能評估… …………………………………………… 75
4.4.4 內部相關結構性能評估… ……………………………………… 76
4.5 本章小結… …………………………………………………………… 80
第5 章 基于相關性的LSM-tree 鍵值存儲自動調優……………………… 81
5.1 引言… ………………………………………………………………… 81
5.2 問題描述… …………………………………………………………… 83
5.2.1 自動調優的時間開銷… ………………………………………… 84
5.2.2 鍵值存儲的結構性優化… ……………………………………… 84
5.2.3 相關研究… ……………………………………………………… 85
5.3 基于相關性的自動調優系統XTuning 的設計與實現… …………… 87
5.3.1 XTuning 整體架構設計…………………………………………… 87
5.3.2 內部專家規則模塊實現… ……………………………………… 88
5.3.3 外部專家規則模塊實現… ……………………………………… 92
5.3.4 基于專家規則的調優算法PEKT………………………………… 95
5.3.5 LSM-tree 結構性優化的實現… ………………………………… 97
5.4 實驗評估… …………………………………………………………… 99
5.4.1 實驗環境設置… ………………………………………………… 100
5.4.2 訓練時間開銷評測… …………………………………………… 100
5.4.3 吞吐性能評測… ………………………………………………… 101
5.4.4 延遲影響評測… ………………………………………………… 102
5.4.5 鍵值存儲系統內部I/O 評測分析………………………………… 103
5.5 本章小結… …………………………………………………………… 105
第6 章 基于LSM-tree 鍵值存儲的知識圖譜系統優化…………………… 107
6.1 引言… ………………………………………………………………… 107
6.2 問題描述… …………………………………………………………… 108
6.2.1 鄰域查詢性能… ………………………………………………… 108
6.2.2 基于NVM 的圖譜加速優化……………………………………… 108
6.2.3 相關研究… ……………………………………………………… 109
6.3 基于LSM-tree 鍵值存儲系統的知識圖譜查詢加速系統… ………… 112
6.3.1 提升鄰域查詢性能… …………………………………………… 112
6.3.2 面向知識圖譜應用的鍵值存儲引擎優化… …………………… 113
6.3.3 面向分布式知識圖譜的Raft 優化… …………………………… 115
6.4 實驗評估… …………………………………………………………… 116
6.4.1 實驗環境設置… ………………………………………………… 116
6.4.2 吞吐性能測試… ………………………………………………… 117
6.4.3 平均延遲性能測試… …………………………………………… 118
6.4.4 尾延遲性能測試… ……………………………………………… 119
基于日志結構合并樹的鍵值存儲系統優化研究
6.4.5 可擴展性測試… ………………………………………………… 120
6.5 本章小結… …………………………………………………………… 121
第7 章 總結與展望… ……………………………………………………… 123
7.1 主要研究內容與成果貢獻… ………………………………………… 123
7.2 未來的研究計劃… …………………………………………………… 126
參考文獻………………………………………………………………………… 127
展開全部
基于日志結構合并樹的鍵值存儲系統優化研究 作者簡介
柴艷峰，太原科技大學講師，畢業于中國人民大學計算機應用技術專業，工學博士，主要研究方向為數據庫、新型存儲硬件和鍵值存儲等系統的設計與優化研究。
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