JP5043820B2 - 低冗長記憶システムで索引を行う方法 - Google Patents
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Description
用語
デジタル二分探索木:各レベルのところで行った決定が、キーの連続しているビットにより行われる二分木。
インデックス・エントリ:サブブロック・インデックス内のレコード。ある実施形態の場合には、インデックス・レコードは、インデックス・キーおよびインデックス値を含む。ある実施形態の場合には、インデックス・レコードは、インデックス・キーの一部およびインデックス値を含む。ある実施形態の場合には、インデックス・レコードはインデックス値だけを含む。ある実施形態の場合には、インデックス・レコードは値を含まないで、キーの一部または全部を含む。
6.1 インデックス・キー
サブブロック・インデックス・データ構造は、サブブロックの存在および位置を判定するために使用される。このことは、データ構造のキーは、サブブロックから入手されることを示唆している。
6.2 インデックス値
インデックスの各値は、1つまたは複数のサブブロック属性を含むレコードからなる。
6.3 ツリー
本発明のある態様は、ハッシュ・テーブルのツリーからなる。種々様々なツリーがあり、これらの各役割で使用することができる種々様々なハッシュ・テーブルがある。
6.4 ハッシュ・テーブル・アドレス指定
サブブロックがハッシュされ、ハッシュの最初のT個のビットがツリーを横断するために使用され、その結果、葉に到着した場合のサブブロックに対する探索中の問題について考えてみよう。葉内にはハッシュ・テーブルが存在する。次に何が起こるか。
6.5 ハッシュ・テーブルの衝突
衝突は、2つ以上のキーが、同じ位置(スロット)110にハッシュした場合に、ハッシュ・テーブル内で起こる(図11)(従来技術)。この状況を解決する1つの方法は、第2のエントリを単に廃棄するという方法である。ある場合には、これは正しい選択である。しかし、ハッシュ・テーブルが損失を許容するものでない場合には、このオプションを使用することはできないので、この「オーバーフロー」状況を処理するために種々様々な技術のうちの1つを使用することができる。
6.6 ハッシュ・テーブル・バケット
一度に2つ以上のハッシュ・テーブル・エントリの読出しに関連するアプローチは、テーブルをバケット140に分割する方法である(図14)。例えば、1024のスロットのテーブルを、それぞれが16のスロットを含む64のバケットのテーブルで置換することができる。エントリを探索するために、バケット内で線形探索を行うことができる(またはおそらく、各バケット内のキーがソートされている場合には、二分探索を行うことができる)。たまにしかバケットは満杯にならないので、その場合には、オーバーフローは次のバケットに移動することができる。テーブルがあまり大きく成長できない限り、オーバーフロー・チェーンはあまり長くすべきではない。インデックス・バケットの利点は、インデックス・バケットは、ランダム・アクセス・ディスク・シークの回数が少なくなるようにディスク・アクセスに対するユニットを生成することである。
6.7 ハッシュ・テーブルの格納
概念上は、ツリーの各葉は、ツリーの種々の部分が格納される位置がどこであれ、ハッシュ・テーブルを「含む」。実際には、メモリ内の葉ノードは、実際のハッシュ・テーブルまたはディスク上のハッシュ・テーブルの位置を含むことができる。ツリーがメモリ80内に格納され、ハッシュ・テーブルがディスク82上に格納される典型的な実施形態の場合には、メモリ内の葉ノード84は、ディスク82上の葉のハッシュ・テーブル86の位置へのポインタを格納する(図8)。
6.8 ハッシュ・テーブルの分割
葉62が非葉64および2つの新しい葉66、68に分割される場合には、葉のハッシュ・テーブルのコンテンツは、2つの新しい葉の間で分割される(図6)。
6.9 ツリーの成長
いつ葉を分割すべきか。多数のヒューリスティックを使用することができ、これらはそれぞれ、「満杯」の異なるコンセプトに等しい。
6.10 ツリーの成長をスムースにする技術
ツリー構造についての経験により、キーがサブブロック・ハッシュである実施形態の場合には、キーは、通常、ツリー内の葉すべてがほぼ同じ時間に分割される傾向があるほど非常に一様に分布していることが分かっている。これにより分割が行われている間、速度が一時的に遅くなる。これらの性能の低下は、各反復の度にますます広くなる性能の低下が拡がるにつれて、2倍の間隔で発生する。しかし、性能の低下は、リアルタイムの性能に悪影響を与える恐れがあるので、それを軽減する手段を調査する価値がある。
6.11 アレイによるツリーの頂部の置換
ハッシュ値のキーは、一様に分布している場合が非常に多いので、ツリーは非常にバランスがとれた方法で成長することが多い。このことは、ツリーの全レベル(例えば、レベル3)90が非葉ノードで満杯になる可能性があることを意味する。このことが起こった場合、((例えば)レベルLへの)ツリーの全頂部を1つのアレイ92で置換することができ(図9)、O(L)からO(1)へのツリーのその部分に対するアクセス時間を短くすることができる。
6.12 他のデータ構造
ハッシュ・テーブルのツリーを維持する他のアプローチは、ツリーを1つのマスタ・ハッシュ・テーブルで置換する方法である。このアプローチは、そうでない場合は、二分探索木内に格納される各ノードに対するマスタ・テーブル内にハッシュ・エントリを生成することにより実行することができる。
