Linux下基于共享内存访问的数据库设计与实现

摘要

本文在总结和分析现有数据库技术特点的基础上提出了一种基于Linux下共享内存访问的专用数据库的实现技术，重点分析了该数据库的设计原理和实现的关键技术，并通过实验证明了该数据库的可用性和高效性。 现有各种数据库通常采用了裸设备、索引、Cache、垂直存储等技术中的一种或多种来提高数据库的访问效率。但各有优缺点： 裸设备技术虽然避免了访问操作系统文件系统，通过直接操作磁盘设备而加速了数据库，但同时也因为没有了操作系统提供的Cache功能，所以性能并不是在所有情况下达到最好。 索引技术虽然为查询加速了，但数据库更新速度却受到了严重影响。 目前的数据库虽然采用了Cache技术，但只是对最近一段时间经常访问到的数据做了Cache处理，所以在访问到不常访问的数据时容易出现较长时间的等待，从而降低数据库效率。 垂直存储是Sybase的专利技术，只是在较小程序上加速了数据库访问效率，其更重要的好处是在于节省了存储空间。 因此，我们基于以上现有数据库的特点，提出了Linux下基于共享内存访问的数据库，这一技术是采取了索引技术和Cache的优点而形成了。此技术的关键在于以下几点： 数据全部存储在内存中，因此访问速度是最快的； 数据项的定位是通过内存地址直接定位，即排序过的用户编号与内存地址关联，一方面加速了，另一方面节省了内存； 采用了Linux下信号灯技术保护数据，数据的共享和互斥访问要求都满足了； 采用了I/O复用和访问连接池技术来提高网络访问效率。 最后，通过实验，测试了Linux下基于共享内存访问的数据库的高效性。

目录

文摘

英文文摘

华南理工大学学位论文原创性声明及学位论文版权使用授权书

序言

第一章 课题来源

1.1来源

1.2目的

1.3意义

1.4本章小结

第二章 国内外研究现状

2.1裸设备技术

2.2索引技术

2.3 Cache技术

2.4垂直存储技术

2.5本章小结

第三章 共享内存数据库设计原理

3.1系统总体架构

3.2系统模块组成及功能

3.2.1共享内存区模块及其功能

3.2.2信号灯模块及其功能

3.2.3本地监控模块及其功能

3.2.4网络服务模块及其功能

3.3各模块工作流程

3.3.1共享内存区模块工作流程

3.3.2信号灯模块工作流程

3.3.3本地监控模块工作流程

3.3.4网络服务模块工作流程

3.4本章小结

第四章 实现的关键技术

4.1文件到内存的映射

4.1.1 mmap()及其相关系统调用

4.1.2 mmap()系统调用格式

4.1.3 mmap()系统调用用于共享内存的两种方式

4.1.4 munmap()系统调用

4.1.5 msync()系统调用

4.1.6对mmap()返回地址的访问

4.2共享内存访问

4.2.1 Linux系统中共享内存调用

4.2.2本设计中共享内存的使用

4.3资源共享与保护

4.3.1信号灯的操作

4.3.2信号灯在本设计中的运用

4.3.3访问权限

4.4语义分析和支持标准

4.4.1查看数据库里面的数据

4.4.2更新数据库里面的数据

4.5远程通讯

4.5.1通讯协议

4.5.2 I/O多路复用

4.5.3连接池

4.6系统安全策略

4.6.1保存数据库里的数据到文件

4.6.2数据库运行日志

4.7本章小结

第五章 样例测试

5.1测试环境

5.2本地更新速度测试

5.2.1单进程本地更新测试

5.2.2多进程本地并发更新测试

5.3远程更新速度测试

5.3.1单进程远程更新测试

5.3.2多进程远程并发更新测试

5.4本地查询速度测试

5.4.1单进程本进查询测试

5.4.2多进程本地并发查询测试

5.5远程查询速度测试

5.5.1单进程远程查询测试

5.5.2多进程远程并发查询测试

5.6本地混合操作速度测试

5.6.1单进程本地混合操作测试

5.6.2多进程本地并发操作测试

5.7远程混合操作速度测试

5.7.1单进程远程操作测试

5.7.2多进程远程并发操作测试

5.8内存占用率测试

5.9安全性测试

5.10测试结论

5.11本章小结

第六章 结束语

参考文献

科研成果

致谢