[发明专利]多线程持久性B+树数据结构设计与实现方法

说明书

本发明公开了一种多线程持久性B+树数据结构设计与实现方法，方法包括：在预设的B+树中引入一层基于链式结构的影子叶节点；通过基于混合主存的数据布局策略将基于链表的叶节点存储在NVM中，以生成基于数组结构的树层，并且将索引数据结构的其他部分存储在DRAM中，以生成基于链表结构的链层，使得通过分层的易失性树结构和持久性链表结构的设计避免平衡和排序的持久化开销；设计嵌入式的细粒度锁机制和乐观写机制，以分别用于读写操作之间和写写操作之间的并发控制。该方法使用非易失性内存和易失性内存的混合主存数据结构，增加数据检索的并发性和实现数据持久存储，解决放大的锁开销问题，并加速数据结构的系统恢复过程。

技术领域

本发明涉及非易失性主存存储技术领域，特别涉及一种多线程持久性B+树数据结构设计与实现方法。

背景技术

非易失性主存(Non-Volatile Memory，NVM)是一种新型的内存存储介质，具有可字节寻址、掉电后信息非易失、存储密度高、不需要动态刷新和静态功耗低等优点。但是，也存在一些不足之处，如读写性能不对称，有限的写次数和写功耗较高等缺点。它的出现对存储领域带来了新的巨大机遇和挑战，引发了产业界和学术界对异构混合内存体系架构及其相关系统软件的研究热潮。非易失性内存对计算机系统结构、系统软件、软件库以及应用程序都有很多新的启示。非易失性内存设备可以与动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)设备共同构成混合主存，其中，应用程序中临时性的数据存储在DRAM上，把需要持久保存的数据存储在NVM上。非易失主存的出现促使研究人员着手设计基于主存的存储系统，包括文件系统和数据库系统。索引结构是构建存储系统的关键模块，它在很大程度上决定了存储系统的性能。在基于非易失主存的存储系统中，索引结构需要同时保证高效的一致性和多线程扩展性，这对索引结构的设计者提出了新的挑战。

传统的索引数据结构如B+树，排序和平衡操作在整个树操作开销中占据了很大的比例，更加严重的是，持久化延迟会进一步增加树操作持有锁的时间，相关技术中的持久性B+树在多线程场景下面临严重的性能问题。在多线程场景下,随着非易失主存持久化延迟的增加，树操作持有锁的时间几乎线性地增长，B+树的性能下降十分严重。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种多线程持久性B+树数据结构设计与实现方法，该方法使用非易失性内存和易失性内存的混合主存数据结构，增加数据检索的并发性和实现数据持久存储，解决了放大的锁开销问题，并加速数据结构的系统恢复过程。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种多线程持久性B+树数据结构设计与实现方法，包括以下步骤：在预设的B+树中引入一层基于链式结构的影子叶节点；通过基于混合主存的数据布局策略将基于链表的叶节点存储在NVM中，以生成基于数组结构的树层，并且将索引数据结构的其他部分存储在DRAM中，以生成基于链表结构的链层，使得通过分层的易失性树结构和持久性链表结构的设计避免平衡和排序的持久化开销；设计嵌入式的细粒度锁机制和乐观写机制，以分别用于读写操作之间和写写操作之间的并发控制。

本发明实施例的多线程持久性B+树数据结构设计与实现方法，通过使用非易失性内存和易失性内存的混合主存数据结构，使得具有良好空间局部性和平衡性的搜索操作，有效地减少了昂贵的持久化操作，并且还设计嵌入式的细粒度锁和乐观写机制，解决放大的锁开销问题，同时采用多线程的恢复机制和持久性垃圾回收器，用于支持非易失主存的一致性管理，并加速数据结构的系统恢复过程。

另外，根据本发明上述实施例的多线程持久性B+树数据结构设计与实现方法还可以具有以下附加的技术特征：