6.13 複雑な攻撃
攻撃者が、システムのデータ構造のうちの1つを最悪な場合の状態にするように設計されているシステム内にデータを供給する場合に、システム上に複雑な攻撃が発生する。例えば、攻撃者がウェブ・サーバが非平衡二分木を使用していることを知っている場合には、攻撃者は、ツリーをリストにするために、ソートしたデータをツリー内に供給することができる。こうすることにより、サーバが停止するような非常に悪い以降の探索時間が生じる恐れがある。
6.14 範囲に関する注
当業者であれば、本発明は、上記の特定の用途に限定されないことを理解することができるだろう。また、本発明は、本明細書に記載し図面に示した特定の要素および/または機能に関してその好ましい実施形態に限定されない。本発明の原理から逸脱することなしに、種々の修正を行うことができることを理解することができるだろう。それ故、本発明は、本発明の範囲内に入るすべてのこのような修正を含むものと解釈すべきである。
Claims (30)
- データの1つまたは複数のブロックを索引することにより、低冗長記憶システムにデータを格納し、前記低冗長記憶システムに格納されたデータを通信し、または比較するために、データを索引するコンピュータによる制御方法であって、
前記データのブロックから入手したキーを有するデジタル探索ツリーを含むインデックスをメモリの中に生成し、当該生成に係る前記デジタル探索ツリーの1つの葉が1つのテーブルを有し、前記テーブルが前記葉内に入るキーに対する1つのインデックス値を有し、
前記キーが、ハッシュ関数を用いて前記ブロックを処理することによって、前記ブロックから入手した1つの値であり、
1つのブロックが、前記低冗長記憶システムに関連する1つのサブブロックであり、および
前記インデックス値が、前記低冗長記憶システムにおけるブロックの位置および前記低冗長記憶システムにおけるブロックの存在の表示のいずれか一方を表し、
前記デジタル探索ツリーは、その葉ノードが、ランダムな満杯分割しきい値に到達したことを決定することによって、複数の新しい葉ノードハッシュテーブルを持つ非葉ノードに置き換えることにより拡張され、前記ハッシュ・テーブルにおけるハッシュ・テーブルの内容は、新しい葉ノードハッシュ・テーブルの中のハッシュ間に分布される、
コンピュータによる制御方法。 - 前記デジタル探索ツリーが、デジタル二分探索ツリーである、請求項1に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記デジタル探索ツリーのディジットが、前記キーの連続しているビットに対応する、請求項2に記載のコンピュータによる制御方法。
- 各インデックス値がブロックの位置を有する、請求項1に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記キーがブロックのハッシュである、請求項1に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記ブロックのハッシュの一部が、前記テーブルを索引するために使用される、請求項5に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記葉と関連するテーブルがアレイ内に格納される、請求項1に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記アレイがメモリ内に位置する、請求項7に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記アレイがディスク上に位置する、請求項7に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記ツリーのサブツリーの頂部Lレベルがアレイにより置換され、Lは1より大きい整数である、請求項1に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記ツリーの頂部Lレベルがアレイにより置換される、請求項10に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記ツリーがデジタル二分探索ツリーであり、前記置換アレイが2L要素を有する、請求項10に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記置換が、前記サブツリーのLレベルが所定の基準を満たすときに行われる、請求項10に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記所定の基準は、前記サブツリーの頂部Lレベルが非葉ノードからなることである、請求項13に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記所定の基準は、前記サブツリーの頂部Lレベルが、少なくともTパーセントの非葉ノードを含み、Tが所定のしきい値であることである、請求項13に記載のコンピュータによる制御方法。
- テーブルの満杯の程度が所定のしきい値を超えた場合に拡張が行われる、請求項1に記載のコンピュータによる制御方法。
- 新しい各葉が、サイズが変化するハッシュ・テーブルと一緒に生成される、請求項1に記載のコンピュータによる制御方法。
- 各ハッシュ・テーブルのサイズが、所定の最小値と所定の最大値の間で選択される、請求項17に記載のコンピュータによる制御方法。
- 各ハッシュ・テーブルのサイズが、所定の最小値と所定の最大値の間でランダムに選択される、請求項18に記載のコンピュータによる制御方法。
