[发明专利]一种数据库网络负载性能的加速框架、加速方法及设备

说明书

本申请公开了一种数据库网络负载性能的加速框架、加速方法及设备，框架包括：用户态网络协议栈、数据库网络架构、数据库多线程架构，数据库网络架构包括数据库网络线程，数据库多线程架构包括数据库业务线程。用户态网络协议栈用于接收网卡设备发送的初始数据，并通过TCP/IP协议栈进行解析得到第一数据；数据库网络线程用于获取第一数据；数据库多线程架构用于通过数据库多线程架构与数据库网络架构之间的通信控制收发接口读取第一数据，以执行对应业务。本申请用用户态网络协议栈替换内核态网络协议栈，实现操作系统内核旁路，这种纯软技术不依赖新型网络设备，可控性友好。并且加速框架将数据库与用户态网络协议栈解耦，可应对用户态网络高并发。

技术领域

本申请涉及数据库领域，尤其涉及一种数据库网络负载性能的加速框架、加速方法及设备。

背景技术

数据库(database，DB)是按一定结构组织并长期存储在计算机内的、可共享的大量数据的有机集合。数据库系统(database system，DBS)则是实现有组织的、动态地存储大量关联数据、方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成的系统。影响数据库网络负载性能的主要因素包括网络负载时延、中央处理器(central processing unit，CPU)使用率、磁盘输入/输出(input/output，I/O)、内存使用效率以及数据库内核技术。当前加速数据库网络负载性能的技术主要包括：软件层面深挖数据库内核技术、软硬结合CPU、新型存储介质上。

网络协议及数据库之间的通信是影响数据库系统性能的重要因素。为此，基于网络协议及数据库之间的通信改善数据库系统性能的方式有：1)阿里OceanBase(一个支持海量数据的高性能分布式数据库系统)提出的通过高性能Libeasy网络框架加速联机事务处理过程(on-line transaction processing，OLTP)的负载性能，该网络框架基于内核态网络协议栈的事件驱动模型Libev实现，其使用协程来管理任务调度。2)阿里PolarDB(阿里云自研的云原生关系型数据库)基于新型硬件技术搭建基于远程直接数据读取(remotedirect memory access，RDMA)的数据库内核引擎，通过RDMA直接将本机的内存写入另一台机器的内存地址，中间的通讯协议编解码、重传机制都由RDMA网卡来完成，不需要CPU参与。

然而，上述方式1会带来用户态与内核态之间的频繁切换、内核态协议栈数据多次内存拷贝等，造成系统资源损耗和网络负载时间延迟，从而损失数据库性能；上述方式2虽然利用RDMA交互实现数据库旁路操作系统(operating system，OS)内核实现负载性能加速，但其依赖RDMA网卡硬件设备，属于一种硬件新型技术。在实际应用场合中需要端到端的物理硬件配合，灵活性和通用性差，同时在软件层面，RDMA协议的实现对于应用层数据库内核而言，需要大量复杂适配修改才能保证其可用性。

发明内容

本申请实施例提供了一种数据库网络负载性能的加速框架、加速方法及设备，该加速框架用用户态网络协议栈替换内核态网络协议栈，实现操作系统内核旁路，这种纯软技术，不依赖新型网络设备，可控性友好。并且，该框架将数据库与用户态网络协议栈解耦，以应对用户态网络高并发；将传统数据库的业务与通信解耦，降低了系统开销。

基于此，本申请实施例提供以下技术方案：