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基于细粒度缓存与学习型索引的LSM树键值存储系统性能优化
1
作者 许睿达 李永坤 许胤龙 《计算机科学》 北大核心 2025年第2期33-41,共9页
在数据量飞速增长的大数据时代背景下,基于日志结构合并树的(Log-Structured Merge-Tree-based,LSM-Tree-based)键值存储系统因其优秀的灵活性与扩展性被广泛应用于NoSQL系统。但是,传统的LSM-Tree结构键值存储系统在查询数据时,因搜索... 在数据量飞速增长的大数据时代背景下,基于日志结构合并树的(Log-Structured Merge-Tree-based,LSM-Tree-based)键值存储系统因其优秀的灵活性与扩展性被广泛应用于NoSQL系统。但是,传统的LSM-Tree结构键值存储系统在查询数据时,因搜索多个SSTable引起的读放大问题会产生额外的I/O开销,影响系统性能。针对这一问题,提出了一种新型键值存储系统优化设计方案——FCLI-LSM。FCLI-LSM结合了细粒度键值对缓存和学习型索引的优化方法,旨在提升基于LSM-Tree结构的键值存储系统的查询性能。通过对数据访问热点的分析,FCLI-LSM对数据进行热、温、冷数据的三级分级。FCLI-LSM为热数据设计了基于键值分离的细粒度缓存机制,有效减少了读放大问题带来的额外I/O开销;此外,还设计了一种针对学习型索引的缓存亲和优化,进一步提高了存储系统对温数据的查询效率。实验结果表明,与现有的查询优化方案相比,FCLI-LSM能带来超过40%的平均查询时延下降以及超过1.7倍的系统吞吐率提升。 展开更多
关键词 大数据 键值存储系统 日志结构合并树 学习型索引 缓存
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基于非易失存储器件的内存键值存储系统的性能研究 被引量：1
2
作者 魏巍 蒋德钧 +1 位作者 熊劲 陈明宇 《高技术通讯》 北大核心 2017年第6期519-529,共11页
分析了互联网应用为满足后端存储系统高性能要求而引用的内存键值存储系统的应用特点,指出:为了永久保存数据,这些系统还需要在后端将数据从易失性的内存拷贝到慢速的非易失存储设备中;将新型的非易失存储器件(NVM)引入内存键值存储系... 分析了互联网应用为满足后端存储系统高性能要求而引用的内存键值存储系统的应用特点,指出:为了永久保存数据,这些系统还需要在后端将数据从易失性的内存拷贝到慢速的非易失存储设备中;将新型的非易失存储器件(NVM)引入内存键值存储系统可减少其性能开销;根据NVM的特征,内存键值系统可采用两种架构:将NVM替代磁盘作为二级存储设备和将NVM替代DRAM直接作为主存储设备。基于上述分析,实现了两种NVM架构的内存键值存储系统,并通过实验分析,总结出了内存键值存储系统选择NVM架构的原则,这些原则可有效指导内存键值存储系统在采用当前以及未来NVM器件时,对架构的选择。其次,还通过理论和实验分析,得出了不同架构下的内存键值系统在软件层的主要开销,指出了未来针对这些系统的软件设计的优化方向。 展开更多
关键词 内存键值存储系统 非易失存储器件(NVM) 持久内存 性能分析 数据持久 化机制
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Elsa:一种面向跨区域架构的无协调分布式键值存储系统 被引量：2
3
作者 崔玉龙 付国 +1 位作者 张岩峰 于戈 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期2427-2445,共19页
作为具备高性能和高可伸缩性的分布式存储解决方案,键值存储系统近年来被广泛采用,例如Redis、MongoDB、Cassandra等.分布式存储系统中广泛使用的多副本机制一方面提高了系统吞吐量和可靠性,但同时也增加了系统协调和副本一致性的额外开... 作为具备高性能和高可伸缩性的分布式存储解决方案,键值存储系统近年来被广泛采用,例如Redis、MongoDB、Cassandra等.分布式存储系统中广泛使用的多副本机制一方面提高了系统吞吐量和可靠性,但同时也增加了系统协调和副本一致性的额外开销.对于跨域分布式系统来说,远距离的副本协调开销甚至可能成为系统的性能瓶颈,降低系统的可用性和吞吐量.提出分布式键值存储系统Elsa,这是一种面向跨区域架构的无协调键值存储系统.Elsa在保证高性能和高可拓展性的基础上,采用无冲突备份数据结构(CRDT)技术来无协调的保证副本间的强最终一致性,降低了系统节点间的协调开销.在阿里云上构建了跨4数据中心8节点的跨区域分布式环境,进行了大规模分布式性能对比实验,实验结果表明:在跨域的分布式环境下,对于高并发争用的负载,Elsa系统的性能具备明显的优势,最高达到MongoDB集群的7.37倍,Cassandra集群的1.62倍. 展开更多
