数据库加速API及相关存储引擎研究

发布时间：2022-12-10 03:08

　　随着互联网技术的快速发展,对数据库系统海量信息高效检索的性能要求越来越高,对快速响应各种查询提出了新的需求,因此针对数据库系统探索一个通用可靠且支持软硬件协同处理的数据库加速API显得尤为必要。本论文基于CPU与FPGA组成的异构系统,设计了一个层次化的数据库加速API,并兼容数据库MySQL设计了一个支持硬件加速的存储引擎。本论文的研究工作主要分为以下三个方面:（1）分析数据库硬件加速的基本思想和主要方式,结合主流的关系型数据库MySQL的特点,提出了一种将部分SQL语句下推至FPGA中进行计算,从而实现数据库查询加速的软件架构。（2）针对数据库MySQL的查询语句,设计并实现了支持SQL卸载的存储引擎,该存储引擎支持基于查询的过滤和投影操作的处理,能将SQL语句解析为真值表等形式供硬件识别。（3）设计并实现了数据库加速API,为用户提供一套加速功能API,同时实现对硬件设备的统一管理、状态监测和任务调度,构建了数据库操作从CPU处理到FPGA计算的通路。在Linux系统下构建完成了测试平台。测试结果表明,数据库加速API能完成存储引擎过滤和投影操作的调度,并实现FPGA资源的动态利... 

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 关系型数据库的发展
        1.2.2 非关系型数据库的发展
        1.2.3 现代数据库的研究现状
    1.3 论文研究内容与组织结构
    1.4 本章小结
2 相关技术概要
    2.1 MySQL数据库
        2.1.1 MySQL体系结构
        2.1.2 查询语句处理
        2.1.3 模块协作
        2.1.4 MySQL代码的核心类
    2.2 存储引擎的动态存储管理
        2.2.1 MySQL插件式存储引擎概述
        2.2.2 InnoDB引擎体系架构
        2.2.3 InnoDB引擎的动态存储分配技术
    2.3 本章小结
3 数据库加速结构总体方案
    3.1 设计背景
        3.1.1 应用场景
        3.1.2 系统平台
    3.2 数据库加速存储引擎结构
        3.2.1 设计概述
        3.2.2 数据流通路
    3.3 数据库加速API平台设计方案
        3.3.1 数据库加速库层设计
        3.3.2 硬件抽象层设计
        3.3.3 硬件管理层设计
        3.3.4 设备驱动层设计
    3.4 数据库加速硬件结构
    3.5 本章小结
4 数据库加速软件实现
    4.1 数据库加速存储引擎实现
        4.1.1 存储引擎的加载与卸载
        4.1.2 表操作组件
        4.1.3 存储管理与同步机制
        4.1.4 SQL卸载到存储引擎中的实现
        4.1.5 存储引擎调用API
    4.2 数据库加速API平台的实现
        4.2.1 数据库加速库层实现
        4.2.2 硬件抽象层实现
            4.2.2.1 抽象加速功能
            4.2.2.2 硬件资源调度器
        4.2.3 硬件管理层实现
            4.2.3.1 任务执行实现
            4.2.3.2 硬件状态管理
            4.2.3.3 加速卡内存管理
    4.3 本章小结
5 系统测试与结果分析
    5.1 测试环境
    5.2 数据库加速引擎测试
        5.2.1 加载与卸载存储引擎
        5.2.2 表操作
        5.2.3 加速组件
    5.3 数据库加速API平台测试
        5.3.1 数据库加速库层功能测试
        5.3.2 硬件抽象层功能测试
        5.3.3 硬件管理层功能测试
    5.4 系统测试
        5.4.1 加速系统测试
        5.4.2 实验结果分析
    5.5 本章小结
6 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]数据库技术的发展与主流技术[J]. 宋淑玲,丁蕊.  黑龙江科技信息. 2009(01)
[2]基于MySQL的高可用可扩展架构探讨[J]. 简朝阳.  程序员. 2010(06)
[3]刍议数据库技术现状与发展趋势[J]. 郭京,唐珂馨.  计算机光盘软件与应用. 2013(14)
[4]内存数据库的可用性综述[J]. 江泽源,刘辉林,吴刚,王国仁.  华东师范大学学报(自然科学版). 2014(05)
[5]浅析内存数据库中的几种关键技术[J]. 段敏娟,何强.  技术与市场. 2015(01)
[6]FPGA动态部分可重构技术概述[J]. 张宇,范建华,吕遵明,王统祥.  计算机与现代化. 2014(03)
[7]“后关系型”数据库Caché在HIS中的应用研究[J]. 康世英.  微处理机. 2014(05)
[8]并行数据库技术分析与展望[J]. 林荣智.  信息通信. 2016(12)
[9]X-DB:软硬一体的新型数据库系统[J]. 张铁赢,黄贵,章颖强,王剑英,胡炜,赵殿奎,何登成.  计算机研究与发展. 2018(02)
[10]数据库技术的发展现状与趋势研究[J]. 李天轮.  科技风. 2019(02)

硕士论文
[1]数据库加速引擎加速方案研究[D]. 黄河.华中科技大学 2006



本文编号：3715930