CN114547031A - 键值对数据库操作方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种键值对数据库的操作方法、装置及计算机可读存储介质。该操作方法包括插入操作和查询操作;所述插入操作包括:将目标键值对记录的指纹字段映射为所述索引段中的目标存储地址,所述目标存储地址存储指向所述键值对记录段的指针;从所述指针指向的存储地址开始设定数量的键值对记录存储区域作为所述指针指向的邻域,在所述指针指向的邻域内存在空白的键值对记录存储区域的情况下,插入所述目标键值对记录;所述查询操作包括:将目标键值对记录的指纹字段映射为所述索引段中的目标存储地址;在所述目标存储地址的指针指向的邻域内搜索与所述目标键值对记录的指纹字段匹配的键值对记录。该方法有助于提高键值对数据库的读写效率。
Description
技术领域
本公开属于数据库领域,具体涉及一种键值对数据库操作方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
本部分旨在为本公开的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认其为现有技术。
键值对记录(Key-Value)数据库是一种常见的数据库类型。例如在Ceph分布式存储系统中的元数据是存储在一个键值对数据库中的。提高键值对数据库的读写效率是本领域技术人员持续推动解决的技术问题。
发明内容
本公开提供一种键值对数据库操作方法、装置及计算机可读存储介质。
本公开的实施例中提供了以下方案:一种键值对数据库的操作方法,在所述键值对数据库的内存中维护索引段和键值对记录段,所述键值对记录段存储设定数量的键值对记录,所述键值对记录包括键和值,所述键值对记录中的键包括指纹字段,所述指纹字段是所述键值对记录的唯一标识;
所述操作方法包括插入操作和查询操作;
所述插入操作包括:
将目标键值对记录的指纹字段映射为所述索引段中的目标存储地址,所述目标存储地址存储指向所述键值对记录段的指针;
从所述指针指向的存储地址开始设定数量的键值对记录存储区域作为所述指针指向的邻域,在所述指针指向的邻域内存在空白的键值对记录存储区域的情况下,插入所述目标键值对记录;
所述查询操作包括:
将目标键值对记录的指纹字段映射为所述索引段中的目标存储地址;
在所述目标存储地址的指针指向的邻域内搜索与所述目标键值对记录的指纹字段匹配的键值对记录。
本公开的实施例中提供了以下方案:一种键值对数据库的操作装置,包括:至少一个处理器;以及,与至少一个处理器通信连接的存储器;其中,存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令,指令被至少一个处理器执行,以使至少一个处理器能够执行前述的键值对数据库的操作方法。
本公开的实施例中提供了以下方案:一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有程序,当所述程序被处理器执行时,使得所述处理器执行前述的键值对数据库的操作方法。
键值对记录在内存中是存储在邻域中的。在对键值对记录进行操作时,可以首先定位一个邻域,然后再在定位到邻域内进行操作,这能够提高键值对数据库的读写效率。
附图说明
图1为根据本公开实施例的键值对数据库的存储结构示意图。
图2a为根据本公开实施例的键值对数据库的查询操作的流程示意图。
图2b为根据本公开实施例的键值对数据库的查询操作的数据流图。
图3为根据本公实施例的键值对数据库的插入操作的流程示意图。
图4a为根据本公开实施例的键值对数据库的数据迁移操作的流程示意图。
图4b为根据本公开实施例的键值对数据库的数据迁移过程示意图。
图5为根据本公开实施例的键值对数据库的读取操作的流程示意图。
图6为根据本公开实施例的键值对数据库的发送操作的流程示意图。
图7为根据本公开实施例的键值对数据库的操作装置的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
图1为根据本公开实施例的键值对数据库的存储结构示意图。在内存中维护索引段和键值对记录段(KV段)。索引段包括至少一个字典,每个字典包括至少一个索引表。索引表中每一项记录为一个指针,该指针指向KV段中的一个存储地址。KV段用于存储多个键值对记录(KV记录,KV Record)。在该实施例中,一个KV记录具有5个字段:K len字段、V len字段、K字段、V字段和csum字段。K len字段表示K字段的长度。V len字段表示V字段的长度。K字段即键。V字段即值。该值例如可以记录硬盘上的一个文件或者一条记录的存储地址。其中的csum字段记录累计校验码。
以下是K字段的一个结构定义,该结构的名称为HashEntry。
Struc HashEntry{
uint64_t neigh_off:5;
uint64_t key_fp_tag:8;
uint64_t kv_size:11;
uint64_t pba:40;}。
键中的key_fp_tag字段称为指纹字段。指纹字段唯一地标识该键值对记录。
键中的neigh_off字段称为邻域偏移量字段。邻域偏移量字段规定一个邻域内包含的键值对记录的数量。本公开的实施例中,邻域偏移量字段默认为32。
键中的pba字段称为扩展存储地址字段,在硬盘为PB级别的存储设备时,扩展存储地址字段左移设定位置后再与所述键值对记录中的值相加,和用于指示所述硬盘中的目标信息的地址。
键中的kv_size字段记录该键所在键值对记录的数据大小。如果键值对记录是定长的则该字段是可以省略的。
基于以上数据结构,以下介绍键值对记录数据块的操作方法。
参考图2a和图2b,键值对数据库的插入操作包括以下步骤。该操作中的目标键值对记录是希望要插入的键值对记录。
