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DPZB+tree:基于ZNS SSD与持久化内存的高效B+树索引设计
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作者 曹夕 李明杰 +2 位作者 杨朝树 杨程 张润宇 《计算机研究与发展》 北大核心 2026年第3期550-566,共17页
新型分区命名空间固态硬盘(zoned namespace solid state drive,ZNS SSD)有望解决传统块设备固态盘写放大率高、存储密度低、I/O路径复杂等问题,为存储技术的发展创造机遇。B+树作为一种高效的树形索引结构,被广泛应用于各类数据库和文... 新型分区命名空间固态硬盘(zoned namespace solid state drive,ZNS SSD)有望解决传统块设备固态盘写放大率高、存储密度低、I/O路径复杂等问题,为存储技术的发展创造机遇。B+树作为一种高效的树形索引结构,被广泛应用于各类数据库和文件系统中,以支撑大模型高效数据加载、外部知识库构建及结构化元数据管理,从而显著提升训练效率与知识调用性能。然而,由于ZNS SSD的硬件特性不同于传统块设备,直接将B+树部署到ZNS SSD中不仅会导致较高的写放大率,还会引起级联更新,严重影响存储系统的性能。针对以上问题,结合新型持久化内存(persistent memory,PM)提出了一种基于ZNS SSD的B+树索引结构DPZB+tree。首先,DPZB+tree采用DRAM-PM-ZNS SSD混合存储架构,实现冷热数据分离存储;其次,DPZB+tree设计了冷热节点识别策略,以提高存储系统的读写效率;然后,针对PM容量有限的问题,提出了冷热节点动态放置策略,实现冷热数据的自适应迁移;最后,结合硬件特性和局部性原理设计了叶节点分裂及合并操作。DPZB+tree索引方案基于ZNS SSD模拟器和英特尔傲腾PM实现。实验结果表明,在多种工作负载下,相较于LSM-tree,SSDB+tree,DZB+tree,Baseline,DPZB+tree均取得了优异的读写性能以及更低的恢复耗时。 展开更多
关键词 分区命名空间固态硬盘 持久化内存 b+树 索引结构 温度感知
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融合布谷鸟过滤与时序B+树的区块链数据溯源机制
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作者 罗文华 许世龙 +1 位作者 吕涛 张宁 《信息网络安全》 北大核心 2026年第3期442-451,共10页
随着数据规模快速增长,信息系统普遍面临原始数据安全风险高、复合检索效率低等问题。为此,文章提出一种融合布谷鸟过滤与时序B+树的区块链数据溯源机制。该机制将链下信息系统数据的重要参数上传至链上,利用区块链的不可篡改特性与分... 随着数据规模快速增长,信息系统普遍面临原始数据安全风险高、复合检索效率低等问题。为此,文章提出一种融合布谷鸟过滤与时序B+树的区块链数据溯源机制。该机制将链下信息系统数据的重要参数上传至链上,利用区块链的不可篡改特性与分布式信任机制保障数据安全。在此基础上,通过链上智能合约将优化后的布谷鸟过滤器嵌入时序B+树的各层节点,采用时间分片策略实现物理隔离存储,利用动态布谷鸟过滤器网络构建层级化哈希指纹体系,并结合事件标签位图聚合实现快速复合查询。实验结果表明,在保持低误判率和高效存储的前提下,该机制的溯源效率较传统键值查询提升了20%以上。 展开更多
关键词 布谷鸟过滤器 b+树 区块链 数据溯源 信息系统
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基于改进B-Tree的工业物联网分布式数据存储与检索方法
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作者 郑秋月 丁涛 肖鹏 《电脑与信息技术》 2025年第6期44-50,共7页
随着工业互联网技术的发展,物联网等相关技术取得了极大提升。工业互联网的应用可以有效提高生产效率和生产质量。然而,目前物联网的研究和产业化进程面临海量异构数据的存储与搜索技术的制约。针对当前亟待解决的如何合理、统一存储工... 随着工业互联网技术的发展,物联网等相关技术取得了极大提升。工业互联网的应用可以有效提高生产效率和生产质量。然而,目前物联网的研究和产业化进程面临海量异构数据的存储与搜索技术的制约。针对当前亟待解决的如何合理、统一存储工业物联网产生的复杂数据,并高效检索数据库中数据的问题,提出一种基于改进B-Tree的工业物联网分布式数据存储与检索方法。该方法根据数据类型进行分类存储,采用基于改进B-Tree的检索方法,可避免单一数据类型存储导致的数据杂糅问题,减少数据分类所需的人工时间,加快数据库数据调用的速度,进而提升生产效率。 展开更多
