計(jì)算機(jī)硬件性能的提升正在推動著內(nèi)存計(jì)算的發(fā)展：一方面,內(nèi)存容量的不斷增長使得傳統(tǒng)應(yīng)用可以將數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中進(jìn)行處理,從而顯著地提高了系統(tǒng)性能；另一方面,多核平臺中處理器核數(shù)量的不斷增長為內(nèi)存計(jì)算提供了強(qiáng)大的處理能力。然而,內(nèi)存計(jì)算也面臨著新的挑戰(zhàn)：一方面,由于系統(tǒng)瓶頸從I/O向CPU與內(nèi)存轉(zhuǎn)變,如何設(shè)計(jì)高可擴(kuò)展的內(nèi)存計(jì)算系統(tǒng)以充分利用大規(guī)模內(nèi)存與處理器核,成為內(nèi)存計(jì)算的一個重要問題；另一方面,內(nèi)存的易失性也使得如何提供高效的系統(tǒng)可靠性變得更加重要。實(shí)現(xiàn)高可擴(kuò)展內(nèi)存計(jì)算系統(tǒng)的難點(diǎn)在于提供共享資源的并發(fā)訪問。傳統(tǒng)的優(yōu)化方法主要使用基于細(xì)粒度鎖或原子指令等方式實(shí)現(xiàn)對共享資源并發(fā)訪問的保護(hù),但是這種方法一方面增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度,使得系統(tǒng)的正確性難以保證,另一方面過于保守的同步策略也限制了可能的并行性。此外,在內(nèi)存計(jì)算系統(tǒng)中增加高可靠性的需求進(jìn)一步限制了系統(tǒng)的性能與可擴(kuò)展性。硬件事務(wù)內(nèi)存（Hardware Transactional Memory,HTM）的出現(xiàn)與商用化為構(gòu)建高可擴(kuò)展、高可靠內(nèi)存計(jì)算系統(tǒng)提供了新的思路。然而,硬件事務(wù)內(nèi)存由于工藝設(shè)計(jì)的限制,存在較多的受限性,因而被稱為受... 

【文章來源】：復(fù)旦大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：173 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 內(nèi)存計(jì)算背景
        1.1.2 內(nèi)存計(jì)算可擴(kuò)展性
        1.1.3 硬件事務(wù)內(nèi)存
    1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究
        1.2.1 可擴(kuò)展性相關(guān)研究
        1.2.2 硬件事務(wù)內(nèi)存相關(guān)研究
        1.2.3 內(nèi)存計(jì)算系統(tǒng)的高可靠性
    1.3 本文工作
        1.3.1 之前研究的不足
        1.3.2 本文的主要貢獻(xiàn)
        1.3.3 本文組織結(jié)構(gòu)
第二章 受限事務(wù)內(nèi)存
    2.1 引言
    2.2 背景知識
        2.2.1 RTM編程接口
        2.2.2 RTM基本原理
        2.2.3 RTM主要的局限性
        2.2.4 RTM與鎖機(jī)制的結(jié)合
    2.3 RTM的特性研究
        2.3.1 研究環(huán)境和方法
        2.3.2 事務(wù)執(zhí)行時(shí)間
        2.3.3 事務(wù)訪存大小
        2.3.4 事務(wù)的訪存模式
    2.4 小結(jié)
第三章 使用RTM構(gòu)建高可擴(kuò)展鍵值存儲
    3.1 引言
    3.2 使用RTM并行化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方法的探究
        3.2.1 跳表的基本介紹
        3.2.2 傳統(tǒng)的并發(fā)實(shí)現(xiàn)方法
        3.2.3 使用RTM實(shí)現(xiàn)并行跳表的基本算法
        3.2.4 事務(wù)工作集大小對系統(tǒng)的影響
        3.2.5 編譯環(huán)境的影響
        3.2.6 RTM事務(wù)回退路徑實(shí)現(xiàn)
        3.2.7 不同并行算法的比較
        3.2.8 基于RTM構(gòu)建并行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)
+樹的高可擴(kuò)展鍵值存儲">    3.3 基于B⁺樹的高可擴(kuò)展鍵值存儲
        3.3.1 基本介紹
        3.3.2 使用RTM實(shí)現(xiàn)并發(fā)操作
        3.3.3 性能評測
    3.4 基于散列表的高可擴(kuò)展鍵值存儲
        3.4.1 基本介紹
        3.4.2 使用RTM實(shí)現(xiàn)并發(fā)操作
        3.4.3 性能評測
    3.5 基于布谷鳥散列表的高可擴(kuò)展鍵值存儲
        3.5.1 基本介紹
        3.5.2 使用RTM實(shí)現(xiàn)并發(fā)操作
        3.5.3 性能評測
    3.6 小結(jié)
第四章 基于RTM構(gòu)建高可擴(kuò)展內(nèi)存數(shù)據(jù)庫
    4.1 引言
