TW200837584A - Peer-to-peer based secondary key search method and system for cluster database - Google Patents
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Description
200837584 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係是—财㈣料尋的技術領域,更明 柄說,是—種用於叢集資料庫之次要金鑰(sec〇ndary key )搜尋方法和系統。 【先前技術】 現代化的電信服務,例如預付服務和可攜帶號碼,在 〇 服務資料庫(例如:ISCP資料庫)中需要高的生產力和低 的潛在因素響應。服務資料庫處理即時的要求,例如消費 10者記錄建立、更新和查詢。這些所有的操作需要搜尋時都 要根據-些使用者的識別。利用執行雜凑函數(hash)於 -個被指定為主要金鑰(primarykey)(例如:SSN)之 獨一的屬性,這個搜尋能夠有效的被執行。然而,常常這 些搜尋需要再根據其他的識別,例如電話號碼、生日、姓 15名等等,這些被稱為次要金鑰。大部份的網路服務平台(包 =ISCP)為了比較好的效能和費用,都提議採用這個新的 資料庫叢集(duster·)結構。-個資料庫叢集包括許多節點 (例如,緊岔輕合之刀鋒伺服器或大量網路連接之個人電 腦/工作站伺服器)並在節點之間分割消費者記錄。雜湊函 20數通常被使用在利用主要金鑰來決定記錄應該被儲存或者 被定位在那一個位置。在使用現行已知的方案中要利用次 要金鑰在資料庫叢集中搜尋是不足夠的。 為應付此需求’目前市場上有三個主要的資料庫叢集 產品·· Apertio、MySQL Cluster和 ClustRa。 5 200837584 5 Ο 10 15 ί, 20
Apertio的技術是使用LDAP-based B-tree索引結構去分 割和搜尋使用者記錄。Apertio的技術必需根據LDAP路徑沿 樹狀結構來回移動和找出記錄被儲存在那一個節點上來搜 尋記錄。 ClustRa是市場上第一個記憶體内(in-memory )叢集 資料庫產品。ClustRa是在叢集節點之間使用基於雜湊 (cluster-based )分割的資料庫之方法。然而,它只有對表 格使用主要的金鑰存取和連續的掃描。ClustRa並沒有支援 次要金鑰存取的方法。 MySQL藉由運用一個雜湊函數於被指定之主要金鑰, 而允許分割於儲存節點之間的資料。相似於ClustRa ’ MySQL也沒有支援次要金鑰存取,所以查詢需被廣播和執 行在所有節點上。 為了解決上述所提及到的問題,下列有兩種技術能夠 在資料庫叢集中支援次要金鑰搜尋:多重次要金鑰索引 (Replicated Secondary Key Index )和廣播搜尋 (Broadcasting Search) 〇 在 Replicated Secondary Key Index的技術上,在次要金 鑰建立一個索引D,以使得對於一個被給定的次要金鑰值, 這個索引能快速的回傳其中具有搜尋記錄之儲存節點。在 形式上,D是被給定的對映,以使得僅當記錄r是被儲存在 儲存節點Si時D (r.b) =1。索引D是可以在雜湊表或樹狀 結構(如同B-tree )被實現。最重要的是,這個索引必需可 被複製的(replicated)。當接收到一個次要金鍮搜尋要求, 6 200837584
Rephcated Secondary Key Index技術將會以這個索引杳詢 實際上儲存該記錄的儲存節點。然後,它將轉送這個要求 給目標儲存節點去檢索相符合的記錄。 在Broadcasting Search技術上,當接收到一個次要金鑰 5搜尋的要求,這個要求將被廣播到所有的儲存器節點。於 是,每一個儲存器節點在它們所擁有的内部表中執行内邻 搜尋。如果一個相符合的記錄被發現,這個記錄會被L傳, 反之,則回傳一沒有發現的訊息。 0 上述的技術不足以完全的解決問題。它們是利用在叢 10集中散佈這個要求到所有的節點上來查詢一個被給定的次 要金鑰記錄。於是每一個節點查詢它所擁有的内部資料是 否有任何§己錄是和金鑰相符合的。