步骤101、将目标键值对记录的指纹字段映射为所述索引段中的目标存储地址,所述目标存储地址存储指向所述键值对记录段的指针。
该实施例中,一个指纹字段(fingerprint)包含两部分,第一部分是tag(标签)第二部分是index(索引)。指纹字段的构成不限于此,只要其能唯一地标识一个键值对记录即可。
本公开对索引段的组织方式不做限定。例如指纹字段的哈希值指示索引段中的存储地址,该存储地址记录的是对应的键值对记录在键值对记录段内一个邻域的起始地址。
步骤102、从所述指针指向的存储地址开始设定数量的键值对记录存储区域作为所述指针指向的邻域,在所述指针指向的邻域内存在空白的键值对记录存储区域的情况下,插入所述目标键值对记录。
例如图2b中的指纹“10x”映射到键值对记录段的灰色阴影所表示的邻域;指纹“00y”映射到键值对记录段的黑点背景所表示的邻域;指纹“10z”映射到键值对记录段的斜线背景所表示的邻域。
具体地,在所述插入操作中,在所述指针指向的邻域内线性搜索空白的键值对记录存储区域并在搜索到的第一个空白的键值对记录存储区域内存储所述目标键值对记录。
如果查找到邻域内没有空白键值对记录存储区域,那么可以对索引段执行置换操作。如果查找空白键值对记录存储区域操作失败,则会触发键值对记录段的扩容以及键值对记录的迁移。
本公开对指纹字段与索引段的存储空间的映射关系,索引段内存储的指针与键值对记录段内的地址的映射关系不做限定,只要按照固定的策略进行设置即可。
参考图3,键值对数据库的查询操作包括以下步骤。该操作中的目标键值对记录是希望要查询的键值对记录段的键值对记录。
步骤201、将目标键值对记录的指纹字段映射为所述索引段中的目标存储地址。
步骤202、在所述目标存储地址的指针指向的邻域内搜索与所述目标键值对记录的指纹字段匹配的键值对记录。
所述查询操作中,在所述目标存储地址的指针指向的邻域内线性搜索与所述目标键值对记录的指纹字段匹配的键值对记录。参考图4a和图4b,键值对数据库的迁移操作包括以下步骤。该操作中的目标键值对记录是键值对记录段内的所有的键值对记录。
步骤301、在内存中设置扩容后的键值对记录段,其中,扩容后的键值对记录段的地址空间是扩容前的键值对记录段的地址空间的2倍。例如参考图4b,键值对记录段d初始状态下具有两个段落,第0个段落ht0中阴影区域表示当前被锁定的区域。
步骤302、对扩容前的键值对记录段中的目标区段执行锁定操作,将所述目标区段内的键值对记录迁移至扩容后的键值对记录段,更新所述目标区段内的键值对记录的指纹字段对应的索引段中的指针。目标区域i内示意性的标出了两个键值对记录ex和ey。
步骤303、在所述目标区段内的键值对记录均迁移完成的情况下,解除对所述目标区段的锁定。
参考图5,键值对数据库的读取操作包括以下步骤。该操作中的目标键值对记录是希望读取的键值对记录。
步骤401、将目标键值对记录的指纹字段映射为所述索引段中的目标存储地址。
步骤402、锁定所述目标存储地址中的指针所指向的邻域,在该邻域内搜索与所述目标键值对记录的指纹字段一致的键值对记录,随后解锁该邻域。
参考图6,键值对数据库的发送操作包括以下步骤。
步骤501、在非原地的日志文件中写入目标键值对记录,其中的键字段中除指纹字段外其余字段空缺。
步骤502、将目标键值对记录的指纹字段映射为所述索引段中的目标存储地址。
步骤503、锁定所述目标存储地址指向的邻域,在该邻域具有空白的键值对记录存储区域且该邻域内已有的键值对记录的指纹字段与目标键值对记录的指纹字段不同的情况下,在该邻域内选择一个空白的键值对记录存储区域插入目标键值对记录。
基于相同的技术构思,本公开实施例还提供一种键值对数据库的操作装置,用于执行上述任一实施例所提供的键值对数据库的操作方法。参考图7,该键值对数据库的操作装置包括:至少一个处理器;以及,与至少一个处理器通信连接的存储器;其中,存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令,指令被至少一个处理器执行,以使至少一个处理器能够执行前述键值对数据库的操作方法。
根据本公开的一些实施例,提供了方法的非易失性计算机存储介质,其上存储有计算机可执行指令,该计算机可执行指令设置为在由处理器运行时执行前述键值对数据库的操作方法。
本公开中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置和计算机可读存储介质实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以其描述进行了简化,相关之处可参见方法实施例的部分说明即可。
本公开实施例提供的装置和计算机可读存储介质与方法是一一对应的,因此,装置和计算机可读存储介质也具有与其对应的方法类似的有益技术效果,由于上面已经对方法的有益技术效果进行了详细说明,因此,这里不再赘述装置和计算机可读存储介质的有益技术效果。
本领域内的技术人员应明白,本公开的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此,本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、装置、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中,计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器,随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式,如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括,但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带,磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质,可用于存储可以被计算设备访问的信息。此外,尽管在附图中以特定顺序描述了本公开方法的操作,但是,这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作,或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地,可以省略某些步骤,将多个步骤合并为一个步骤执行,和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
