[发明专利]一种基于T-lt树的主存数据库的索引方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据库索引方法，主要应用在基于主存的数据库管理系统中，属于计算机数据库领域。

背景技术

随着大容量内存越来越便宜，现在配置一台大内存的计算机也越来越容易。对数据库系统而言，已经有条件将数据库的“主版本”常驻内存，这样可使系统性能获得很大的改善，如I/O操作大量减少、事务的状态转换及其相联CPU高速缓存的替换大量减少、锁的竞争下降，更有效的内存查找结构和查询处理可以被使用等。

数据库的“主版本”或者整个数据库都常驻内存的数据库系统被称为主存数据库(MMDB，Main Memory Database)。由于内存系统与磁盘系统具有不同的特性，因而MMDB与磁盘数据库(DRDB，Disk-Resident Database)在性能、存储格式、尤其是查询处理等方面都有着比较大的差别。DRDB系统的“瓶颈”是磁盘I/O，故查询处理的优化策略主要是针对减少磁盘的存取次数的，并且尽量存储临时结果，以“空间”换“时间”。而在MMDB中，由于内存空间及其宝贵，其查询处理算法则要极力减少比较次数，并且尽量不存储临时结果，以“时间”换“空间”。在这样的前提下，原有的DRDB的索引结构对MMDB来说就不再适用了，研究新的适合MMDB的索引结构也就自然而然的成了研究者关注的问题。

传统的主存数据库主要采取以下几种索引机制：

(1)哈希索引机制：是一种通过哈希函数实现键值和记录地址快速映射，以提供高速随机访问的机制。使用哈希机制能实现快速查询，但它对空间的利用率不高，并且范围查询的效率也不高。

(2)平衡二叉树(AVL树)索引机制：AVL树本质上是一棵二叉树，采用二分查找法，查询速度很快。但AVL树上的更新操作经常导致树的不平衡，用于平衡旋转操作的时间开销过大。而且树的每个结点只能保存1个关键字用于比较，同时还要保存父结点指针、左右孩子结点指针、平衡因子等其他信息，故Cache利用率较低。

(3)B树索引机制：B树是一种适用于磁盘数据库管理系统的索引机制。B树的每个结点有多棵子树，且深度不大，查询速度较快，只需较少次数的磁盘I/O就可以找到目标数据。B树中的叶结点较多，由于叶结点没有子树指针，故指针相对数据的空间占用量很小，从而有利于提高内存空间的利用率。B树的一个变种B+树，则是一种平衡的多路查找树，已经在传统的磁盘数据库中得到了广泛的应用。由于B+树的非叶结点仅具有索引作用，与记录有关的信息均存放在叶结点中，因此会对存储空间造成一定的浪费。

(4)T树索引机制：是一种适用于主存数据库的有序数据索引机制，在大部分主存数据库系统中都有应用。它是由AVL树和B树演变而来，是一种在一个结点中存放多个元素的平衡二叉树。它保留有AVL树的二分搜索特性，同时具有B树的优良的存储性能。T树的每个结点可以保存多个关键字，因而提高了空间的利用率。但是，对T树结点的更新会导致树的不平衡，因此用于平衡旋转的开销还是比较大的。

现有的相关专利申请情况如下：

①海量数据内存数据库中快速定位的网格+T树索引的方法(申请日期：2006.02.20，公开号：CN1838124)。

②数据库索引的方法(申请日期：2008.05.30，公开号：CN101286160)。

相关的论文情况如下：

①R.Bayer and E.M.McCreight，Organization and maintenance of large orderedindexes，Acta Informatica，1972.

②Douglas Comer，The Ubiquitous B-Tree，Computing Surveys(CSUR)，1979.

③TJ Lehman，MJ Carey.A Study of Index Structures for Main Memory DatabaseManagement Systems.Conference on Very Large Data Bases，1986：294～302.

其中专利②和论文①、②都是关于B树和B+树的索引机制，适用于基于磁盘的数据库索引机制，并不适用于主存数据库，在时空开销上类似于平衡二叉树；专利①和论文③都是关于T树的索引机制，虽然T树是基于主存的数据库的一种比较优秀的索引机制，但是，对T树结点的更新会导致树的不平衡，因此用于平衡旋转的开销还是比较大的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于主存数据库索引方法，该方法能在主存数据库中提高查询效率，节省时空开销。