关键词 物联网 数据存储 数据检索 b-tree
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基于持久内存的B+树索引优化综述
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作者 卢超 杨朝树 +2 位作者 姚政竹 刘颖 张润宇 《计算机科学》 北大核心 2026年第1期77-88,共12页
持久内存的出现为索引结构设计提供了新思路,同时在数据一致性、持久化开销和并发控制等方面也带来了设计挑战。作为存储系统中应用广泛的索引结构,B+树亟需针对持久内存的硬件特性进行适配优化,以充分发挥其字节寻址、非易失性和低延... 持久内存的出现为索引结构设计提供了新思路,同时在数据一致性、持久化开销和并发控制等方面也带来了设计挑战。作为存储系统中应用广泛的索引结构,B+树亟需针对持久内存的硬件特性进行适配优化,以充分发挥其字节寻址、非易失性和低延迟等优势。围绕持久内存上B+树索引优化问题,首先分析了构建基于持久内存B+树所存在的挑战,其次分别从单一持久内存架构和混合内存架构两个视角综述了优化方案。对于单一持久内存架构,总结了数据一致性方案、并发控制优化和叶节点创新设计的研究进展,探讨了如何在保证瞬时恢复的基础上提升写操作效率;对于DRAM-PM混合架构,分析了基于叶节点结构优化和基于辅助结构优化的策略,总结了如何在选择性持久化的基础上提升索引性能。最后,总结并分析了两类架构下不同方案的设计特点及优缺点,并对未来在两类架构下的B+树索引优化发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 持久内存 b+树 读写优化 数据一致性 持久化开销
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B^+-Tree的改进算法在可复用软构件库中的应用 被引量:1
5
作者 徐正权 颜爱萍 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2002年第10期199-200,205,共3页
文章通过对B+-Tree索引算法的改进,将其应用到可复用软构件库中。该改进算法继承了B+-Tree的优点,结合可复用软构件库的特点,将构件库多维数据索引转化为B+-Tree一维数据索引进行存储、查询。通过对比分析,证明了该构件库索引算法大大... 文章通过对B+-Tree索引算法的改进,将其应用到可复用软构件库中。该改进算法继承了B+-Tree的优点,结合可复用软构件库的特点,将构件库多维数据索引转化为B+-Tree一维数据索引进行存储、查询。通过对比分析,证明了该构件库索引算法大大改进了构件库中构件的查找效率。 展开更多
关键词 改进算法 可复用软构件库 构件属性 构件分类 b^+-tree索引 构件查询 数据库
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一种数据立方高效索引机制——CuboidTree
6
作者 吴永英 司宏杰 王晓鹏 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第1期16-18,共3页
提出了一种高效的数据立方索引机制CuboidTree ,利用Z Order编码以保持同一数据小方内立方元组之间的多维空间邻近性 ,将数据立方查询归结为针对其中某个特定数据小方的查询 ,从而将同一数据小方中的立方元组聚簇在一起以加速响应数据... 提出了一种高效的数据立方索引机制CuboidTree ,利用Z Order编码以保持同一数据小方内立方元组之间的多维空间邻近性 ,将数据立方查询归结为针对其中某个特定数据小方的查询 ,从而将同一数据小方中的立方元组聚簇在一起以加速响应数据立方查询 .对模拟数据和真实数据进行的实验表明 ,CuboidTree不仅可以明显地提高数据立方范围查询的性能 ,而且节省了存储空间 。 展开更多
关键词 数据立方 索引机制 Cuboidtree 数据小方 zkdb-tree 联机分析处理 数据查询 聚簇
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一种新的分布式并行索引树——DPB^+-Tree
7
作者 唐继勇 白新跃 +1 位作者 杨峰 何建 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2005年第12期75-78,共4页
