减少索引维护开销的多版本管理方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种减少索引维护开销的多版本管理方法，属于数据库管理
技术领域：
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背景技术：
】[0002]数据库的并发控制，其目的是在多个用户同时存取同一个数据对象时，协调这些操作，保证数据的一致性。比如一个账户的余额是100，用户a读取余额，增加10元，写入新则值为110。在用户a读取账户余额后，用户b也读取该余额，为100元，他增加20元，在用户a写入110元后，用户b写入120元。最终余额为120元，这是一个错误的值。正确的值应该为130元。并发控制的目的，就是协调上述用户对数据的操作，保证数据的一致性。[0003]并发控制方法有两类，一类是加锁机制，事务(用户发起的任务)在读取数据之前，加读锁(ReadLock)，在写入数据之前加写锁(WriteLock)。如果数据上已经有读锁，可以在其上加新的读锁，但是不能加写锁。如果数据上已经有写锁，则新的写锁和读锁都不能加在数据上。通过加锁，可以实现不同用户对同一数据对象的操作。并发控制的另外一类技术是多版本管理，读事务读取最近的某个数据对象的提交版本，而写事务则写入一个新版本，等到事务提交的时候，新版本成为新的最近提交的版本，固化下来。多版本管理机制，解除了读写事务之间的冲突，有利于提高系统的并发度，即同一时间执行的事务的数量，或者吞吐能力。但是需要付出版本管理的空间开销，在目前存储空间富裕的情况下，这个代价是值得的。[0004]现有的多版本管理方法，一般在数据库表格文件中存放记录的不同版本，这些版本用链表链接起来。如果这个数据库表格有若干个索引，比如基于用户ID字段的索引、基于日期字段的索引等，这些索引一般采用B+树形式，支持事务处理，以及支持点查询和范围查询。索引树的叶子节点通过记录ID(RowID)连接到数据文件的具体记录，然后通过链表可以访问数据的所有的版本。[0005]如果一个表格拥有若干索引，对表格进行数据增删改的时候，这些索引都需要进行维护，即进行相应的修改，需要付出时间开销，从而降低系统的事务吞吐能力。【
发明内容】[0006]本发明针对上述问题的不足，提出一种减少索引维护开销的多版本管理方法，该方法简化了索引的维护开销，提高事务处理的吞吐量。[0007]本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是:[0008]—种减少索引维护开销的多版本管理方法，在数据库表格中存放记录的不同版本，数据库系统提取存放记录的物理ID;所述数据库表格中设有一个以上的索引，赋予每个记录一个逻辑ID，索引的叶子节点保存记录的逻辑ID;建立逻辑ID到物理ID的映射表，同时维护逻辑ID到物理ID的映射表:[0009]当更新一个记录的时候，在数据库表格中生成新的一个记录，链表指向新记录的物理ID;同时，映射表做相应的更新，把更新前相应的记录的逻辑ID映射到新记录的物理ID；[0010]当一个记录被删除，映射表里的该记录对应的逻辑ID到物理ID的映射条目被删除；在进行索引扫描时，通过索引找到具体的数据记录，由于映射表没有这样的映射，所以删除的记录将不被检索到；而索引叶节点上的无效的逻辑ID可以在访问该索引的时候，再进行删除；对于删除以后，就从来没有被访问过的记录，需要一个脱机的处理过程，统一地把索引里面，没有出现在映射表中的逻辑ID全部删除掉；[0011]当增加一个记录的时候，记录增加到数据库表格的末尾，数据库系统提取其物理ID,同时对该记录赋予一个新的逻辑ID，该物理ID和新的逻辑ID进行关联，加入到映射表；除了更新映射表的条目，所有的索引都需要用新的逻辑ID进行更新；[0012]在进行索引扫描的时候，通过索引访问数据库表格时，需要根据映射表，把逻辑ID转换成物理ID，然后根据物理ID找到其对应的记录；如果物理ID为空、或者映射表没有该逻辑ID的条目，则表明某个记录已经被删除，扫描过程忽略这样的记录即可。[0013]所述索引包括基于用户ID字段的索引、基于日期字段的索引。[0014]优选的:所述索引采用B+树形式；所述B+树的阶数为k(K〉=3)，树形结构的内部节点包括分割键值key和指向子节点的指针。[0015]优选的:所述映射表中记录逻辑ID、最近提交的版本的物理ID、最近未提交的版本的物理ID、下一个历史提交版本的指针。[0016]优选的:所述映射表带有一个辅助数据结构，以链条的方式保存记录的历史提交版本。