在如此的做法中,即使 是只有一個節點將會回傳確信的值,所有的節點都還是必 需去執行内部的搜尋。因此所有的通訊和計算量是正比於 15叢集中N個節點數,即〇 (N)。因此,本發明提供點對點 (P^r to peer)次要金鑰搜尋方法和叢集資料庫系統來解 C 進上述的缺點。 【發明内容】 本發明之一目的為提供一種用於叢集資料庫之點對點 20 ( 、peer to peer )次要金鑰(secondary key )搜尋方法和系統, 以減少儲存節點之間的頻寬而可提高搜尋速度。 本發明之另一目的為提供一種用於叢集資料庫之點對 點(peertopeer)次要金鑰(secondarykey)搜尋方法和系 7 200837584 Λ以於记錄插入、次要金鑰搜尋和支援資料結構之 供較佳的花費平衡。 偁之間k Ο 15 20 依據本發明之一觀點,係提出一種用於叢集 點對點次要金鑰搜尋方法,該叢集資料庫有多個儲存2 且母一個儲存節點有一個節點數及儲存多個記錄,該方法 j下列步驟:(A)根據—次要金鑰之—雜凑來計算出第 節2數,(B)利用一次要金鑰來查詢對應第一節點數之 存節點’以榻取一對應的主要金瑜;(c)根據該 主要金輪之雜凑函數來計算出—第二節點數;以及(D)利 用該主要錢來查詢對應於第二節點數之—第二節點,以 擷取一相對應的記錄。 p依據本發明之另—觀點’係提出-種點對點次要金鑰 ,尋系統’其包含:多個儲存節點,每—個儲存節點有一 即點數及儲存多個記錄;以及一個搜尋項目輸入手段,耦 接到該多=儲存節點,以操取一儲存節點上的一記錄;其 —搜哥項目輸入手段根據一次要金鑰之一雜凑來計算 即點數’利用一次要金繪來查詢對應第—節點數之 二第一健存節點,以擷取-對應的主要金餘,根據該主要 金鑰之雜湊函數來計算出U點數,及利用該主要金 錄來查詢對應於第二節點數之—第二節點,以擷取一相對 應的記錄。 /、他^明的目的、利益和新的特徵在下列詳細的描述 將利用附錄的圖式而使其更加顯而易見。 8 200837584 【實施方式】 圖1為依照本發明之叢集中之表格τ的示意圖。為了解 釋方便,表格T包含7個記錄,rl,r2,r3 ···,〇。每一個記錄都 有多個屬性(攔),其中屬性a被選作為主要金鑰,屬性b 5 被選作為次要金鑰。 一金鑰為一屬性,其值可在表格T中獨一地識別一記 =。主要金鑰是一個金鑰,其被選取作為在表格丁識別及搜 0 己錄之主要的手段。表格T中的每一個記錄可以唯一擁 有而且只有一個主要金鑰。在叢集資料庫中,主要金鑰也 1〇被用於決定介於儲存節點的記錄的分佈。索引及/或搜尋的 方法可被建立以促進依據主要金鑰之高效率的搜尋。次要 金鑰疋個可選擇的金鑰,其也可以被用於查詢表格T中的 獨Z錄。根據次要金鑰的搜尋通常效率會較依據主要金 =的搜4低’ 疋因為表格τ之實際佈局是大部分依據 15 金鑰。 f 如圖1所7"",雜凑函數hl()分別因應屬性a和b而建立。 C t凑㈣hl()將屬性之領域對應至集合(似,3,〜N-U, =的N疋在叢集中儲存節點的數量。在此實施例,雌選 二3任何均句及隨機之雜湊函數都可為雜湊函數hi (a) |、選者。在這個實施例中,雜凑函數函數⑽諸, 廷裡的。 Ί依照本發明之對等次要金鑰搜尋系統之示意 :個餹二:系統中’叢集包括一個搜尋項目輸入手段210及 子印點Si’搜哥項目輸入手段21〇擁有⑽祠服器節 9 200837584 點 錄 金 5 每一個儲存節點Si都有-個節點數泣儲存有多個記 。另外每-個储存節㈣包含—個對應表奶以便將次要 鑰對應至相應的主要金鑰。
10 15 叟尋項目輸人手段21蝴接到該多數個儲存節點Si ,以 操取在儲存節點Si上的記錄。搜尋項目輸人手段2聰據次 ,金錄之雜湊函數計算出第—節點數,利用次要金錄查詢 第一儲存節點以掏取—相對應的主要金餘,根據主要金錄 雜凑函數以„}·异出—第二節點數,然後利用主要金錄來 查珣第二儲存節點以擷取相對應的記錄。 如圖2所示,伺服器從客戶端(圖未示)取得和處理要 求並且回傳相對應的結果。健存節點狀―個實際儲存一 部份資料庫記錄的節點。伺服器節點和儲存節點可共置, 不需在分開的機器上。 每一個儲存節點Si維護一個儲存有表格τ的記錄之次 集合的區域查詢表Ti,即是T〇UT1 UT2==T,這裡的识旨 的是聯集運算。如果主要金鑰『經由雜湊函數Μ ()可對應 到i,記錄r將被儲存在儲存節點Si。