随着数据规模的增大,查询越来越复杂,分布式并行索引以其高性能而逐渐成为解决复杂查询问题的有效手段。本文提出一种适合于分布式并行的新索引树结构——DPB^+-Tree,该索引树以B^+树和 hash结构为基础,其叶子结点被组织为有n个散列表元... 随着数据规模的增大,查询越来越复杂,分布式并行索引以其高性能而逐渐成为解决复杂查询问题的有效手段。本文提出一种适合于分布式并行的新索引树结构——DPB^+-Tree,该索引树以B^+树和 hash结构为基础,其叶子结点被组织为有n个散列表元的hash表链,从树的根结点到叶子结点,结点副本数量逐渐减少,并且其数量的变化是动态的。对DPB^+-Tree响应时间的仿真结果表明 DPB^+-Tree系统提高了系统的查询效率,与其它相关策略,如CPB方法比较具有较明显优势。 展开更多
关键词 分布式并行索引 b^+树 hash结构 DPb^+-tree
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StringB-tree在软件复用中的应用研究
8
作者 姚全珠 罗亚红 孙越 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2004年第29期166-168,共3页
提出了将StringB-tree用于解决软件复用中的参数化样式匹配问题(parameterizedpatternmatching)。通过对参数化字符串做一个变换,使用StringB-tree这种特殊的数据结构可提高匹配效率。文章的重点有两部分,一个是介绍了StringB-tree这种... 提出了将StringB-tree用于解决软件复用中的参数化样式匹配问题(parameterizedpatternmatching)。通过对参数化字符串做一个变换,使用StringB-tree这种特殊的数据结构可提高匹配效率。文章的重点有两部分,一个是介绍了StringB-tree这种特殊的数据结构的优点及其构建过程;另一个是讲怎样利用StringB-tree解决参数化样式匹配问题。 展开更多
关键词 字符串平衡树参数化字符串 参数化样式匹配 P-匹配 P-出现
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基于B^+-tree索引的多元时间序列相似查询
9
作者 郭小芳 李锋 叶华 《计算机工程与应用》 CSCD 2013年第22期139-142,145,共5页
为提高多元时间序列相似查询执行效率,采用了基于距离索引结构的相似查询算法。利用主成分分析方法对多元时间序列数据降维并在此基础上进行聚类,以聚类质心为参考点,将各类变换到一维空间,利用B+-tree结构进行索引查询,找到与查询序列... 为提高多元时间序列相似查询执行效率,采用了基于距离索引结构的相似查询算法。利用主成分分析方法对多元时间序列数据降维并在此基础上进行聚类,以聚类质心为参考点,将各类变换到一维空间,利用B+-tree结构进行索引查询,找到与查询序列最相似的k个MTS序列。实验表明查询效率和准确性都有比较大的提高。 展开更多
关键词 多元时间序列 主元分析 b+-tree索引 相似查询
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基于CB+-tree的时态XML索引动态更新方法 被引量:1
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作者 马程 徐海燕 《广东石油化工学院学报》 2016年第1期44-47,共4页
针对时态XML更新问题,使用了CB+-tree索引时态XML文档和文档添加冗余空间存储,借助时态信息索引、实体地址索引双重索引和文档冗余存储方式高效地实现文档的局部更新。实验结果表明,将实体时态信息和地址索引分离,并为文档添加冗余空间... 针对时态XML更新问题,使用了CB+-tree索引时态XML文档和文档添加冗余空间存储,借助时态信息索引、实体地址索引双重索引和文档冗余存储方式高效地实现文档的局部更新。实验结果表明,将实体时态信息和地址索引分离,并为文档添加冗余空间,减少了XML文档更新时间,其效率明显提高。 展开更多
关键词 b+-tree索引 动态更新 时态XML
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一种基于B^+-tree索引的有效相似查询算法
11
作者 郭小芳 叶华 《西北师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2012年第4期33-37,共5页
提出了一种多元时间序列相似查询算法.在距离索引结构相似查询算法的基础上,利用主成分分析方法对多元时间序列进行降维,并对主成分进行聚类,在聚类质心与各类之间的范数所构成的一维空间上,对聚类建立B+-tree索引结构,然后利用k近邻查... 提出了一种多元时间序列相似查询算法.在距离索引结构相似查询算法的基础上,利用主成分分析方法对多元时间序列进行降维,并对主成分进行聚类,在聚类质心与各类之间的范数所构成的一维空间上,对聚类建立B+-tree索引结构,然后利用k近邻查询算法查找出与查询序列最相似的k个MTS序列.实验结果表明,文中算法的候选比率与查询时间明显低于Muse算法,且候选比率与查询时间受聚类个数影响不大,说明文中算法具有一定的优越性. 展开更多
