本文關(guān)鍵詞：基于GPU的事務(wù)型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的研究與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：聯(lián)機(jī)事務(wù)處理是數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的重要應(yīng)用。隨著近年來(lái)電子商務(wù)的迅猛發(fā)展和企業(yè)數(shù)據(jù)量的激增,用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理能力提出了越來(lái)越高的要求,而處理器技術(shù)和內(nèi)存技術(shù)的發(fā)展也為提升數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理能力帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。一方面,多核CPU、GPU、Phi等新型處理器擁有越來(lái)越多的處理核心,并行處理能力非常強(qiáng)大;但是另一方面,事務(wù)處理過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)的隔離性和一致性的保護(hù)又制約著處理器并發(fā)能力的提升。目前大多數(shù)的研究工作著眼于利用多核處理器的并行計(jì)算能力來(lái)提高事務(wù)型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的性能,但如何將并行計(jì)算能力更強(qiáng)的GPU應(yīng)用于事務(wù)型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)則少有研究。在GPU上實(shí)現(xiàn)事務(wù)型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵是要在保證ACID特性的前提下充分挖掘程序在GPU上的并行性,然而GPU上數(shù)量眾多的并發(fā)線程和線程束內(nèi)的鎖步執(zhí)行方式會(huì)嚴(yán)重放大數(shù)據(jù)沖突的影響,使得該問(wèn)題的解決充滿挑戰(zhàn)。本文重點(diǎn)解決了事務(wù)并發(fā)執(zhí)行,事務(wù)實(shí)時(shí)性保證,GPU設(shè)備內(nèi)存管理等幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。針對(duì)事務(wù)并發(fā)控制的問(wèn)題,本文借鑒了 Silo系統(tǒng)的事務(wù)提交協(xié)議,通過(guò)減少集中式資源的使用避免GPU線程的互相阻塞,并解決了對(duì)寫集合加鎖的死鎖問(wèn)題使之適應(yīng)GPU的并行計(jì)算方式。針對(duì)事務(wù)處理實(shí)時(shí)性的保護(hù),本文借鑒了 Mega-KV的以時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)度策略,設(shè)計(jì)了針對(duì)于GPU事務(wù)處理的調(diào)度流水線,保證了事務(wù)的實(shí)時(shí)性。針對(duì)事務(wù)的持久化問(wèn)題,本文采用了 CPU/GPU協(xié)作模式,GPU將一個(gè)批次的事務(wù)作為一個(gè)持久化事務(wù),由CPU將該持久化事務(wù)的日志信息記錄到日志文件中。此外,為提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率,本文中還實(shí)現(xiàn)了 GPU設(shè)備內(nèi)存管理器和無(wú)鎖哈希表。本文主要工作和貢獻(xiàn)如下:1.系統(tǒng)研究了在GPU上實(shí)現(xiàn)事務(wù)型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)面臨的困難與挑戰(zhàn),重點(diǎn)解決了事務(wù)并發(fā)控制、事務(wù)的實(shí)時(shí)性、事務(wù)持久性保障等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。2.在NVIDIA GPU上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于GPU的事務(wù)型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)原型系統(tǒng)GPUTx-DB,該系統(tǒng)可在保證數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)ACID性質(zhì)的同時(shí)充分利用GPU的并行計(jì)算能力。3.利用YCSB和TPC-C數(shù)據(jù)庫(kù)基準(zhǔn)測(cè)試程序?qū)PUTx-DB進(jìn)行了性能測(cè)試和分析,并與多核處理器上的事務(wù)型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)Silo進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了GPUTx-DB的處理能力。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP311.13

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