亦即,若且唯若w (主 要金鍮r) =i ,則r屬於Ti。 雜湊分割被廣泛使用在平行資料庫中。藉由雜湊分 割,根據主要金鑰能夠有效的進行搜尋。利用一個被給定 的主要金鑰A去查詢記錄,搜尋系統只需要搜尋儲存節點hl (A),而不需搜尋全部儲存的節點。 20 200837584 本表月的目的疋根據次要金鑰促使更有效的搜尋 了這樣的目的…個新的對應表格Mi被建立和維 j _存節點Si之中,。對應表格崎每—個記錄都儲存了 — 5 Ο 10 15 c, 20 對(M) |’其經由^錢錢料制至節點^ 即’若且唯若hl(r.g)=i,對於表格τ中任何記錄r,(rb 都屬於Mi。 ^ ,r-a) 輪 圖3為依照本發明中插入記錄至資料庫叢集之流 圖:在步驟S3H)中,搜尋項目輸人手段2職受來自客= 之-要求,以插人記錄料庫。在圖2卜搜尋項目 入手段210可以是伺服器節點 、 在y驟8320中,搜哥項目輸入手段21〇將記錄的主要 金鑰進行料純hl ()運算,㈣定應儲存在那一個儲 存節點Si。根據雜湊函數hl (),結果為hi (r2 a) =hi (2) #2 mod 3 - 2,亦即:r2應該被儲存在儲存節點S2。於是搜 尋項目輸人手段21G轉送記錄d給儲存節點S2並將記錄_ 存在區域查詢表格Τ2。 在y驟8330中,搜尋項目輸入手段21〇將記錄的次要 金鑰值進行雜湊函數hl ()運算,以決㈣對值(r2b,r2a) 應該被儲存在那-個健存節點⑴。根據雜湊函數^ ),結 果為 hl( r2.b)- hl( 5)= 5 mod 3 = 2。因此,該對值(r2.b,r2.a) =(5.2)被儲存在儲存器82的對應表格M2中。 根據主要金鑰來搜尋一記錄,係可以簡單地依循上述 的步驟S320來找出儲存有該記錄之儲存節點以。 11 200837584 长圖為依照本务明中執行基於次要金输之記錄搜尋的 机程=。® 5為依照本發明巾執行基於次要金鑰之記錄搜尋 的不思圖。睛參考圖4和圖5,在步驟“⑺中,搜尋項目輸 #又210接*個來自於客戶端的要求,以根據給定的次 5要金输值來查询—記錄。在此範例中,我們可得到|^2。在 圖5中4叟尋項目輸入手段21〇可為飼服器節點^_1。 在v驟8420中,搜尋項目輸入手段21〇根據具有次要金 鑰^雜凑函數hl㈠而計算第-節點數。舰器節點Ck]將 、’、口疋之次要金鑰值b=2執行雜湊函數hi ()運算,以計算出 1〇其需要聯繫那一個健存節點以得到更多的資訊。結果為hl (b) -hi (2) =2 mod 3 = 2。HU匕,伺服器節點轉送參 數b給儲存節點S2。 —在步驟S430中,搜尋項目輸入手段21〇以次要金鑰值 =來檢索對應於該第—節點數的第—健存節賴,以操取 15 -對應之主要金錄。在接收到參數b=2後,儲存節點立即 ^旬其區域對應表格M2,以找出—項目(b,a),其^搁能 i 符合2。在這個例子中,第二項目(2,4)被發現能夠符合。 因此,對應的主要金餘之值(第二攔a=4)被回傳到發出要 求的伺服器節點Ck」。 20 在步驟S440中,搜尋項目輸入手段210根據具有主要金 鑰之=凑函數而計算出一第二節點數。在接收從儲存節點 S2所得到的主要金餘a=4後,根據具有主要金餘值w之雜 凑函數hl (),搜尋項目輸人手段21G於是運用雜凑函數hl 12 200837584 ()以計算出一第二節點數。結果hi ( a ) =hl ( 4 ) = 4 mod 3 = 1。因此,儲存節點SI實際儲存該記錄。 在步驟S450中,搜尋項目輸入手段210以主要金鑰值 a=4查詢一對應於第二節點數之第二節點S1,以擷取一對應 5 的記錄。在接收主要金鑰值a=4後,儲存節點S1立即查詢其 區域表格T1以找出是否有相符之處。在這個例子中,因為 r4.a=4,在表格T中第一個記錄r4被發現能夠符合。因此, 記錄r4被回傳到搜尋項目輸入手段210,其接著將該記錄r4 〇 回傳至客戶端作為結果。 10 圖 6 和圖 7 為 Replicated Secondary Key Index、
Broadcasting Search和本發明之間在結構上及操作上不同 之比較圖。如圖7所示,有K個伺服器節點和N個儲存節點 在該叢集中,且Μ是表格中所有記錄的數量。如圖所示, 本發明的累計時間費用幾乎是和Replicated Secondary Key 15 Index相同的,但是本發明的空間花費是比Repiicated