关键词 多元时间序列 主元分析 b+-tree索引 相似查询
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并行B^+-tree的存储结构及其操作
12
作者 孙文隽 《黑龙江大学自然科学学报》 CAS 1999年第3期39-43,共5页
The techniques and methods for implementing parallel B+ -tree are firstpresented. Then, the parallel algorithms for data maintenance of B+ -tree, parallelalgorithms for maintaining schemes of the relations with parall... The techniques and methods for implementing parallel B+ -tree are firstpresented. Then, the parallel algorithms for data maintenance of B+ -tree, parallelalgorithms for maintaining schemes of the relations with parallel B+ - tree indices, and theparallel data operation algorithms based on the B+ -trees are propised. The proposedparallel B+ -trees and related parallel algorithms have been used in a parallel relationaldatabase system designed and implemented by the author. It is shown in practicethat the proposed parallel B+ -tree and algorithms are very efficient and very effective. 展开更多
关键词 存储结构 并行b^+-tree 操作 并行数据库 维护
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优化的XML查询匹配:基于B^+-Tree索引的包含段的结构化联接算法 被引量:2
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作者 樊小华 庞引明 +3 位作者 张谧 汪卫 陈金海 施伯乐 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2004年第6期72-75,共4页
高效的结构化联接方法是XML查询的关键。本文提出一种新颖的结构化联接方法,使用了包含段结构化XML文档树,并且使用了B^+-Tree索引技术支持该新方法,从而在基于栈的结构化联接过程中得以忽略若干时空耗费,提高处理效率。
关键词 XML 结构化联接 包含段 b'-tree 查询
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基于DPB^+-Tree的数据迁移策略研究 被引量:2
14
作者 黄克军 杨峰 +1 位作者 熊梅 李毅超 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期180-183,224,共5页
提出了一种适合于数据迁移、又能保证分布并行特性的树结构DPB+-Tree,讨论了基于DPB+-Tree的数据迁移策略,其中数据节点迁移采用分布式提交协议来保证原子性,索引重构通过对溢出链的hash重排来实现,迁移算法则通过设置负载系数的两个阈... 提出了一种适合于数据迁移、又能保证分布并行特性的树结构DPB+-Tree,讨论了基于DPB+-Tree的数据迁移策略,其中数据节点迁移采用分布式提交协议来保证原子性,索引重构通过对溢出链的hash重排来实现,迁移算法则通过设置负载系数的两个阈值来对负载倾斜进行判断。经模拟实验结果表明,该数据迁移策略能够有效改善系统的负载均衡和吞吐率特性。 展开更多
关键词 并行特性树结构 数据节点迁移 索引重构 迁移算法
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ZB^(+)-tree:一种ZNS SSD感知的新型索引结构 被引量:3
15
作者 刘扬 金培权 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期509-524,共16页
