Preview

Труды Института системного программирования РАН

Расширенный поиск

В ожидании нативных архитектур СУБД на основе энергонезависимой основной памяти

https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2020-32(1)-9

Полный текст:

Аннотация

Многие специалисты в области управления данными считают, что появление доступной для практического использования энергонезависимой байт-адресуемой основной памяти (Non-Volatile Main Memory, NVM) приведет к появлению нового вида сверхскоростных систем управления базами данных (СУБД) с одноуровневым хранением данных (NVM-ориентированных СУБД). Однако, как отмечается во введении данной статьи, число исследователей, активно занимающихся исследованиями архитектур NVM-ориентированных СУБД, за последние годы не возросло. Наибольшую активность проявляют молодые исследователи, не боящиеся рисков, которые, безусловно, имеются в этой новой области. Во втором разделе статьи рассматривается состояние дел в области аппаратных средств NVM. Анализ показывает, что NVM в форм-факторе DIMM уже стали реальностью, и что в ближайшем будущем можно ожидать появления на рынке NVM-DIMM со скоростью обычной DRAM и стойкостью, близкой к стойкости жестких дисков. Третий раздел посвящен обзору родственных работ, среди которых наиболее продвинутыми представляются работы молодых исследователей Джоя Арулраджа и Исмаила Укида. В четвертом разделе мы утверждаем и обосновываем, что работы, выполненные к настоящему времени в области NVM-ориентированных СУБД, не привели к появлению чистой архитектуры. Этому мешает анализируемый нами набор ограничивающих факторов. В связи с этим, в пятом разделе мы приводим набросок «чистой» архитектуры NVM-ориентированной СУБД, на выбор которой влияют только стремление к простоте и эффективности. В заключение подводятся итоги статьи и утверждается потребность в дополнительном исследовании многих аспектов «чистой» архитектуры NVM-ориентированной СУБД.

Об авторе

Сергей Дмитриевич Кузнецов
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Московский физико-технический институт, НИУ «Высшая школа экономики», Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова
Россия
Доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник ИСП РАН, профессор кафедр системного программирования МГУ, МФТИ и ВШЭ, старший научный сотрудник РЭУ им. Г.В. Плеханова


Список литературы

1. Chris Mellor. Escaping the DRAM price trap: Storage Class Memory, what it is and why it matters. Blocks & Files, 2019. Available at: https://blocksandfiles.com/2018/11/28/2019-the-year-of-storage-class-memory/, accessed 02-06-2019

2. Anton Shilov. Samsung Ships First Commercial Embedded MRAM (eMRAM) Product. AnandTech, March 6, 2019. Available at: https://www.anandtech.com/show/14056/samsung-ships-first-commercial-emram-product, accessed 02-06-2019.

3. Lucian Armasu. Intel STT-MRAM Technology Is Ready for Mass Production. Tom's Hardware, February 21, 2019. Available at: https://www.tomshardware.com/news/intel-stt-mram-mass-production,38665.html, accessed 02-06-2019.

4. Joy Arulraj. The Design and Implementation of a Non-Volatile Memory Database Management System. PhD Thesis, Computer Science Department, School of Computer Science, Carnegie Mellon University, 2018, 51 p.

5. Joy Arulraj, Andrew Pavlo. How to Build a Non-Volatile Memory Database Management System. In Proc. of the 2017 ACM International Conference on Management of Data, 2017, pp. 1753-1758.

6. Joy Arulraj, Andrew Pavlo. Non-Volatile Memory Database Management Systems. Synthesis Lectures on Data Management. Morgan & Claypool Publishers, 2019, 173 p.

7. Joy Arulraj. Data Management on Non-Volatile Memory. Award Talk. In Proc. of the 2019 International Conference on Management of Data, 2019, p. 1114.

8. Ismail Oukid. Architectural principles for database systems on storage-class memory. PhD.thesis, Technische Universität Dresden, 2017, 189 p.

9. I. Oukid, D. Booss, A. Lespinasse, W. Lehner, T. Willhalm, and G. Gomes. Memory management techniques for large-scale persistent-main-memory systems. Proceedings of the VLDB Endowment, Vol. 10, Issue 11, 2017, pp. 1166-1177.

10. I. Oukid and W. Lehner. Data structure engineering for byte-addressable non-volatile memory. In Proc. of the 2017 ACM International Conference on Management of Data, 2017, pp. 1759-1764.

11. С.Д. Кузнецов. Новые устройства хранения данных и их влияние на технологию баз данных. Программная инженерия, no. 4. 2018, стр. 147–155 / Sergey D. Kuznetsov. New Storage Devices and the Future of Database Management. Baltic Journal of Modern Computing, Vol. 6, No. 1. 2018, pp. 1-12. DOI: 10.22364/bjmc.2018.6.1.01.

