Persistent B+-Tree Index Evaluation over Heterogeneous DRAM/NVM Systems

Abstract

Η Persistent Memory είναι μια σχετικά νέα κατηγορία συσκευών μνήμης, που βρίσκονται μεταξύ DRAM και Flash στην ιεραρχία της μνήμης, οι οποίες συνδυάζουν τα εξής χαρακτηριστικά: διατηρούν τα δεδομένα τους χωρίς παροχή ρεύματος, ενώ επίσης υποστηρίζουν την άμεση προσπέλαση (τυχαία πρόσβαση) και διευθυνσιοδότηση byte, σε ταχύτητες κοντά σε αυτές της DRAM. Πρόσ- φατα η Intel διέθεσε στο εμπόριο το πρώτο προϊόν αυτού του τύπου, την Intel® Optane™ Per- sistent Memory. Ιδιαίτερα οι εφαρμογές βάσεων δεδομένων μπορούν να ωφεληθούν σημαντικά από την έλευση της NVM, καθώς υπάρχει η απαίτηση αφενός να διατηρούν τα δεδομένα τους και να μπορούν να ανακάμπτουν γρήγορα μετά από απώλεια ρεύματος ή αστοχίες του συστήματος, αφετέρου να παρέχουν υψηλή απόδοση και ταχύτητα απόκρισης. Τα τελευταία χρόνια πολλές ερ- γασίες έχουν προτείνει δομές ευρετηρίων (index structures) ειδικά σχεδιασμένες για την Persistent Memory (persistent indexes), οι οποίες έχουν ως στόχο να διατηρήσουν τις υψηλές επιδόσεις, ενώ ταυτόχρονα μπορούν να διατηρούν σημαντικά μεγαλύτερο όγκο δεδομένων σε σχέση με πτητικές δομές ευρετηρίων και καθιστούν το σύστημα ικανό να ανακάμπτει στιγμιαία, καθώς τα δεδομένα τους είναι άμεσα διαθέσιμα και δε χρειάζεται να ανακατασκευαστούν. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται μια συγκριτική αξιολόγηση της επίδοσης persistent δομών ευρετηρίων βάσεων δεδομένων, χρησιμοποιώντας μια in-memory υλοποίηση του OLTP Bench- mark TPCC και το microbenchmark YCSB. Πέρα από την επίδοση, εστιάζουμε επιπλέον και στην κατανάλωση ενέργειας, που είναι μια μετρική την οποία η υπάρχουσα βιβλιογραφία έχει σε μεγάλο βαθμό αγνοήσει. Διαπιστώνουμε ότι η κατανάλωση ενέργειας είναι αντιστρόφως ανάλογη της επί- δοσης και ότι διαφορετικές δομές επιτυχγάνουν καλύτερες επιδόσεις ανάλογα με το benchmark και τις σχεδιαστικές επιλογές τους. Για παράδειγμα για το TPCC και 1 warehouse, η καλύτερη επί- δοση επιτυγχάνεται από το Fast&Fair και είναι περίπου 53 χιλιάδες συναλλαγές ανά δευτερόλεπτο, για έναν client, επίδοση καλύτερη κατά 8%, 91% και 400% καλύτερη αυτής πουπετυχαίνουν για τις ίδιες παραμέτρους τα WBtree, Masstree, FastFair αντίστοιχα. Για το YCSB, καλύτερη επίδοση για ακέραια κλειδιά έχει το BwTree, ακολουθούμενο στα περισσότερα workloads από το Fast- Fair και το Masstree. Για κλειδιά-συμβολοσειρές, η επίδοση όλων των indexes μειώνεται αρκετά. Τη μικρότερη αρνητική επίδραση παρατηρούμε στην περίπτωση του Masstree, έχοντας χειρότερη επίδοση τουλάχιστον κατά 39%, το οποίο είναι σχεδιασμένο για να χειρίζεται αποτελεσματικά κλειδιά-συμβολοσειρές, ενώ για τα BwTree, FastFair, η επίδοση χειροτερεύει από 3 έως και 6.5 φορές, και για το WBtree, η επίδοση είναι χειρότερη κατά 2 έως 2.5 φορές. Επίσης αυξάνεται η κατανάλωση ενέργειας.