ZNS SSD是近年来提出的一种新型固态硬盘(solid state drive,SSD),它以分区(Zone)的方式管理和存取SSD内的数据.相比于传统SSD,ZNS SSD可以有效提升SSD的读写吞吐,降低写放大,减少SSD的预留空间.但是,ZNS SSD要求Zone内必须采用顺序写模... ZNS SSD是近年来提出的一种新型固态硬盘(solid state drive,SSD),它以分区(Zone)的方式管理和存取SSD内的数据.相比于传统SSD,ZNS SSD可以有效提升SSD的读写吞吐,降低写放大,减少SSD的预留空间.但是,ZNS SSD要求Zone内必须采用顺序写模式,并且Zone上的空间分配、垃圾回收等任务都需要用户自行控制.ZNS SSD的这些特性对于传统数据库系统的存储管理、索引、缓存等技术均提出了新的挑战.针对如何使传统的B^(+)-tree索引结构适配ZNS SSD的问题,提出了一种ZNS SSD感知的新型索引结构——ZB^(+)-tree(ZNS-aware B^(+)-tree).ZB^(+)-tree是目前已知的首个ZNS SSD感知的索引,它以B^(+)-tree为基础,利用ZNS SSD内部支持少量随机写的常规Zone(conventional zone,Cov-Zone)和只支持顺序写的顺序Zone(sequential zone,Seq-Zone),通过常规Zone来吸收对ZNS SSD的随机写操作.ZB^(+)-tree将索引节点分散存储在常规Zone和顺序Zone中,并为2种Zone内的节点分别设计了节点结构,使ZB^(+)-tree不仅能够吸收对索引的随机写操作,而且又可以保证顺序Zone内的顺序写要求.在实验中利用null_blk和libzbd模拟ZNS SSD设备,并将现有的CoW B^(+)-tree修改后作为对比索引.结果表明,ZB^(+)-tree在运行时间、空间利用率等多个指标上均优于CoW B^(+)-tree. 展开更多
关键词 ZNS SSD b^(+)树 数据库索引 CoW b^(+)-tree 分区存储
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HyperTree:高并发B+树索引加速器 被引量:4
16
作者 吴婧雅 卢文岩 +1 位作者 鄢贵海 李晓维 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期1661-1677,共17页
B+树是关系型数据库中用来加速查询的常用索引结构,通过构建平衡树维护关键属性的顺序.索引提升了数据库查询性能,但其严格的有序关系增加了数据库表的维护开销.特别是在大数据场景下,数据量激增使得索引查询和维序性能进一步下降.如何... B+树是关系型数据库中用来加速查询的常用索引结构,通过构建平衡树维护关键属性的顺序.索引提升了数据库查询性能,但其严格的有序关系增加了数据库表的维护开销.特别是在大数据场景下,数据量激增使得索引查询和维序性能进一步下降.如何平衡B+树的查询和维序性能,以及在大数据场景下提升索引查询和维序的效率,对提升索引系统性能具有重要意义.由此设计了一种专用的B+树索引加速系统,对存储和计算进行协同优化,均衡提升索引查询和维序性能.利用内存突发读写高带宽的特性设计规则的树和节点存储格式以提升内存带宽利用效率,设计高效的同构计算架构和多数据通道以提升索引操作并行度.同时设计解耦合的子树结构缓解索引维护时的树读写冲突.实验结果表明,相比于CPU,B+树索引加速系统能够提升系统查询性能超过6.84倍,提升索引维序性能提升超过29.14倍. 展开更多
关键词 b+树 现场可编程门阵列 加速器 高吞吐量 高并发 数据库查询
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基于CB+-tree的时态XML索引 被引量:1
17
作者 徐海燕 蒋夏军 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2010年第9期77-79,共3页
针对时态查询与时间属性紧密相关的特点,利用时间区间作为改进后B+-tree的索引关键字建立索引,改进后的B+-tree命名为Changing B+-tree(CB+-tree)。实验证明,在CB+-tree上进行时态查询比B+-tree及基于DOM的XML文档的查询效率有所提高。
关键词 时态XML b+-tree索引 数据模型 时态查询
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多核处理器中支持频繁访问的B^+-Tree
18
作者 贺炜 张芳 +2 位作者 钟艳雯 罗小珠 杨小民 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2011年第25期160-164,共5页