12. Байтоадресуемая энергонезависимая память и СУБД. Презентация Андрея Николаенко на Tarantool Conference 2018 / Byte-addressable non-volatile memory and DBMS. Presentation by Andrey Nikolayenko at the Tarantool Conference 2018. Available at: https://ibs.ru/media/media/baytoadresuemaya-energonezavisimaya-pamyat-i-subd/, accessed 09.06.2019 (in Russian).

13. Sparsh Mittal, and Jeffrey S. Vetter A Survey of Software Techniques for Using Non-Volatile Memories for Storage and Main Memory Systems. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, vol. 27, no. 5, 2016, pp. 1537-1550.

14. Micron Technology. Available at: https://www.micron.com/, accessed 18-06-2019.

15. Panasonic and United Microelectronics Corporation Agreed to Develop Mass Production Process for Next Generation ReRAM, Feb 01, 2017. Available at: https://news.panasonic.com/global/press/data/2017/02/en170201-3/en170201-3.html, accessed 18-06-2019.

16. Crossbar. Available at: https://www.crossbar-inc.com/company/about-crossbar/, accessed 18-06-2019.

17. Everspin Technologies Available at: https://www.everspin.com/, accessed 18-06-2019.

18. Crocus Technology. Available at: https://crocus-technology.com, accessed 22-06-2019.

19. Crocus Nano Electronics. Available at: http://crocusnano.com, acccessed 22-06-2019.

20. L. Wei, J. G. Alzate, U. Arslan, J. Brockman, N. Das, K. Fischer, T. Ghani,O. Golonzka, P. Hentges, R. Jahan, P. Jain, B. Lin, M. Meterelliyoz, J. O’Donnell,C. Puls, P. Quintero, T. Sahu, M. Sekhar, A. Vangapaty, C. Wiegand, F. Hamzaoglu. 7Mb STT-MRAM in 22FFL FinFET Technology with 4ns Read Sensing Time at 0.9V Using Write-Verify-Write Scheme and Offset-Cancellation Sensing Technique. In Proc. of the IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), 2019, pp. 214-216.

21. P. Jain, U. Arslan, M. Sekhar, B. C. Lin, L. Wei, T. Sahu, J. Alzate-vinasco,A. Vangapaty, M. Meterelliyoz, N. Strutt, A. B. Chen, P. Hentges, P. A. Quintero,C. Connor, O. Golonzka, K. Fischer, F. Hamzaogl. 3.6Mb 10.1Mb/mm2Embedded Non-Volatile ReRAM Macro in 22nm FinFET Technology with Adaptive Forming/Set/Reset Schemes Yielding Down to 0.5V with Sensing Time of 5ns at 0.7. In Proc. of the IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), 2019, pp. 212-214.

22. Stratis D. Viglas. Data Management in Non-Volatile Memory. In Proc. of the 2015 ACM SIGMOD International Conference on Management of Data, 2015, pp. 1707-1711

23. Naveed Ul Mustafa, Adrià Armejach, Ozcan Ozturk, Adrián Cristal, Osman S. Unsal. Implications of non-volatile memory as primary storage for database management systems. In Proc. of the 2016 International Conference on Embedded Computer Systems: Architectures, Modeling and Simulation (SAMOS), 2016, pp. 164-171

24. Mihnea Andrei, Christian Lemke, Günter Radestock, Robert Schulze, Carsten Thiel, Rolando Blanco, Akanksha Meghlan, Muhammad Sharique, Sebastian Seifert, Surendra Vishnoi, Daniel Booss, Thomas Peh, Ivan Schreter, Werner Thesing, Mehul Wagle, Thomas Willhalm. SAP HANA Adoption of Non-Volatile Memory. Proceedings of the VLDB Endowment, vol. 10, no. 12, 2017, pp. 1754-1765.

25. Alexander van Renen, Viktor Leis, Alfons Kemper, Thomas Neumann, Takushi Hashida, Kazuichi Oe, Yoshiyasu Doi, Lilian Harada, Mitsuru Sato. Managing non-volatile memory in database systems. In Proc. of the 2018 ACM SIGMOD International Conference on Management of Data, 2018, pp. 1541-1555.

26. Joy Arulraj, Andrew Pavlo, Subramanya R. Dulloor. Let’s Talk About Storage & Recovery Methods for Non-Volatile Memory Database Systems. In Proc. of the 2015 ACM SIGMOD International Conference on Management of Data, pp. 707-722

27. Joy Arulraj, Matthew Perron, Andrew Pavlo. Write-Behind Logging. Proceedings of the VLDB Endowment, vol. 10, no. 4, pp. 337-348, 2017.

28. J. Arulraj, J. Levandoski, U. F. Minhas, and P.-A. Larson. BzTree: A high-performance latch-free range index for non-volatile memory. Proceedings of the VLDB Endowment, vol. 11, no. 5, pp. 553-565, 2018.

29. Joy Arulraj, Andrew Pavlo, Krishna Teja Malladi. Multi-Tier Buffer Management and Storage System Design for Non-Volatile Memory. arXiv:1901.10938, 2019.

