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《湖南大学》 2017年
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基于MIC架构的内存键值存储系统的设计与实现

朱继生  
【摘要】:随着互联网和智能设备的普及,海量数据现象随之而来。面对海量数据,传统的关系型数据库已无法继续保证高吞吐量、低延时的服务,基于NoSQL的内存数据库(IMKV,In-memory key-value store)开始替代关系型数据库,用以改善当前关系型数据库所面临的窘境。另外,得益于硬件技术的发展,内存的容量不断增大、价格不断降低,使得以往的磁盘式的数据存储因为费时的磁盘IO开始淘汰,并逐步转向内存存储,这使得数据访问变得更为快捷。再者,Intel公司在2012年推出的协处理器架构MIC(Many integerated core)提供了内存IO所需的高内存带宽以及大量的计算单元用于处理数据。IMKV开始面临新的机遇和挑战,本文基于以上背景,旨在设计和实现一款面向海量数据的IMKV,并期望借助MIC架构的高并发特点为海量数据存储提供高并发、低延时的服务保障。设计一个内存键值存储系统,并利用MIC架构来加速系统的索引操作。键值存储系统着重从三个方面进行了设计:(1)数据结构,设计基于Cuckoo Hash的索引结构,并针对MIC硬件特点作出优化;(2)调度策略,根据GET/SET/DELETE操作的不同延时要求,设计周期性、延时性的调度策略;(3)内存管理,为解决系统在CPU与MIC两端之间的数据传输与存储问题,设计了 slab内存管理系统。实现了一个基于MIC架构的内存键值存储系统,并对系统进行了一系列测试分析;(1)负载测试,测试不同GET/SET占比、以及不同sig-loc长度的负载对系统开销的影响,并分析其中原因。(2)同步机制开销测试,测试使用不同Linux同步机制来确保插入删除操作安全时对系统开销的影响,并分析其中原因,(3)对比测试,选取了 Mega-KV和Memcached与基于MIC架构键值存储系统做数据对比分析,分析各自优劣及其原因。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP311.13;TP333

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