面向共享Cache多核处理器的数据库查询执行优化算法研究

多核处理器和大容量内存已经成为当前数据库服务器的主流配置，要充分发挥这些硬件的性能，就必须提高数据库查询执行在多核处理器上的执行效率，解决数据库I/O瓶颈转向内存/Cache后出现的新问题。现有的研究成果很少考虑面向共享Cache多核处理器中的多线程并行执行和Cache的访问冲突问题，因此多核处理器的出现给数据库的发展既带来了挑战，也带来了机遇。本课题力求提高关系数据库查询执行的效率，使其能够充分利用多核处理器的计算资源，从多线程并行执行的角度研究查询执行优化，首先研究合理的多线程执行模式和策略，然后针对每种线程执行模式及其对应查询执行的数据访问特点，研究多线程执行时的Cache访问性能优化算法，研究多线程调度算法，在开源商用数据库Ingres的查询执行引擎中选取最频繁使用的数据库查询操作，实现本课题的预期研究成果，以验证本课题的研究成果对于数据库性能提升的效果。

多核处理器和大容量内存已经成为当前数据库服务器的主流配置，要充分发挥这些硬件的性能，就必须提高数据库查询执行在多核处理器上的执行效率，解决数据库I/O瓶颈转向内存/Cache后出现的新问题。现有的研究成果很少考虑面向共享Cache多核处理器中的多线程并行执行和Cache的访问冲突问题，因此多核处理器的出现给数据库的发展既带来了挑战，也带来了机遇。本项目力求提高关系数据库查询执行的效率，使其能够充分利用多核处理器的计算资源，从多线程并行执行的角度研究查询执行优化，项目成果主要包括，首先结合多核处理器的硬件特性，通过全面的实验设计，面向数据库索引结构，分析影响数据库查询执行的多种因素，包括处理器核数、Cache大小、处理器架构、索引结点大小等多种因素。然后针对每种线程执行模式及其对应查询执行的数据访问特点，研究合理的多线程执行模式和策略，支持构建面向共享Cache优化的查询执行引擎。研究了多核处理器支持的频繁访问索引结构，以优化数据库索引的共享Cache访问性能。研究多线程执行时的Cache访问性能优化算法，如：排序算法、哈希连接算法和嵌套循环算法等，实验表明能够提高数据库常用查询执行性能。最后，研究多线程调度算法，在具有自主知识产权的数据库管理系统BeyonDB的查询执行引擎中选取最频繁使用的数据库查询操作，集成本项目的研究成果，验证了项目研究成果对于数据库性能提升的效果。