[0017]优选的:对当前已经提交的版本读写数据的方法:[0018]对当前已经提交的版本读数据的时候，在当前已经提交的版本上加读锁，当前提交版本通过从映射表的最近已经提交版本物理ID进行提取即可，该ID可以直接用于找到记录的确切的物理位置；[0019]对当前已经提交的版本写数据的时候，对当前已经提交的版本上加写锁，生成新的一个未提交的版本；[0020]对当前已经提交的版本确认写入，进行事务收尾工作时，首先对记录施加一个确认锁，只需把写锁进行升级就可以了；[0021]事务提交时，新提交的记录版本成为最近提交的版本，所有的读锁、写锁释放掉，历史提交版本被迀移到历史版本缓冲区，缓冲区需要保存记录的物理ID和链接关系，新提交的记录版本保存在数据文件中。[0022]本发明的一种减少索引维护开销的多版本管理方法，相比现有技术，具有以下有益效果:[0023](I)利用记录的逻辑ID到物理ID的映射关系，把索引和记录的物理表示进行解耦(Decouple)，简化对数据库表格进行增删改等操作时，需要对索引进行的维护操作，从而提高事务处理的吞吐量。[0024](2)围绕上述映射关系设计的并发控制方法，不仅提供了读取未提交数据(Uncommitted)、读取提交数据(Committed)、可以重复读(RepeatableRead)等重要的事务隔离级别，而且通过解除读事务和写事务的等待关系(在加锁机制中，一个事务对数据进行与入，另外一个事务是不能进行读取的)，极大提尚事务吞吐能力。。【附图说明】[0025]图1是本发明B+树的结构示意图；[0026]图2为本发明映射关系不意图；[0027]其中，空白圆圈表示逻辑ID，横纹圆圈表示物理ID(最近提交)，竖纹圆圈表示物理ID(最近未提交)，斜纹圆圈、反斜纹圆圈表示各历史提交版本。而方形则表示数据文件里的具体的记录。【具体实施方式】[0028]附图非限制性地公开了本发明一个优选实施例的结构示意图，以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。[0029]实施例[0030]—种减少索引维护开销的多版本管理方法，在数据库表格中存放记录的不同版本，数据库系统提取存放记录的物理ID;所述数据库表格中设有一个以上的索引，赋予每个记录一个逻辑ID，索引的叶子节点保存记录的逻辑ID;所述索引包括基于用户ID字段的索引、基于日期字段的索引。所述索引采用B+树形式；所述B+树的阶数为K(K〉=3)，树形结构的内部节点包括分割键值key和指向子节点的指针。建立逻辑ID到物理ID的映射表，同时维护逻辑ID到物理ID的映射表。所述映射表中记录逻辑ID、最近提交的版本的物理ID、最近未提交的版本的物理ID、下一个历史提交版本的指针。所述映射表带有一个辅助数据结构，以链条的方式保存记录的历史提交版本。[0031]当更新一个记录的时候，在数据库表格中生成新的一个记录，链表内得到新记录的物理ID;同时，映射表做相应的更新，把更新前相应的记录的逻辑ID映射到新记录的物理ID；[0032]当一个记录被删除，映射表里的该记录对应的逻辑ID到物理ID的映射条目被删除；在进行索引扫描时，通过索引找到具体的数据记录，由于映射表没有这样的映射，所以删除的记录将不被检索到；而索引叶节点上的无效的逻辑ID可以在访问该索引的时候，再进行删除；对于删除以后，就从来没有被访问过的记录，需要一个脱机的处理过程，统一地把索引里面，没有出现在映射表中的逻辑ID全部删除掉；[0033]当增加一个记录的时候，记录增加到数据库表格的末尾，数据库系统提取其物理ID,同时对该记录赋予一个新的逻辑ID，该物理ID和新的逻辑ID进行关联，加入到映射表；除了更新映射表的条目，所有的索引都需要用新的逻辑ID进行更新；[0034]在进行索引扫描的时候，通过索引访问数据库表格时，需要根据映射表，把逻辑ID转换成物理ID，然后根据物理ID找到其对应的记录；如果物理ID为空、或者映射表没有该逻辑ID的条目，则表明某个记录已经被删除，扫描过程忽略这样的记录即可。[0035]对当前已经提交的版本读写数据的方法:[0036]对当前已经提交的版本读数据的时候，在当前已经提交的版本上加读锁，当前提交版本通过从映射表的最近已经提交版本物理ID进行提取即可，该ID可以直接用于找到记录的确切的物理位置；[0037]对当前已经提交的版本写数据的时候，对当前已经提交的版本上加写锁，生成新的一个未提交的版本；[0038]对当前已经提交的版本确认写入，进行事务收尾工作时，首先对记录施加一个确认锁，只需把写锁进行升级就可以了；[0039]事务提交时，新提交的记录版本成为最近提交的版本，所有的读锁、写锁释放掉，历史提交版本被迀移到历史版本缓冲区，缓冲区需要保存记录的物理ID和链接关系，新提交的记录版本保存在数据文件中。[0040]本发明的创新点在于，赋予每个记录一个逻辑ID，索引的叶子节点保存记录的逻辑ID，我们同时维护一个记录的逻辑ID到物理ID的映射表。这个映射关系大大简化了索引的维护开销，我们同时给出基于该映射关系的多版本并发控制机制，提供事务的正确执行方法。[0041]我们所采用的索引的数据结构基于普通的当前第1页1 2