    4.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)
    4.3 記錄存儲層
    4.4 事務(wù)協(xié)議層
        4.4.1 記錄元數(shù)據(jù)的格式
        4.4.2 事務(wù)協(xié)議基本算法
        4.4.3 數(shù)據(jù)庫的基本操作
    4.5 高效快照機(jī)制
    4.6 內(nèi)存回收機(jī)制
        4.6.1 內(nèi)存回收的問題和挑戰(zhàn)
        4.6.2 基于靜息狀態(tài)的內(nèi)存回收機(jī)制
    4.7 持久化機(jī)制
        4.7.1 基本語義
        4.7.2 日志記錄
        4.7.3 系統(tǒng)恢復(fù)
        4.7.4 持久化的影響和相關(guān)優(yōu)化
    4.8 具體實(shí)現(xiàn)優(yōu)化
        4.8.1 RTM回退路徑
        4.8.2 協(xié)議層記錄緩存
    4.9 性能評測
        4.9.1 評測環(huán)境
        4.9.2 與已有內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的比較
        4.9.3 可擴(kuò)展性測試
        4.9.4 協(xié)議層的性能開銷
        4.9.5 RTM相關(guān)評測
        4.9.6 基于不同索引結(jié)構(gòu)的性能評測
        4.9.7 快照機(jī)制的性能評測
        4.9.8 持久化性能評測
        4.9.9 系統(tǒng)各要素的性能影響
    4.10 小結(jié)
第五章 基于RTM和事務(wù)切分的并發(fā)控制機(jī)制
    5.1 引言
    5.2 傳統(tǒng)事務(wù)切分的方法和問題
        5.2.1 傳統(tǒng)事務(wù)切分的基本方法
        5.2.2 線性一致性的問題
        5.2.3 切分粒度的問題
        5.2.4 傳統(tǒng)快照算法的問題
    5.3 保證線性一致性的事務(wù)切分機(jī)制
        5.3.1 基本理論和算法
        5.3.2 正確性證明
    5.4 基于傳統(tǒng)事務(wù)切分的快照機(jī)制
        5.4.1 基本理論和核心思想
        5.4.2 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        5.4.3 正確性證明
    5.5 基于交錯限制的事務(wù)切分
        5.5.1 事務(wù)交錯的概念
        5.5.2 事務(wù)交錯與可串行性
        5.5.3 基本算法
        5.5.4 同步原語
        5.5.5 快照機(jī)制
        5.5.6 線性一致性
        5.5.7 算法的局限性
    5.6 事務(wù)切分與RTM相結(jié)合
        5.6.1 面向事務(wù)切分的優(yōu)化技術(shù)
        5.6.2 面向RTM的優(yōu)化技術(shù)
    5.7 與傳統(tǒng)并發(fā)控制的比較
    5.8 性能評測
        5.8.1 評測方法
        5.8.2 評測結(jié)果
    5.9 小結(jié)
第六章 可持久化硬件事務(wù)內(nèi)存
    6.1 引言
    6.2 背景知識
        6.2.1 多核處理器緩存一致性協(xié)議
        6.2.2 基于緩存一致性的硬件事務(wù)內(nèi)存機(jī)制
        6.2.3 非易失性存儲器
    6.3 主要問題和挑戰(zhàn)
        6.3.1 事務(wù)語義的保證
        6.3.2 與非事務(wù)執(zhí)行流的交互
        6.3.3 有限制的硬件事務(wù)內(nèi)存的支持
    6.4 持久化硬件事務(wù)內(nèi)存的總體結(jié)構(gòu)
    6.5 處理器芯片的基本設(shè)計(jì)
        6.5.1 處理器緩存數(shù)據(jù)的讀取
        6.5.2 處理器緩存數(shù)據(jù)的更新
        6.5.3 緩存行的寫回
        6.5.4 示例
    6.6 持久層的基本設(shè)計(jì)
    6.7 系統(tǒng)斷電恢復(fù)
        6.7.1 狀態(tài)一致性的保護(hù)
    6.8 具體實(shí)現(xiàn)
        6.8.1 對受限事務(wù)內(nèi)存的支持
        6.8.2 事務(wù)號溢出問題
    6.9 性能評測
        6.9.1 評測環(huán)境
        6.9.2 STAMP標(biāo)準(zhǔn)測試集
        6.9.3 鍵值存儲持久化的開銷
    6.10 小結(jié)
第七章 總結(jié)展望
    7.1 工作總結(jié)
    7.2 工作展望
        7.2.1 現(xiàn)有工作的完善
        7.2.2 內(nèi)存計(jì)算模型可擴(kuò)展性的研究
        7.2.3 分布式內(nèi)存計(jì)算的研究
參考文獻(xiàn)
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致謝



本文編號：2897135