[发明专利]内存关系数据库的数据组织及访问方法

说明书

本发明属于计算机技术领域，具体涉及一种关系数据库在内存中的数据组织及访问方法，数据组织方法中，以表页表的方式为每个表建立连续且独立的虚拟地址空间；将表和表页表的映射关系存放在内存关系数据库的索引表中；并用内存关系数据库管理数据和表页表的物理内存；而数据访问方法包括建立映射、读数据、写数据和取消映射的步骤，数据的组织使用连续的地址空间，可以从读写数据的起始虚拟地址开始，一次性访问读写长度内的数据页，不需要用软件反复查找不同数据页的物理地址，表的组织格式与进程页表格式相同，实现零切换，无需重建，只需要将表页表的指针插入进程页表，能实现快速映射和高速访问表中的数据。

技术领域

本发明属于计算机技术领域，具体涉及一种关系数据库在内存中的数据组织及访问方法。

背景意义

关系数据库(relational database)是一种采用关系模型作为数据的组织方式。关系数据库的特点在于将具有相同属性的数据独立地存储在一个表中。用户对数据库里的表进行查询、插入、删除和连接等操作，实际是读、写存储设备上的数据。要从表中数据的逻辑地址找到其在存储设备上的物理位置，需要有一个索引结构。因此，访问存储设备的性能对数据库的性能有至关重要的影响。

内存关系数据库(in-memory database)是指将关系数据库的部分数据或全部数据存放在内存中。目前，内存数据库中的数据在物理内存中有两种组织及访问方式：

1.现有技术一：数据库的表以文件的形式存放在内存中。这种方式下，访问表中的数据实际是访问文件系统中的文件，需要调用文件系统的接口，例如read()、write()。访问数据库的性能依赖访问文件的性能。

现有技术一有以下缺点：

应用程序访问表中的数据需要至少一次拷贝操作，即把数据从文件系统拷贝到用户缓存。

访问表的数据需要切换内核态，并经过文件系统的多个软件层次，例如Linux操作系统中的虚拟文件系统层(virtual file system)。因此会有较大的性能开销。

所以，现有技术一在组织和访问表的过程中有较大的软件层性能开销。

2.现有技术二：使用专有内存管理机制管理数据库所使用的内存。例如目前卡耐基梅隆大学和Intel的联合研究“Let’s Talk About Storage&Recovery Methods forNon-Volatile Memory Database Systems”，In Proceedings of the 2015ACM SIGMODInternational Conference on Management of Data，Joy Arulraj,Andrew Pavlo,andSubramanya R.Dulloor，ISBN:978-1-4503-2758-9(“谈非易失性内存数据库系统的存储和恢复方法”，2015美国计算机学会SIGMOD数据管理国际会议，Joy Arulraj,Andrew Pavlo,and Subramanya R.Dulloor，ISBN:978-1-4503-2758-9)，使用一个特殊的内存分配器给数据库的表分配内存，直接把存放数据的物理内存映射到一块用户虚拟地址空间。此时用户访问已映射好的内存就不再需要拷贝操作。为了确保已映射的物理内存不会丢失，已映射的物理内存总是使用固定的用户虚拟地址空间，并且在操作系统中保存已有的映射关系。

现有技术二有以下缺点：

已有的数据持续占用虚拟地址空间；

由于已分配的用户虚拟地址空间和物理内存有固定的映射关系，因此需要额外的机制记录和回收物理内存和虚拟内存；

数据库的启动速度慢，需要在用户地址空间重建整个数据库中数据的映射关系；

由于地址映射方式的问题，表的大小受限于虚拟地址空间的大小和表的数量；