内存数据库的架构设计及原理

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1、内存数据库的架构设计及原理　　内存数据库把数据全部或者当前工作部分驻留在内存中，消除了传统磁盘数据库系统中I/O瓶颈，极大的提高了系统的性能和吞吐量，但是由于所有操作都作用于内存数据库的主拷贝上，数据库及易遭到操作系统和应用软件造成的破坏，因此MMDB的恢复技术十分关键。日志恢复是传统的MMDB恢复技术之一，它能满足当前MMDB系统对事务响应和快速系统恢复的要求，但是在大量事务吞吐量情况下造成的日志暴增所带来很大问题，会对MMDB性能产生很大影响。　　本文提出MMDB系统快速日志恢复技术，它是在不阻碍系统正常运行的情况下，控制日志的产生数量，使得在系统崩溃并重新启动时，

2、能以最快的速度恢复到系统崩溃前的最近一致点上。　　快速恢复模型的整体架构如图1所示。事务处理模块负责根据用户请求产生事务，并由事务管理器调度。事务管理器将负责各个事务的日志记录，交给日志产生规则处理。检查点模块根据日志产生规则才产生的日志数量动态调整检查点启动时间。当日志记录数达到一定值时，检查点程序启动。它读取所有日志记录，交给日志筛选器。日志筛选器根据筛选算法，从当前所有日志项中筛选出实际有效的日志记录，并将这些有效日志记录交给日志分发结点。日志分发结点主要做两项工作：第一是它将日志传送给日志磁盘管理器，由其负责将日志回写到日志磁盘上，第二是日志分发结点将日志传送给

3、备份更新发生器。备份更新发生器利用快速恢复算法，触发各类更新操作，根据日志更新磁盘上的数据。　　图1快速恢复模型的整体架构　　该快速恢复模型具有如下的特点：　　①快速恢复模型以日志驱动方式做检查点，异步更新磁盘上的备份数据镜象。　　②系统只维护全局Redo日志，以Redo日志来驱动备份更新发生器，各个事务维护私有Redo日志和Undo日志在事务提交时将私有Redo日志写入全局Redo日志中。　　③使用日志筛选算法，近一步减少Redo日志的数量，提升检查点程序的性能。　　④备份数据镜象只反应己提交事务的更新状态，因此在系统重载时不需要回退未提交的事务。　　⑤快速恢复算法为

4、并发重载算法。在系统恢复过程中，能继续接受新事务的请求。　　快速日志驱动检查点的基本思想是，检查点程序仍然由日志来驱动，根据读取到的日志项来更新数据镜象上的内容，维持数据镜象与内存中数据库的基本同步。但是，与以往日志驱动检查点算法不同的是，它通过日志产生规则和日志筛选算法两个策略克服了以往日志驱动检查点算法中日志数量可能过快增长的问题。　　日志产生规则　　快速日志驱动检查点算法中设立的日志产生规则是：系统中日志被分为全局日志和私有日志两类。系统只维护全局Redo日志，而不维护Undo日志，由事务自身维护私有的Redo日志和Undo日志。在事务提交时，依照事务提交的先后顺

5、序，将事务的私有Redo日志添加到全局Redo日志中。因此，在事务运行过程中，会产生Redo日志和Undo日志。Redo日志用于在系统恢复过程中，重做已提交事务。而Undo日志用于在事务Abort时回退事务，或者在系统恢复过程中回退未提交的事务。如果恢复模型的设计能够保证系统恢复过程中，没有需要回退的未提交事务，那么系统只需要读取Redo日志而不需要读取Undo日志。因而系统只需要维护全局的Redo日志，而不需要维护Undo日志，将Undo日志交给事务自身维护，Undo日志只用于事务自身Abort时回退。这样就可以减少全局日志的总量。　　图2具体描述了全局日志和私有日志

6、的使用。在事务T1，T2，T3的内存空间内，各自维护自己的私有Redo日志和Undo日志。在非易失性内存(SRAM)上，MMDB系统开辟全局Redo日志缓冲区，让事务在提交时事务的私有Redo日志写入该缓冲区。检查点程序将定期读取日志缓冲区中的数据，将日志写入磁盘，并驱动检查点程序更新磁盘镜象数据。　　图2全局日志和私有日志　　各事务将按如下阶段操作日志：　　①事务启动时，需要在事务的各自空间内建立私有Redo日志和私有Undo日志，并将在私有Redo日志中写入事务启动记录。　　②事务运行过程中，事务的每次更新操作，需要在私有Redo日志中添加Redo记录，并在私有Un

7、do日志中添加Undo记录。　　③事务提交时，需要按如下步骤完成：　　㈠向事务的私有Redo日志内添加事体Commit记录。　　㈡将事务的私有Redo日志写入全局Redo日志中。　　㈢释放事务的私有Redo日志和私有Undo日志，释放事务所占用的其他资源，完成提交。　　④事务Abort时，需要按照如下步骤完成：　　㈠事务反向扫描私有Undo日志，回退事务的更新操作。　　㈡释放事务的私有Redo日志和私有Undo日志，释放事务所占用的其他资源，结束事务。　　由此可见，事务只在提交时才将私有Redo日志写入全局日志缓冲区。从而也保证了，检查点