[发明专利]一种空间数据库中基于距离的自适应页面替换方法

说明书

技术领域

本发明属于空间数据库技术领域，具体涉及一种空间数据库中自适应页面替换方法。

背景技术

空间数据库是当今的研究热点之一，也是一个具有广阔发展前景的技术领域，缓存页面替换策略也是当前的研究热点，空间数据库需要特殊的页面替换策略提高缓存命中率以减少磁盘的读写操作，本发明所涉及的正是以上两个领域的交叉。

磁盘读写是影响空间数据库系统性能的关键因素。现有的替换策略均从从数据访问的时间局部性角度出发来设计。如选择当前缓存中最久没有被访问的页面进行替换的LRU策略，选择重用距离(页面最后一次访问与倒数第二次访问之间的距离差)大的页面进行替换的LIRS策略，同时考虑页面访问时间与频率的ARC策略。然而在空间数据库中，采用的数据组织和查询不同于基于RDBMS的一般商业应用，从数据访问的角度看，除了具备时间局部性，还具有很强的空间局部性，一段数据被访问后，那么和它地理位置邻近的数据很可能就要被访问。

空间数据组织结构有两种——R树和Voronoi图。Voronoi图以其良好的空间划分性质，极快的查询处理速度赢得了广泛关注。如图1，给定一系列目标节点，Voronoi图根据这些点把地图划分成互不相交的区域(Voronoi格)，而且对任意查询点，其最近邻一定是该点所属区域的生成点(generator)。Voronoi图的这种性质，使其在处理最近邻(NN)查询时比采用R树等其他方式组织具有显著性能优势；同时，它所需要更大的存储空间。

在Voronoi图组织的空间数据库中进行各种NN查询时，数据访问的空间局部性表现得特别强。例如我们执行一个2NN查询，查询点所在Voronoi格被访问后，其周围邻近的那些Voronoi格都一定会被访问。此外，对于各类kNN查询，不同的k值对搜索空间大小差异非常大，使得LIRS等需要预设参数的缓存替换策略的命中率受到影响。

在Voronoi图存储结构中，每个页面都会记录该Voronoi格生成点的坐标信息。所以在执行替换策略时可以根据坐标点等信息选择替换的页面。

发明内容

本发明针对空间数据库访问的时空局部性，提出一种基于距离的自适应的页面替换方法（策略AELIRS），以解决LRU、LIRS、ARC等策略对空间局部性工作集不友好的缺点。

本发明提出的空间数据库的页面替换方法，在页面命中时，更新页面在队列中的位置与等级信息，更新队列的目标容量大小；在页面失效时，选择与上一次访问页面所记录生成点的空间距离最远的点所在的页面进行替换，并更新队列中页面信息与等级信息，并更新队列的目标容量大小；最后约束队列的大小来节省空间。通过动态调整队列的目标容量，本发明很好地提高了缓存的命中表现。

本发明页的面替换策略AELIRS中，管理队列中的页面有两种等级：低级与高级。而管理队列如图2所示，主要有两个队列：队列一负责管理一定时间内的所有页面信息，包括这段时间内移出缓存的页面信息。而队列二只管理在缓存中记录内容的低级页面信息。

首先对策略执行过程中的一些操作进行定义。

定义1. 操作队列剪枝：移除队列一中队列头部的低级页面信息并把其中在缓存中有记录的页面信息移至队列二尾部，直到队列一头部是高级页面信息。

定义2. 动态调整操作：当队列二容量小于队列二的目标容量时，把队列一头部页面降级为低级页面，进行队列剪枝操作，直到队列二容量等于其目标容量。

定义3. 队列约束操作：当队列一容量大于队列一的控制容量时，删除队列一中接近头部的没有在缓存中记录其内容的页面信息，直到队列一容量等于其的控制容量。

本发明的详细描述如下：

（1）设定策略管理队列一的控制容量和队列二的目标容量；

（2）空间数据库发起页面请求，把请求页面号发送至缓存；缓存根据页面号码，判断该页面内容是否在缓存中有记录；

（3）若缓存中记录该页面，则执行命中页面管理；若缓存中没有记录该页面，则执行替换页面选择和失效页面管理；

（4）把请求页面加载到缓存中，记录下请求页面记录的坐标信息；

（5）执行队列约束操作；

本发明中，所述执行命中管理操作，具体步骤如下：

（1）判断队列一中是否含有请求页面信息并返回页面信息等级。

（2）若队列一含请求页面，则将队列一中请求页面信息移至队列一尾，此时若该页面是高级，则进行队列剪枝，否则就删除队列二中该页面信息，并进行动态调整。