【摘 要】
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负载的倾斜分布现象广泛存在于各种场景中,降低热点数据的读写延迟对提升系统整体服务质量有重要意义。B+树是一种被广泛应用的索引结构,新兴的非易失内存（Non-Volatile Memory,NVM）为B+树应对数据热点问题提供了新的思路,但已有的NVM上B+树相关研究工作都没有对冷热数据进行区分,这降低了它们对倾斜负载的服务能力。本文便主要聚焦于在NVM场景下设计热点感知的B+树结构。在对B+树的热
【基金项目】
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国家重点研发计划（No.2018YFB1003305）；
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负载的倾斜分布现象广泛存在于各种场景中,降低热点数据的读写延迟对提升系统整体服务质量有重要意义。B+树是一种被广泛应用的索引结构,新兴的非易失内存（Non-Volatile Memory,NVM）为B+树应对数据热点问题提供了新的思路,但已有的NVM上B+树相关研究工作都没有对冷热数据进行区分,这降低了它们对倾斜负载的服务能力。本文便主要聚焦于在NVM场景下设计热点感知的B+树结构。在对B+树的热点数据读取加速时,针对NVM场景下B+树采用的选择持久化方案存在的高性能DRAM空间浪费问题设计了非叶节点缓存策略NLNC（Non-Leaf Node Cache）。与传统的缓存方案需要额外的存储空间占用以及一定的缓存查询开销不同,NLNC利用了树结构本身存在的空闲存储空间并将热点数据缓存在了数据查询的必经节点路径上,从而做到了无额外空间占用、低缓存查询开销。为了让NLNC能够获得稳定的缓存空间,提出了缓存预留机制,并使用户能够按照需要在读取速度、内存使用与写入效率之间进行取舍。针对倾斜写入负载下线程对树节点竞争导致的B+树性能下降问题,设计了线程间请求移交机制（Request Handover Mechanism,RHM）,释放了被阻塞线程的服务能力,优化了树结构整体的写入性能。为了进一步提升写线程对请求移交队列的服务速度,利用了移交队列中请求的空间局部性特征和批量服务的思想,设计了请求批量服务算法。批量服务算法的使用大大降低了服务其他线程移交的请求时的一致性保障开销和加锁次数,很好地提升了B+树对热点数据区的写入能力。基于上述优化方案,设计实现了NVM上热点数据读写优化的B+树（NLNCRHM Tree,NRTree）。对于倾斜负载,NRTree比现有基于NVM的树结构读性能高1.41倍到2.36倍,写性能高1.56倍到3.72倍。在无倾斜特征的负载下,NRTree的读性能与最新的研究工作相比也能做到基本持平,写性能有微弱提升。
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