30. J. Gray, P. McJones, M. Blasgen, B. Lindsay, R. Lorie, T. Price, F. Putzolu, and I. Traiger. The recovery manager of the system R database manager. ACM Computing Surveys, vol. 13, no. 2, 1981, pp. 223-242.

31. Philip A. Bernstein, Vassos Hadzilacos, Nathan Goodman. Concurrency control and recovery in database systems. Addison-Wesley, 1987, 370 p.

32. Ismail Oukid, Daniel Booss, Wolfgang Lehner, Peter Bumbulis, Thomas Willhalm. SOFORT: A Hybrid SCM-DRAM Storage Engine for Fast Data Recovery. In Proc. of the Tenth International Workshop on Data Management on New Hardware (DaMoN'14), 2014.

33. Ismail Oukid, Wolfgang Lehner, Thomas Kissinger, Thomas Willhalm, Peter Bumbulis. Instant Recovery for Main-Memory Databases. In Proc. of the 7th Biennial Conference on Innovative Data Systems Research (CIDR’15), 2015.

34. Ismail Oukid, Johan Lasperas, Anisoara Nica, Thomas Willhalm, Wolfgang Lehner. FPTree: A Hybrid SCM-DRAM Persistent and Concurrent B-Tree for Storage Class Memory. In Proc. of the 2016 ACM SIGMOD International Conference on Management of Data, 2016, pp. 371-386.

35. Ismail Oukid, Wolfgang Lehner. Towards a Single-Level Database Architecture on NVM. Presentation abstract. In Proc. of the 8th Annual Non-Volatile Memories Workshop, 2017.

36. Ismail Oukid. Architectural Principles for Database Systems on Storage-Class Memory. This paper is a summary of the author’s PhD thesis of the same title. Lecture Notes in Informatics (LNI), Gesellschaft für Informatik, Bonn, 2019.

37. Michael Stonebraker, Ugur Cetintemel. «One Size Fits All»: An Idea Whose Time Has Come and Gone. In Proc. of the 21st International Conference on Data Engineering, 2005, pp. 2-11.

38. Douglas Comer. Ubiquitous B-Tree. ACM Computing Surveys, vol, 11, issue 2, 1979, pp. 121-137.

39. Tobin J. Lehman, Michael J. Carey. A Study of Index Structures for Main Memory Database Management Systems. In Proc. of the 1986 ACM SIGMOD international conference on Management of data, 1986, pp. 239-250.

40. Rudolf Bayer. R. Bayer, E. McCreight. Organization and Maintenance of Large Ordered Indexes. Acta Informatica, vol. 1, issue 3, 1972, pp. 173-189.

41. Yingjun Wu, Joy Arulraj, Jiexi Lin, Ran Xian, Andrew Pavlo. An empirical evaluation of in-memory multi-version concurrency control. Proceedings of the VLDB Endowment, vol. 10, issue 7, 2017, pp. 781-792.

42. Kenneth C. Knowlton. A fast storage allocator. Communications of the ACM, vol. 8, issue 10, 1965, pp. 623-624.

43. Xiangyao Yu, George Bezerra, Srinivas Devadas, Michael Stonebraker, Andrew Pavlo. Staring into the Abyss: An Evaluation of Concurrency Control with One Thousand Cores. Proceedings of the VLDB Endowment, vol. 8, issue 3, 2014, pp. 209-220.

44. Кузнецов С.Д. Транзакционные параллельные СУБД: новая волна. Труды ИСП РАН, том 20, 2011, стр. 189-251 / Sergey D. Kuznetsov. Transactional Massive-Parallel DBMSs: A New Wave. Trudy ISP RAS/Proc. ISP RAS, vol. 20, 2011, pp. 189-251 (in Russian).

45. Rachael Harding, Dana Van Aken, Andrew Pavlo, Michael Stonebraker. An Evaluation of Distributed Concurrency Control. Proceedings of the VLDB Endowment, vol. 10, issue 5, 2017, pp. 553-564.

46. Witold Litwin. Linear Hashing: A New Tool for File and Table Addressing. In Proc. of the 6th International Conference on Very Large Data Bases, 1980, pp. 212-223.

47. S. Pelley, T. F. Wenisch, and K. LeFevre. Do query optimizers need to be SSD-aware? In Proc. of the 2nd International Workshop on Accelerating Data Management Systems using Modern Processor and Storage Architecture, 2011.

48. F. Faerber, A. Kemper, P. Å Larson, J. Levandoski, T. Neumann, and A. Pavlo. Main Memory Database Systems. Foundations and Trends in Databases, vol. 8, No. 1-2, 2016, pp. 1–130.


Для цитирования:


Кузнецов С.Д. В ожидании нативных архитектур СУБД на основе энергонезависимой основной памяти. Труды Института системного программирования РАН. 2020;32(1):153-180. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2020-32(1)-9

For citation:


Kuznetsov S.D. In anticipation of native DBMS architectures based on non-volatile main memory. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2020;32(1):153-180. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2020-32(1)-9

Просмотров: 30


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2079-8156 (Print)
ISSN 2220-6426 (Online)