Secondary Key Index少很多的。本發明的空間花費是和 Broadcasting Search幾乎相同,但是累計時間費用是比 Broadcasting Search為少 ° 從上述的說明可知,相較於習知技術,本發明在記錄 20 插入、基於次要金鑰之搜尋及支援之資料結構之間有較好 的花費平衡。如圖6和圖7所示,本發明依靠著儲存節點之 間的對應表格Mi之分佈,並使用它們來將要求(於次要金 鑰)重行導向至目標儲存節點。這個對等 (peer-to-peer) 和重行導向的技術不只提供一個有效的次要金鑰搜尋方法 13 200837584 而且減少了搜尋項目輸入手段210和多個儲存節點Si間的 頻寬。它只需要兩個儲存節點的存取和兩個在搜尋項目輸 入手段210和多個儲存節點Si之間的來回訊息傳輸。 5 Ο 10 15 20 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已,本發明所 主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準,而非僅限 於上述實施例。 【圖式簡單說明】 圖1係依照本發明之叢集中的表格T之示意圖。 圖2係依照本發明之對等次要金鑰搜尋系統之示意圖。 圖3為依照本發明之插入記錄至資料庫叢集之流程圖。 圖4為依照本發明之執行次要金鑰記錄搜尋之流程圖。 圖5為依照本發明之執行次要金鑰記錄搜尋之示意圖。 圖 6和圖 7為 Replicated Secondary Key Index、Broadcasting Search和本發明之間在結構上及操作上不同之比較圖。 【主要元件符號說明】 210搜尋項目輸入手段 SO, Sl,S2儲存節點 TO, Tl,T2查詢表 M0, Ml,M2對應表 S310, S320, S330, S410, S420, S430, S440, S450 步驟 14
Claims (1)
- 200837584 十、申請專利範圍: "“種:二叢集資料庫之點對點:欠要金鑰搜尋方 ^叢集_貝料庫有多個儲存節點且每—個儲存節點有一個 節點數及儲存多個記錄,該方法包括下列步驟· (Α)根據一次要金鑰之一雜湊來計算出第一節點數; (Β)利用一次要金鑰來查詢對應第—節點數之ρ三第j 儲存節點,以擷取一對應的主要金鑰; 5 Ο (C)根據該主要金鑰之雜湊函數來計算出一—鲛點 數;以及 一即”、、 10 (D)利用該主要金鑰來查詢對應於第二節點數之一第 二節點,以擷取一相對應的記錄。 2·如申請專利範圍第1項所述之點對點次要金鑰搜尋 方法,其中,每一個儲存節點更包含一個對應表,以將次 要金鑰對應至一相對應的主要金鑰。 15 3·如申請專利範圍第2項所述之點對點次要金鑰搜尋 方法其中,该第一健存節點根據一次要金鑰而由該對應 ' 表來榻取一個對應的主要金鑰。 4·如申請專利範圍第1項所述之點對點次要金鑰搜尋 方法,其中,該雜凑函數係用來對輸入之金鑰執行一個模 2〇 數運算。 、 5· —種點對點次要金鑰搜尋系統,包含·· 夕數個儲存節點,每一個儲存節點有一節點數及儲存 多個記錄;以及 15 200837584 技哥項目輸入手段,耦接到該多個儲存節點,以擷 取一儲存節點上的一記錄; 5 Ο 10 15 c 其中,該搜尋項目輸入手段根據一次要金鑰之一雜湊 來計算出第一節點數,利用一次要金鑰來查詢對應第一節 點數之一第一儲存節點,以擷取一對應的主要金鑰,根據 該主要金鑰之雜湊函數來計算出一第二節點數,及利用該 主要金鑰來查珣對應於第二節點數之一第二節點,以擷取 一相對應的記錄。 6.如申請專利範圍第5項所述之點對點次要金鑰搜尋 系統’其中,每一個儲存節點更包含一個對應表,以將次 要金鑰對應至一相對應的主要金鑰。 7·如專利申請範圍第6項所述之點對點次要金鑰搜尋 系統’其中,該第一儲存節點根據一次要金鑰而由該對應 表來擷取一個對應的主要金鑰。 8·如專利申請範圍第6項所述之點對點次要金鑰搜尋 系統’其中,該雜湊函數係用來對輸入之金鑰執行一個模 數運算。 16
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