[发明专利]DRAM-NVM混合索引结构的构建方法及操作方法

说明书

本发明公开了一种DRAM‑NVM混合索引结构的构建方法及操作方法，所构建的索引结构包括索引层、中间层和数据层；索引层存储在DRAM中；中间层包括元数据节点，存储在DRAM中，且在NVM中存在备份；数据层包括LogTree，LogTree为树形结构，其个数与元数据节点的个数相同，与元数据节点一一对应；初始状态下，LogTree存储于NVM中，记为NvmTree；在读写过程中，将访问热度大于预设访问热度阈值的LogTree进行备份并缓存在DRAM中来创建CacheTree；此时，LogTree包括初始存储于NVM中的NvmTree、缓存在DRAM中的CacheTree和存储于NVM中的日志；日志用于存储对CacheTree进行写操作的记录；数据层中的LogTree用于存储用户写入的键值对中的目标关键字key和指向value的指针；本发明能够在保证读写性能的前提下，能够大大加快故障恢复的过程。

技术领域

本发明属于信息存储技术领域，更具体地，涉及一种DRAM-NVM混合索引结构的构建方法及操作方法。

背景技术

近十多年以来，随着计算机与网络技术的持续发展，信息数据规模呈爆炸式增长。当前计算机系统中各种存储设备在性能、容量、持久性等方面差异较大，给数据的存储方式带来了巨大的影响。索引结构是现代数据库的核心构件，存储架构的改变和持久性内存的特性为优化索引结构带来了机遇和挑战，故研究一种索引结构具有重要意义。

新型非易失性内存(Non-Volatile Memory，NVM)因为其具有的可字节寻址、非易失、低功耗、较高存储密度等优势，以及接近DRAM的性能，已经成为构建下一代存储系统的重要存储器件。现有的索引结构有很多基于NVM或者NVM与DRAM的混合介质，如NovelLSM、Path Hash、NVTree、FPTree等。但现有的基于NVM或NVM与DRAM混合介质的索引结构，并不能兼顾高读写性能与快速的故障恢复。以FPTree为例，这是一种基于DRAM-NVM混合介质的B+树索引结构。它将叶子节点持久化在NVM中，而将中间节点置于DRAM上，在恢复时利用持久化的叶子节点重建DRAM中的中间节点。FPTree叶子节点内部数据无序排列，并对叶子节点内部的每个关键字都计算出一个1B的哈希值，作为指纹数据，存放在同一个cache line中。在查询时，通过扫描指纹数据来快速定位到关键字的位置。这种结构虽然能够降低cache的不命中率、提升查询性能，但是B+树中间节点在系统掉电或故障后会丢失，在系统恢复时需要重建中间节点，在数据量较大时恢复时间较长，影响了系统的可用性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种DRAM-NVM混合索引结构的构建方法及操作方法，用以解决现有技术无法兼顾高读写性能与快速的故障恢复的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种DRAM-NVM混合索引结构的构建方法，包括：构建索引层、中间层和数据层，得到DRAM-NVM混合索引结构；

索引层为树形结构，存储在DRAM中；中间层包括1个或多个元数据节点，存储在DRAM中，且在NVM中存在备份；且当元数据节点为多个时，各元数据节点前后连接形成链表结构；数据层包括日志持久化树LogTree；LogTree为树形结构，其个数与元数据节点的个数相同，与元数据节点一一对应；初始状态下，LogTree存储于NVM中，记为NvmTree；在读写过程中，若LogTree的访问热度大于预设访问热度阈值，则通过对LogTree进行备份并缓存在DRAM中来创建CacheTree；此时，LogTree包括初始存储于NVM中的NvmTree、缓存在DRAM中的CacheTree和存储于NVM中的日志；其中，日志用于存储对CacheTree进行写操作的记录；

索引层用于索引中间层的元数据节点；

中间层用于对数据层中的LogTree进行寻址，并记录数据层中各LogTree的访问热度；中间层中的元数据节点包括指向其所对应的LogTree中的CacheTree根节点指针、NvmTree的根节点指针和日志的指针，以及其所对应的LogTree的访问热度；