关键词 跨区域架构 键值存储系统 无冲突备份数据结构 副本一致性 强最终一致性
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基于用户级融合I/O的Key-Value存储系统优化技术研究 被引量：6
4
作者 安仲奇 张云尧 +1 位作者 邢晶 霍志刚 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期649-659,共11页
传统分布式键值存储系统大都基于操作系统提供的套接字与可移植操作系统接口构建,受限于接口语义及内核开销,难以发挥底层新型网络和存储硬件高吞吐与低延迟的性能优势.聚焦键值存储系统的数据通路,面向高速以太网与NVMe(non-volatile m... 传统分布式键值存储系统大都基于操作系统提供的套接字与可移植操作系统接口构建,受限于接口语义及内核开销,难以发挥底层新型网络和存储硬件高吞吐与低延迟的性能优势.聚焦键值存储系统的数据通路,面向高速以太网与NVMe(non-volatile memory express)固态存储,于用户态整合网络栈与I O栈,协同设计以优化吞吐性能与延迟稳定性.用户级融合I O栈的控制平面由同一处理器核心于同一上下文中统一管理网卡与固态存储设备的硬件队列,消除了传统分离式设计所导致的多次进出内核态、多次上下文切换以及潜在的核间通信与数据迁移等的弊端,最大限度降低系统软件层面的管控开销.数据平面采用统一的内存池,借助用户级设备驱动,数据于上层键值系统与底层设备之间直接通过DMA传输,没有额外数据拷贝与操作系统干涉.针对大消息访问请求,通过将数据分片并交叠执行网络与存储DMA操作,进一步掩藏了访问延迟.实现了全用户态键值存储系统UKV,支持内存外存2层存储以及广泛应用的Memcache接口.将UKV与由Twitter开源的Fatcache系统进行了测试对比.实验结果表明,涉及外存的SET请求的每秒查询吞吐量提高了14.97%~97.78%,GET操作的每秒查询吞吐量提高了14.60%~51.81%;涉及外存的SET操作的p95延迟降低了26.12%~40.90%,GET操作的p95延迟降低了15.10%~24.36%. 展开更多
关键词 键值存储系统 旁路内核 用户级融合I O 高速以太网 NVMe固态硬盘
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大规模高校纠删码键值存储读写负载均衡研究 被引量：5
5
作者 沈佳杰 朱良杰 +2 位作者 向望 任晨 王新 《深圳大学学报（理工版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期175-183,共9页
纠删码广泛部署于分布式键值存储系统来保证数据可靠性.通过将用户数据编码并存储到多个存储节点,纠删码存储系统可以在部分节点失效的情况下恢复原始数据.随着存储节点数量的增加,存储节点往往会出现负载不均衡的情况,限制其在高校云... 纠删码广泛部署于分布式键值存储系统来保证数据可靠性.通过将用户数据编码并存储到多个存储节点,纠删码存储系统可以在部分节点失效的情况下恢复原始数据.随着存储节点数量的增加,存储节点往往会出现负载不均衡的情况,限制其在高校云计算和信息化领域的应用场景.为解决上述问题,提出大规模纠删码键值存储系统负载均衡方案.通过将逻辑控制和存储功能分离,纠删码存储系统可以高效地确定存储节点的负载状态.为充分利用节点之间网络带宽资源,提出多切片数据编码传输方案.根据用户写入数据量,设计混合数据写入机制来提升数据写入操作的性能.在此基础上,设计了原型纠删码键值存储系统,实际原型系统测试验证了本研究中负载均衡算法的有效性. 展开更多
关键词 纠删码存储系统 键值存储系统 云存储系统 存储架构 负载均衡 读写性能优化
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云制造环境下并行频繁模式增长算法优化 被引量：5
6
