基于GPU的事務(wù)型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、聯(lián)機(jī)事務(wù)處理是數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的重要應(yīng)用。隨著近年來電子商務(wù)的迅猛發(fā)展和企業(yè)數(shù)據(jù)量的激增，用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理能力提出了越來越高的要求，而處理器技術(shù)和內(nèi)存技術(shù)的發(fā)展也為提升數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理能力帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。一方面，多核CPU、GPU、Phi等新型處理器擁有越來越多的處理核心，并行處理能力非常強(qiáng)大;但是另一方面，事務(wù)處理過程中對(duì)數(shù)據(jù)的隔離性和一致性的保護(hù)又制約著處理器并發(fā)能力的提升。目前大多數(shù)的研究工作著眼于利用多核處理器的并行計(jì)算能力來提高

2、事務(wù)型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的性能，但如何將并行計(jì)算能力更強(qiáng)的GPU應(yīng)用于事務(wù)型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)則少有研究。
　　在GPU上實(shí)現(xiàn)事務(wù)型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵是要在保證ACID特性的前提下充分挖掘程序在GPU上的并行性，然而GPU上數(shù)量眾多的并發(fā)線程和線程束內(nèi)的鎖步執(zhí)行方式會(huì)嚴(yán)重放大數(shù)據(jù)沖突的影響，使得該問題的解決充滿挑戰(zhàn)。本文重點(diǎn)解決了事務(wù)并發(fā)執(zhí)行，事務(wù)實(shí)時(shí)性保證，GPU設(shè)備內(nèi)存管理等幾個(gè)關(guān)鍵問題。針對(duì)事務(wù)并發(fā)控制的問題，本文借鑒了Silo系統(tǒng)的事務(wù)提交

3、協(xié)議，通過減少集中式資源的使用避免GPU線程的互相阻塞，并解決了對(duì)寫集合加鎖的死鎖問題使之適應(yīng)GPU的并行計(jì)算方式。針對(duì)事務(wù)處理實(shí)時(shí)性的保護(hù)，本文借鑒了Mega-KV的以時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)度策略，設(shè)計(jì)了針對(duì)于GPU事務(wù)處理的調(diào)度流水線，保證了事務(wù)的實(shí)時(shí)性。針對(duì)事務(wù)的持久化問題，本文采用了CPU/GPU協(xié)作模式，GPU將一個(gè)批次的事務(wù)作為一個(gè)持久化事務(wù)，由CPU將該持久化事務(wù)的日志信息記錄到日志文件中。此外，為提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率，本文中還實(shí)現(xiàn)

4、了GPU設(shè)備內(nèi)存管理器和無(wú)鎖哈希表。
　　本文主要工作和貢獻(xiàn)如下:
　　1.系統(tǒng)研究了在GPU上實(shí)現(xiàn)事務(wù)型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)面臨的困難與挑戰(zhàn)，重點(diǎn)解決了事務(wù)并發(fā)控制、事務(wù)的實(shí)時(shí)性、事務(wù)持久性保障等關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　2.在NVIDIA GPU上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于GPU的事務(wù)型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)原型系統(tǒng)GPUTx-DB，該系統(tǒng)可在保證數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)ACID性質(zhì)的同時(shí)充分利用GPU的并行計(jì)算能力。
　　3.利用YCSB和TPC-C數(shù)據(jù)庫(kù)基準(zhǔn)