透过新硬件环境下的存储技术，看未来数据库系统崛起

开辟者大年夜赛路演 | 12月16日，技巧立异，北京不见不散

大年夜家应当都看过《星际穿越》，琅绫擎有很多震动人心的场景，我小我印象较为深刻的┞氛样老传授鼓励库珀去摸索太空、寻找仁攀类宜居星球时念的那首诗：“Do not go gentle into that good night…Though wise men at their end know dark is right…”，意思就是不要温柔地走进那个良宵。对于技恋仁攀来说，数据库体系底层硬件面对着改革，我们也应当去摸索新技巧，以更好地适拍┞封些底层硬件，而不是逗留在原地，是以我拿这句诗作为本次分享的开端。

现代处理器及新型存储的成长

1、现代处理器

先给大年夜家介绍一下现代处理器及新型存储的成长。大年夜概大年夜2005年开端，CPU的临盆商就不再寻求CPU的频率而转向多核技巧研究，这里一个很重要的原因就是能耗和制造工艺汕９依υ?题，使得他们不克不及再纯真地寻求晋升频率。

以前CPU拜访一个内存，大年夜概只要一个时光周期的时光，如今须要上百个时光周期，拜访内存成了一个比较昂贵的操作，特别是在如本大年夜内存和内存计算这个情况下，memory-wall的效应加倍严重，所以怎么样去克服，使得法度榜样具有局部性，成为了最重要的一件工作，即若何克服memory wall的问题。

2、新型存储设备

大年夜家是否听过非易掉性内存？英特尔方才推出的3D XPoint技巧，就属于这类范畴的技巧，即内存掉落电了今后，数据不会损掉。它兼具磁盘和内存的特点，结合了两者的长处，也就是具有磁盘的持久存储特点和内存的快速拜访，重要特点长短低掉、低延时、安闲量，以及读写纰谬称。

大年夜家可以想象一下，有了这种硬件今后，我们体系设计者须要推敲的器械就不再是所谓的I/O的问题了，而是可以专注地把留意力放在高机能计算上，通俗地讲就是存眷体系的扩大性问题。

道理介绍

刚才所说的新型存储——非易掉性内存重要有以下四种实现，个中最为成熟、最具市场前景的就是这个称之为相变存储的技巧。

相变存储器：材料可以在结晶状况与非结晶状况改变

自旋磁矩：改变两层磁性材料磁矩偏向

铁电材料：材料所形成的电荷高低，二元状况

忆阻器：是一种有记忆功能的非线性电阻

根据国外工程师的逆向工程，英特尔的3D XPoint（傲腾），采取的就是这种技巧。它的技巧特点是应用相变材料，具有结晶和非结晶两种状况，这两种状况对应着低电阻和高电阻，对应着1和0。比拟存储器的单位构造重要有以下部件构成：双层的导热片，然后加热绝缘体，以及相变材质。经由过程加热器，对这个相变材质进行加热，它就会出现结晶和非结晶两种状况。其它的技巧实现，有兴趣可暗里评论辩论，这里就不多讲了。

相干参数

在当前通俗的办事器上，配备几十个处理核心的处理器已相当常见，众核的概念也开端风行起来。那什么是众核？众核，是在英文上有一个专门的词，叫做many-core，跟单核是对应的，主如果指集成了成百上千个处理核心的处理器。多核处理器大年夜家可能很熟悉了，但大年夜家有没留意到memory-wall效应这个现象呢？

重要照样PCM的技巧，是今朝最为重要的一种技巧。我们来看一下它的参数，这里主如果一些相干文献上摘取的数据，个中我们比较存眷的是读写延迟、带宽、寿命，以及密度（容量）。

大年夜表格中可以看到，PCM和Flash比拟，它的读写延迟要低两个数量级，而它的寿命要高两个数量级，并且容量的大年夜小和Flash差不多，而跟内存比拟，它的读延迟已经是很接近了，但这个写延迟和带宽上还有差距，所以今朝而言，PCM代替内存是弗成能的工作，而在一段时光内这两种存储是会合营存在于计算机体系构造中。

别的一个有意思的现象就是PCM的密度，它的容量要比内存大年夜2到4倍，并且在余暇功耗，即体系余暇的时刻，这个功耗是内存的1%。因为内存要赓续地去刷新，保护内存单位琅绫擎的数据，所以这是一个很刺眼的特点，特别是对于数据中间而言。

DBMS的设计

我们都知道体系的底层硬件决定着上层软件的设计，如今数据库体系最重要的抵触是飞速成长的硬件与始于上世纪70年代的数据库体系的陈腐设计思惟。众所周知，磁盘I/O是那个时代体系机能的重要瓶颈，而该体系的设计者重要推敲的是本身如何把这个体系设计得更好，以规避这个磁盘I/O的问题。在我们的数据库体系琅绫擎，同样到处可见这种设计思惟。针对这种磁盘时代而提出的算法思惟，在大年夜并发下将会出现相当严重的机能问题。

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