作者 王洁 戴清灏 +1 位作者 曾宇 杨东日 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2012年第9期2124-2129,共6页
针对云制造环境下的海量数据挖掘,分析了现有并行频繁模式增长算法的实现和不足。研究了利用键值存储系统对其中的计数和分组部分进行优化。利用键值型数据库存储简单、自动增长且有序的方式,将计数和分组的信息存储在了键值型数据库上... 针对云制造环境下的海量数据挖掘,分析了现有并行频繁模式增长算法的实现和不足。研究了利用键值存储系统对其中的计数和分组部分进行优化。利用键值型数据库存储简单、自动增长且有序的方式,将计数和分组的信息存储在了键值型数据库上。通过减少对分布式文件系统的读写,并将计数过程和排序过程并行化执行,优化后的算法减小了存储节点的网络及内存开销。在真实数据集上,通过实验对比了优化前后算法的性能以及对于文件系统I/O的开销。 展开更多
关键词 云制造 并行频繁模式增长算法 键值存储系统 数据挖掘 算法优化
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基于特征的业务流程数据可扩展管理机制 被引量：2
7
作者 孙君意 李厚福 韩燕波 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2011年第8期1856-1863,共8页
为解决在请求密集的关键性业务应用中,业务流程管理系统的可扩展性受到传统的流程数据管理方法制约的问题,提出一种基于特征的业务流程数据可扩展管理机制。该机制充分考虑了业务流程管理系统中各种流程数据的特征,综合利用关系型数据... 为解决在请求密集的关键性业务应用中,业务流程管理系统的可扩展性受到传统的流程数据管理方法制约的问题,提出一种基于特征的业务流程数据可扩展管理机制。该机制充分考虑了业务流程管理系统中各种流程数据的特征,综合利用关系型数据库和分布式键值存储系统的优势管理相应的流程数据,提升了系统的整体性能和可扩展性,并通过抽象的流程数据访问层对流程引擎屏蔽了底层数据模型的差异。通过实验验证了所提机制的有效性。 展开更多
关键词 业务流程管理 特征 可扩展性 流程数据管理 关系型数据库 分布式键值存储系统
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基于持久化内存的索引设计重新思考与优化 被引量：3
8
作者 韩书楷 熊子威 +1 位作者 蒋德钧 熊劲 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2021年第2期356-370,共15页
非易失性内存(non-volatile memory,NVM)是近几年来出现的一种新型存储介质.一方面,同传统的易失性内存一样,它有着低访问延迟、可字节寻址的特性;另一方面,与易失性内存不同的是,掉电后它存储的数据不会丢失,此外它还有着更高的密度以... 非易失性内存(non-volatile memory,NVM)是近几年来出现的一种新型存储介质.一方面,同传统的易失性内存一样,它有着低访问延迟、可字节寻址的特性;另一方面,与易失性内存不同的是,掉电后它存储的数据不会丢失,此外它还有着更高的密度以及更低的能耗开销.这些特性使得非易失性内存有望被大规模应用在未来的计算机系统中.非易失性内存的出现为构建高效的持久化索引提供了新的思路.由于非易失性硬件还处于研究阶段,因此大多数面向非易失性内存的索引研究工作基于模拟环境开展.在2019年4月英特尔发布了基于3D-XPoint技术的非易失性内存硬件apache pass(AEP),这使得研究人员可以基于真实的硬件环境去进行相关研究工作.首先评测了真实的非易失性内存器件,结果显示AEP的写延迟接近DRAM,而读延迟是DRAM的3~4倍.基于对硬件的实际评测结果,研究发现过去很多工作对非易失性内存的性能假设存在偏差,这使得过去的一些工作大多只针对写性能进行优化,并没有针对读性能进行优化.因此,重新审视了之前研究工作,针对过去的混合索引工作进行了读优化.此外,还提出了一种基于混合内存的异步缓存方法.实验结果表明,经过异步缓存方法优化后的混合索引读性能是优化前的1.8倍,此外,经过异步缓存优化后的持久化索引最多可以降低50%的读延迟. 展开更多
关键词 非易失性内存 持久化内存 索引 存储系统 键值存储系统
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