闪存数据库_现状_技术与展望_王江涛

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１５５０
计算机学报
２０１３年
理速度提高近６而磁盘的读写速度只提升了００倍，不足１低速的磁盘已经成为制约系统性能提升０倍，的瓶颈．随着多核、这ＧＰＵ等高性能处理器的出现，磁盘自身机械寻道特性使一现象必然会更加突出．数据处理急切需要新型高效其性能难有大幅提升，的存储设备来提高存储系统的性能．诞生于２０世纪）为解决这８０年代末的闪存存储器（ＦｌａｓｈＭｅｍｏｒｙ一问题提供了有效途径．闪存是一种全电设备，通过具有非易失、极高的读写速电子电路来读取数据，抗震、低功耗、体积小等特性，目前已经广泛应用度、
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］１２－于嵌入式系统、航空航天、消费电子等领域［闪存．
每个块Ｋ９ＷＡＧ０８Ｕ１Ａ① 闪存芯片包含８１９２个块，由６每一个页由数据区和备用区组成，４个页组成，２ＫＢ的数据区用于存储用户数据，６４Ｂ的备用区用、来存储校验逻辑页地址等信息．闪存具备读、写和擦除３种操作，页是闪存的基本读写单位，重写数据前必须进行擦除，擦除操作以块为单位，执行时间和能耗远高于读写操作．在页被擦除前，ＳＬＣ型闪存最小写单元可以对同一个数据页进行多次写操作，为５闪存芯片的读写方式与磁盘截然不１２个字节．／同，二者的ＩＯ操作性能对比见表１．
第３６卷第８期２０１３年８月
Βιβλιοθήκη Baidu
计算机学报ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳ
Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．８Ａｕ．２０１３ｇ
闪存数据库：现状、技术与展望
王江涛
，１）２）
１引言
随着社交网络、物联网等新技术和应用的快速
数据处理给计算机系统性能带来巨大挑战．作为数据主要存储介质的磁盘已经越来越不能满足实际应用对存储带宽的需求．在过去的几十年，ＣＰＵ的处
；）、收稿日期：最终修改稿收到日期：本课题得到国家自然科学基金（国家“ 八六三” ２０１２１２２４２０１３０４１７．６１０７００５５，９１０２４０３２，９１１２４００１－－－－）、）高技术研究发展计划项目基金（中国人民大学科学研究基金（资助．王江涛，男，２０１２ＡＡ０１０７０１，２０１３ＡＡ０１３２０４１１ＸＮＬ０１０１９７８年生，：博士研究生，中国计算机学会（会员，主要研究方向为闪存数据库系统、混合存储系统．赖文豫，男，ＣＣＦ）Ｅ－ｍａｉｌｉａｎｔａｏｗ＠ｒｕｃ．ｅｄｕ．ｃｎ．ｊｇ硕士研究生，主要研究方向为闪存数据库查询优化．孟小峰，男，博士，教授，博士生导师，主要研究领域为网络数据１９８９年生，１９６４年生，管理、云数据管理、移动数据管理、社会计算、闪存数据库系统、隐私保护．
［］／表１闪存与磁盘ＩＯ性能对比４
的读写速度超过磁盘百倍以上，随着制作工艺的发展，闪存的容量不断增大，应用领域开始逐步扩展到高吞吐、数据访问密集的企业级应用环境．图灵奖获 “ 就像磁盘取代磁带一得者Ｇｒａｙ先生就曾预测：
赖文豫孟小峰
１）
１）
１）（中国人民大学信息学院
）００８７２北京１）２３３００江苏淮安２
２）（淮阴师范学院计算机科学与技术学院
摘要随着闪存存储技术的发展，闪存已经广泛应用于各种移动设备、作为一种完全不同于ＰＣ机和服务器中．磁盘的新型存储介质，闪存具有非易失、高速读写、抗震、低功耗、高存储密度等物理特性，这使得基于闪存的数据数据库系统是数据管理的重要技术，将现有的数据库系统直接移植到闪存上并不能充分管理问题成为新的挑战．发挥其硬件特性，设计实现基于闪存的数据库系统是当前的一个研究热点．文中介绍了闪存的特性和闪存转换层；总结了缓冲区、索引、查询和事务等数据库关键技术；讨论了基于闪存的混合存储数据管理．最后，基于该领域亟待解决的诸多问题，指出了未来的研究方向．关键词闪存；缓冲区；索引；查询；混合存储／中图法分类号ＴＰ３１１ＤＯＩ号１０．３７２４ＳＰ．Ｊ．１０１６．２０１３．０１５４９