虽然已经参考若干具体实施方式描述了本公开的精神和原理,但是应该理解,本公开并不限于所公开的具体实施方式,对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益,这种划分仅是为了表述的方便。本公开旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。
Claims (12)
1.一种键值对数据库的操作方法,其特征在于,在所述键值对数据库的内存中维护索引段和键值对记录段,所述键值对记录段存储设定数量的键值对记录,所述键值对记录包括键和值,所述键值对记录中的键包括指纹字段,所述指纹字段是所述键值对记录的唯一标识;
所述操作方法包括插入操作和查询操作;
所述插入操作包括:
将目标键值对记录的指纹字段映射为所述索引段中的目标存储地址,所述目标存储地址存储指向所述键值对记录段的指针;
从所述指针指向的存储地址开始设定数量的键值对记录存储区域作为所述指针指向的邻域,在所述指针指向的邻域内存在空白的键值对记录存储区域的情况下,插入所述目标键值对记录;
所述查询操作包括:
将目标键值对记录的指纹字段映射为所述索引段中的目标存储地址;
在所述目标存储地址的指针指向的邻域内搜索与所述目标键值对记录的指纹字段匹配的键值对记录。
2.根据权利要求1所述的操作方法,其特征在于,在所述插入操作中,在所述指针指向的邻域内线性搜索空白的键值对记录存储区域并在搜索到的第一个空白的键值对记录存储区域内存储所述目标键值对记录。
3.根据权利要求1所述的操作方法,其特征在于,所述查询操作中,在所述目标存储地址的指针指向的邻域内线性搜索与所述目标键值对记录的指纹字段匹配的键值对记录。
4.根据权利要求1所述的操作方法,其特征在于,采用哈希函数将目标键值对记录的指纹字段映射为所述索引段中的目标存储地址。
5.根据权利要求1所述的操作方法,其特征在于,所述操作方法还包括迁移操作,包括:
在内存中设置扩容后的键值对记录段,其中,扩容后的键值对记录段的地址空间是扩容前的键值对记录段的地址空间的2倍;
对扩容前的键值对记录段中的目标区段执行锁定操作,将所述目标区段内的键值对记录迁移至扩容后的键值对记录段,更新所述目标区段内的键值对记录的指纹字段对应的索引段中的指针;
在所述目标区段内的键值对记录均迁移完成的情况下,解除对所述目标区段的锁定。
6.根据权利要求1所述的操作方法,其特征在于,所述操作方法还包括读取操作,包括:
将目标键值对记录的指纹字段映射为所述索引段中的目标存储地址;
锁定所述目标存储地址中的指针所指向的邻域,在该邻域内搜索与所述目标键值对记录的指纹字段一致的键值对记录,随后解锁该邻域。
7.根据权利要求1所述的操作方法,其特征在于,所述操作方法还包括发送操作,包括:
在非原地的日志文件中写入目标键值对记录,其中的键字段中除指纹字段外其余字段空缺;
将目标键值对记录的指纹字段映射为所述索引段中的目标存储地址;
锁定所述目标存储地址指向的邻域,在该邻域具有空白的键值对记录存储区域且该邻域内已有的键值对记录的指纹字段与目标键值对记录的指纹字段不同的情况下,在该邻域内选择一个空白的键值对记录存储区域插入目标键值对记录。
8.根据权利要求1所述的操作方法,其特征在于,所述键值对记录中的值为硬盘中的地址,所述键值对记录中的键还包括扩展存储地址字段,所述扩展存储地址字段与所述键值对记录中的值组合以指示所述硬盘中的目标信息的地址。
9.根据权利要求1所述的操作方法,其特征在于,所述键值对记录中的键还包括键值对记录尺寸字段,所述键值对记录尺寸字段记录所述键值对记录的尺寸。
10.根据权利要求1所述的操作方法,其特征在于,所述键值对记录中的键还包括邻域尺寸字段,所述邻域尺寸字段指示所述邻域包含的键值对记录的数量。
11.一种键值对数据库的操作装置,其特征在于,包括:至少一个处理器;以及,与至少一个处理器通信连接的存储器;其中,存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令,指令被至少一个处理器执行,以使至少一个处理器能够执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
12.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有程序,当所述程序被处理器执行时,使得所述处理器执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
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CN118394803A (zh) * | 2024-06-28 | 2024-07-26 | 北京四维纵横数据技术有限公司 | 一种存算分离数据库的缓存方法、装置、设备及介质 |
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