- 各サイズの前記決定がランダム構成要素を有する請求項17に記載のコンピュータによる制御方法。
- ハッシュ・テーブルが前記ハッシュ・テーブルをメモリ内に読み込み、前記ハッシュ・テーブルを2つのハッシュ・テーブルに分割し、ディスクに前記2つのハッシュ・テーブルを書き込むことにより分割される、請求項1に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記元の葉のテーブルが使用する記憶空間が、子孫の葉のうちの1つの葉のテーブルに再割り当てされる請求項1に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記テーブルがオーバーフロー・チェーンを使用し、最も長いオーバーフロー・チェーンが所定のしきい値に達した場合に前記テーブルが分割される請求項1に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記テーブルがオーバーフロー・チェーンを使用し、所定の長さより長いオーバーフロー・チェーンが横断された場合に前記テーブルが分割され、請求項18に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記テーブルが満杯になった場合に、またはキー/値ペアが前記テーブルに追加された場合にいつでも所定の確率Pで前記テーブルが分割される請求項1に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記ツリーがメモリ内に保持され、前記葉内のハッシュ・テーブルがディスク上に保持される請求項1に記載のコンピュータによる制御方法。
- 前記データ構造に対する複雑な攻撃を防止するために、前記キーが最初に秘密鍵によりハッシュされる請求項1に記載のコンピュータによる制御方法。
- データの1つまたは複数のブロックを索引することにより、低冗長記憶システムにデータを格納し、前記低冗長記憶システムに格納されたデータを通信し、または比較するためにデータを索引するデータ処理装置であって、
前記データのブロックから入手したキーを有するデジタル探索ツリーを含むインデックスをメモリの中に生成し、当該生成に係る前記デジタル探索ツリーの1つの葉が1つのハッシュ・テーブルを有し、前記テーブルが前記葉内に入るキーに対する1つのインデックス値を有し、
前記キーが、ハッシュ関数を用いて前記ブロックを処理することによって、前記ブロックから入手した1つの値であり、
1つのブロックが、前記低冗長記憶システムに関連する1つの前記低冗長記憶システムに関連する1つのサブブロックであり、および
前記インデックス値が、前記低冗長記憶システムにおけるブロックの位置および前記低冗長記憶システムにおけるブロックの存在の表示のいずれか一方を表し、
ハッシュ・テーブルに対するランダムな満杯分割しきい値に達したことを決定することにより、前記インデックスの葉ノードハッシュ・テーブルは2つまたはそれ以上の葉ノードハッシュ・テーブルに分割される
データ処理装置。 - データの1つまたは複数のブロックを索引することにより、低冗長記憶システムにデータを格納し、前記低冗長記憶システムに格納されたデータを通信し、または比較するためにデータを索引する際に、コンピュータに、 前記データのブロックから入手したキーを有するデジタル探索ツリーを含むインデックスを生成し、当該生成に係る前記デジタル探索ツリーの1つの葉が1つのテーブルを有し、前記テーブルが前記葉内に入るキーに対する1つのインデックス値を有し、
前記キーが、ハッシュ関数を用いて前記ブロックを処理することによって、前記ブロックから入手した1つの値であり、
1つのブロックが、前記低冗長記憶システムに関連する1つのサブブロックであり、および
前記インデックス値が、前記低冗長記憶システムにおけるブロックの位置および前記低冗長記憶システムにおけるブロックの存在の表示のいずれか一方を表し、
ハッシュ・テーブルに対するランダムな満杯分割しきい値に達したことを決定することにより、前記インデックスの葉ノードハッシュ・テーブルは2つまたはそれ以上の葉ノードハッシュ・テーブルに分割される、
手順を実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。 - データの1つまたは複数のブロックを索引することにより、低冗長記憶システムにデータを格納し、前記低冗長記憶システムに格納されたデータを通信し、または比較するためにデータを索引する際に、コンピュータに、
前記データのブロックから入手したキーを有するデジタル探索ツリーを含むインデックスを生成し、当該生成に係る前記デジタル探索ツリーの1つの葉が1つのテーブルを有し、前記テーブルが前記葉内に入るキーに対する1つのインデックス値を有し、
前記キーが、ハッシュ関数を用いて前記ブロックを処理することによって、前記ブロックから入手した1つの値であり、
1つのブロックが、前記低冗長記憶システムに関連する1つのサブブロックであり、および
前記インデックス値が、前記低冗長記憶システムにおけるブロックの位置および前記低冗長記憶システムにおけるブロックの存在の表示のいずれか一方を表し、
ハッシュ・テーブルに対するランダムな満杯分割しきい値に達したことを決定することにより、前記インデックスの葉ノードハッシュ・テーブルは2つまたはそれ以上の葉ノードハッシュ・テーブルに分割される
手順を実行させるためのプログラム。
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