针对传统B+-Tree自顶向下访问模式的缺点,提出了支持频繁访问的FAB+-Tree(Frequent Access B+-Tree)。在B+-Tree的基础上增加了Hash辅助索引,使得访问B+-Tree时直接定位到叶结点,并利用基于内存的直接访问表及位矢量列表提高更新性能。... 针对传统B+-Tree自顶向下访问模式的缺点,提出了支持频繁访问的FAB+-Tree(Frequent Access B+-Tree)。在B+-Tree的基础上增加了Hash辅助索引,使得访问B+-Tree时直接定位到叶结点,并利用基于内存的直接访问表及位矢量列表提高更新性能。同时基于共享Cache多核处理器,提出了基于流水线的FAB+-Tree多线程访问模块,并优化了该模块的共享Cache访问性能。在实验中,基于开源数据库INGRES实现了FAB+-Tree和多线程访问模块,实验结果表明B+-Tree的访问性能得到显著提高。 展开更多
关键词 b+-tree 频繁访问的b+-tree(FAb+-tree) 多核处理器 自底向上访问
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一种wandering B+tree问题解决方法 被引量:2
19
作者 杨勇鹏 蒋德钧 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期539-554,共16页
为了应对磁盘和固态硬盘随机写和顺序写性能差异较大的问题,文件系统和块存储系统通常采用日志结构(log-structured)技术将随机写转换为顺序写.因此,对于日志结构存储系统数据和元数据的修改都以异地写的方式执行.在日志结构存储系统中,... 为了应对磁盘和固态硬盘随机写和顺序写性能差异较大的问题,文件系统和块存储系统通常采用日志结构(log-structured)技术将随机写转换为顺序写.因此,对于日志结构存储系统数据和元数据的修改都以异地写的方式执行.在日志结构存储系统中,B+tree常被用于管理元数据,这就会导致wandering B+tree问题,即树结点异地更新会导致树结构递归更新.目前,现有工作主要通过分离树结点的逻辑索引和物理地址,并使用额外的数据结构和物理设备空间存放树结点逻辑索引和物理地址的映射,从而避免递归更新树结构.但现有方法既引入额外空间开销,又存在额外物理设备空间非顺序写的问题.提出IBT B+tree,将树结点逻辑索引和物理地址均存放在树结构中.同时,基于IBT B+tree结构引入dirty链表设计,并提出了非递归更新的IBT B+tree下刷算法.IBT B+tree既解决了wandering B+tree问题,又不引入额外的数据结构和物理设备空间,消除了固定物理设备空间的非顺序写.分别实现IBT B+tree和基于F2FS中NAT设计的B+tree,在此基础上设计实现Monty-Dev块存储系统以评价2棵B+tree.实验表明,在HDD和SSD介质上,IBT B+tree在写放大和下刷效率方面均优于NAT B+tree. 展开更多
关键词 日志结构存储系统 块存储系统 wandering b+tree IbT b+tree 写放大
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LI-Tree:一个基于非易失性内存和轻量级B+树的学习索引 被引量:4
20
作者 王中华 舒碧华 +3 位作者 陈书宁 刘瀚阳 崔秋 万继光 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2023年第6期1329-1337,共9页
大数据背景下剧增的数据给经典的内存索引技术带来了巨大挑战,为了实现对海量数据的高性能索引,工业界和学术界分别从设备和结构角度推出了高性能大容量的非易失型内存(Non-Volatile Memory,NVM)和受机器学习启发的学习索引(Learned Ind... 大数据背景下剧增的数据给经典的内存索引技术带来了巨大挑战,为了实现对海量数据的高性能索引,工业界和学术界分别从设备和结构角度推出了高性能大容量的非易失型内存(Non-Volatile Memory,NVM)和受机器学习启发的学习索引(Learned Index,LI).然而目前基于NVM的学习索引结构的相关研究非常稀少,在如何结合NVM和LI来高效地索引海量数据方面还有许多问题需要解决.本文提出了一种基于NVM的新型智能索引结构LI-Tree,充分发挥了两者的优势.具体的,LI-Tree可分为三层:由机器学习模型组成的能够提高LI-Tree单点性能的模型层、由静态数组构成的减少NVM写的数据索引层和由一系列轻量级B+树组成以避免模型层插入时频繁重训练的数据层.在真实设备上评估表明,LI-Tree相比传统B+树,插入、查询和删除性能分别提高了70%、30%和130%.另外,LI-Tree与学习索引结构ALEX,PGM-Index和XIndex对比,插入性能分别提升了80%,130%和150%. 展开更多
关键词 非易失内存 索引结构 学习索引 b+树 键值存储
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