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内存数据库系统全面解析

跟着从通信设备到航空配备和工业节制器等手艺中对数据办理需求的不竭增加,以及遭到这些设备中不竭添加的板载CPU、RAM和存储资本的鞭策,数据库办理系统(DBMS)软件在电子设备中越来越普及。设备上的数据库规模大小纷歧,从几个GB的数据到支撑电信计费/信用系统的品级评定和余额办理使用,再到10GB以上的IP路由器的节制层数据库以及100GB以上的电信呼叫路由数据库。

数据库办理系统已经与贸易使用、台式机和web使用几乎完全联系关系在一路为了满足当今电子设备的需求而颠末了长足的成长。设想师经常采用的内存数据库系统(IMDS)是在主存中存储记实,因而能够消弭很多延时源,好比通过硬连线接进数据库办理系统的缓存和文件办理,这些源将数据永世存储在硬盘或闪存中(下图1显示了这些延时源)。因而与保守“硬盘上的”数据库办理系统比拟,内存数据库系统的施行速度能够快好几个数量级。它们的设想也更简单,能够最大限度地削减对CPU周期的需求,进而答应利用更小功耗和更低成本的处置器。

内存数据库系统全面解析

然而,易失性有时是一个使人担忧的要素。当发生断电或系统毛病时,主存中的内容将消逝。一些使用能够容忍这种风险。例如,存储在机顶盒中的基于RAM的电子节目指南在发生电源毛病时会丢失,但操纵有线电视头端或卫星领受机中的消息能够很快重建。然而,其它很多电子设备要求更高档级的数据库持久性和可恢复性。举例来说,一些医疗设备要求记实随时间变化的症状以支撑临床决策这些数据在发生电源毛病时不克不及俄然消逝。收集路由器和互换机凡是将设置装备摆设数据永世地存储在闪存中。将这种设置装备摆设数据保具有内存中也是成心义的,能够实现更快的重启但数据需如果可恢复的。面对DRAM易失性挑战的还有“读取”指纹或脸部的扫描仪。为了答应或拒绝拜候平安设备,扫描仪需要将这些数据与存储在设备上的内存数据库系统中的生物特征数据进行婚配。若是拜候节制系统发生了毛病,系统必需可以或许很快恢复。

在工业节制系统中,在节制器中集成内存数据库系统能够支撑扁平的节制系统架构。数据在这种架构中存储和处置,一些节制决策在独立节制器层发生;而在相反(和保守)的条理化系统架构中,存储在节制器层的数据凡是被限制用于节制变量。

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处理这种易失性问题已有响应的处理方案。以电池供电RAM形式呈现的非易失性内存能够在系统断电时在DRAM芯片上连结数据不变,不外这种方式没有获得普遍普及,由于具有严酷的温度要求、漏电流风险、无限的电池利用寿命和其它错误谬误。

内存数据库系统软件本身能够供给数据持久性机制。举例来说,借助事务日记功能,这种数据库系统能够在日记文件中建立一条条事务记实(对数据库进行的一组点窜必需作为一个全体完成或失败),在发生毛病后这些记实能够用来恢复数据库。但记实本身要求写入永世存储器,因而机能上会有些下降。

减等闲失性问题的别的一种内存数据库系统功能是数据库复制,即独立节点中的一个或多个备用内存数据库与主数据库连结同步。若是主节点失效,这些数据库的复成品之一将接替主节点的脚色。虽然办理同步(和有可能发生的毛病转移)的过程和节点之间的通信会惹起一些延时,但同步能够很快发生。当复成品数量添加或节点间的物理距离添加时,机能成本也会添加。能够用分歧的复制策略来办理延时。同步或“2-safe”复制方式要求数据库事务在复制节点和主节点上同时完成,而异步或“1-safe”复制方式答应事务在复制节点上完成之前提交给主数据库。异步方式供给更短的源连结时间,因而速度更快,但分歧性和持久性差一些。

非易失性双列直插式内存模块或NVDIMM的呈现添加了针对内存数据库持久性的一种新东西。NVDIMM采用尺度回忆棒的形式,可插入现有的DIMM插座,因而简化了到现成平台的集成。凡是它们包含尺度DRAM、NAND闪存和超等电容电源。在一般工作时,这种手艺供给了高速DRAM的机能。当发生断电事务时,超等电容供给的瞬时电能可用来将主存内容写入NAND闪存芯片,实现永世保留。当电源恢复时,NVDIMM将NAND闪存中的数据恢复到DRAM中。

对于内存数据库来说,NVDIMM的感化与电池供电型RAM是雷同的,但没有后者所需的电池及其错误谬误。McObject公司以前就做过这方面的勤奋,其eXtremeDB内存数据库系统能够与电池供电型RAM一路工作。公司很想将利用NVDIMM的内存数据库系统作为次要存储器。目前有多家供应商能够供给NVDIMM。我们利用AgigA Tech公司的产物对eXtremeDB进行了测试,由于我们很是熟悉AgigA公司的母公司赛普拉斯半导体。同时我们把测试仅限于AgigA的NVDIMM(好比没有测试来自Viking Technology和Smart Modular Technologies公司的NVDIMM),此次要是由于我们的时间和资本很是无限。因而本文中提到的测试只是从概念上证明,内存数据库系统能够与NVDIMM一路作为存储器,达到与利用保守DRAM相当的机能,而且可以或许操纵NVDIMM的恢复功能恢复因为系统毛病“丢失的”内存数据库。

测试还处理了在同时要求低延时和数据可恢复性的使用中利用内存数据库系统时经常呈现的别的一个问题,即采用事务日记记实的内存数据库系统在多大程度上能连结其机能优于基于磁盘的数据库办理系统?对于后面这些涉及永世存储器(内存数据库系统的事务日记存储,以及在采用磁盘上的数据库办理系统环境下的整个数据库)的测试,存储“设备”包含了用AGIGARAM NVDIMM设置装备摆设的RAM盘。下面给出了利用RAM盘而不是保守硬盘或固态硬盘的来由。

测试使用法式施行5次数据库操作,每次轮回形成一个数据库事务,并包含至多两个操作实例(见图2)。基准使用法式记实在两种数据库类型中的每一个(磁盘上的数据库办理系统和带事务日记的内存数据库系统,或“IMDS+TL”)和两种内存(NVDIMM和保守DRAM)环境下每毫秒完成的轮回次数。测试使用法式利用了eXtremeDB本人的C/C++使用编程接口(API)。

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支撑数据库恢复的测试使用法式代码能够充实操纵eXtremeDB功能,而这种功能本来是添加来用于支撑电池供电型RAM作为存储器。这种功能能够在系统重启后从头毗连到NVRAM办理的eXtremeDB数据库,启动任何须需的清零工作,然后恢复一般工作。使用法式的恢复算法假设分派作为MCO_MEMORY_ASSIGN_DATABASE的数据库内存器件的内存块能够在使用法式解体或电源毛病之后从头利用,方式是用别的的标记MCO_DB_OPEN_EXISTING从头打开它。

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