專利名稱：一種利用位圖對內(nèi)存數(shù)據(jù)庫空間進行管理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)存數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理方法，尤其涉及 一 種利用位圖對內(nèi) 存數(shù)據(jù)庫空間進行高效管理的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)把所有數(shù)據(jù)都放在磁盤上進行管理，所以稱做 磁盤數(shù)據(jù)庫。磁盤數(shù)據(jù)庫需要頻繁地訪問磁盤來進行數(shù)據(jù)的操作，由于對 磁盤讀寫數(shù)據(jù)的操作一方面要進行磁頭的機械移動，另 一方面受到系統(tǒng)調(diào) 用時間的影響，當數(shù)據(jù)量很大，操作頻繁且復雜時，就會暴露出很多問題。
近年來，內(nèi)存容量不斷提高，價格不斷下跌，計算機進入了64位時代 后，操作系統(tǒng)已經(jīng)可以支持更大的地址空間，同時業(yè)界對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實時 響應(yīng)能力要求日益提高，充分利用內(nèi)存技術(shù)提升數(shù)據(jù)庫性能成為數(shù)據(jù)庫領(lǐng) 域一個重要的發(fā)展方向。
在數(shù)據(jù)庫技術(shù)中，目前主要有兩種方法來使用大量的內(nèi)存。 一種是在 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，增大緩沖池，將一個事務(wù)所涉及的數(shù)據(jù)都放在緩沖池中， 組織成相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來進行查詢和更新處理，也就是常說的共享內(nèi)存技 術(shù)，這種方法優(yōu)化的主要目標是最小化磁盤訪問。另一種就是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫 技術(shù)，就是重新設(shè)計一種新的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，對查詢處理、并發(fā)控制與 恢復的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行重新設(shè)計，以更有效地使用CPU和內(nèi)存，這種 技術(shù)把整個數(shù)據(jù)庫放進內(nèi)存中，因而會產(chǎn)生一些根本性的變化。
內(nèi)存數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)帶來的優(yōu)越性能不僅僅在于對內(nèi)存讀寫比對磁盤讀寫 快上，更重要的是，從根本上拋棄了磁盤數(shù)據(jù)管理的許多傳統(tǒng)方式，基于全部數(shù)據(jù)都在內(nèi)存中管理進行了新的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并且在數(shù)據(jù)緩存、 索引算法、并行操作方面也進行了相應(yīng)的改進，從而使數(shù)據(jù)處理速度比傳 統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)處理速度快若干數(shù)量級。
通過以上介紹可以了解到，內(nèi)存數(shù)據(jù)庫完全工作于內(nèi)存中，如何充分 而高效地管理龐大的內(nèi)存空間就成為內(nèi)存數(shù)據(jù)庫設(shè)計中 一個極其重要的問 題。
在一個性能良好的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，內(nèi)存一定是分頁(即page;有些系 統(tǒng)稱之為塊，block)使用的，頁的大小可以是4k，8k,16k,32k......等等。使
用分頁管理的好處是可以取得一個比較適中的度量單位，在兼顧靈活性和 易管理性的前提下同時滿足極少量或者海量的內(nèi)存需求，既不浪費空間又 不增加管理上的負擔。
傳統(tǒng)的頁管理模式是完全基于鏈表的，按照頁的當前狀態(tài)(空閑、已 占用等)劃分成若干鏈表。類似地，在頁內(nèi)按照記錄的不同狀態(tài)也劃分成 若干鏈表。頁和記錄的分配與回收都依靠鏈表操作。
這種完全依賴于鏈表的管理方式有^^艮大的缺陷
1、 鏈表本身的性質(zhì)決定了對鏈表的讀寫操作都需要加鎖，多個線程不 能同時讀寫鏈表，這將導致線程等待。在多任務(wù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，鏈表鎖的 爭用將成為系統(tǒng)的重要瓶頸。并且管理的空間越大，鏈表就越長，爭用越 嚴重，整體空間管理效率就越低。
2、 大量的鏈表結(jié)構(gòu)耗費了很大內(nèi)存空間，降低了內(nèi)存空間的利用率， 并且空間越大，浪費越多。
3、 對大量鏈表進行管理的邏輯非常復雜，大大降低了整個系統(tǒng)的可靠 性與可維護性。
因而，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和提高。

發(fā)明內(nèi)容
7本發(fā)明的目的在于解決以上全鏈表式管理中存在的問題，提出一種新 的對內(nèi)存數(shù)據(jù)庫空間進行管理的方法，實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)頁和記錄的分配和回 收。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括
一種利用位圖對內(nèi)存數(shù)據(jù)庫空間進行管理的方法，其中，包括在系統(tǒng) 內(nèi)存區(qū)內(nèi)的以下操作步驟
A、 建立一級位圖區(qū)；
B、 建立一級位圖區(qū)輔助鏈表；
C、 建立二級位圖區(qū)；
D、 分配數(shù)據(jù)頁；
E、 分配記錄；
F、 釋放記錄；
G、 釋放數(shù)據(jù)頁。
所述的方法，其中，所述的步驟A包括
按照系統(tǒng)需要管理的總內(nèi)存區(qū)大小開辟所述一級位圖區(qū)并全部初始化 為未分配狀態(tài)。
所述的方法，其中，所述步驟A還包括以下步驟
Al、在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)配置中設(shè)定將使用m MB的內(nèi)存，其中，m為正整 數(shù)；并由主機支持分配此容量的內(nèi)存；同時設(shè)定每頁的大小為pKB，其中， p為正整數(shù)；
A2、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)啟動后通過開辟共享內(nèi)存分配出m MB內(nèi)存；假設(shè)該 內(nèi)存段首地址為g，其中，g為自然數(shù)；
A3、計算所需要的一級位圖區(qū)大小為bl=(m*1024)/(p*8)字節(jié)；
A4、在總內(nèi)存段的開頭保留bl字節(jié)的空間，作為一級位圖區(qū)，對位圖 區(qū)初始化為全0。
所述的方法，其中，'所述的步驟B包括
8建立所述一級位圖輔助鏈表并初始化，將所述一級位圖區(qū)中所有空閑
bit域都記錄進來。
所述的方法，其中，所述的步驟C包括
Cl、根據(jù)數(shù)據(jù)頁偏移地址對該頁進行初始化，記錄頁頭控制信息，并 按照該頁需要存放的記錄的長度等信息估算所需要的二級位圖區(qū)長度；
C2、初始化該頁的二級位圖區(qū)，將所有bit域標記為未使用。
所述的方法，其中，所述的步驟D包括以下步驟
Dl、訪問所述一級位圖輔助鏈表的首節(jié)點，從中獲取第一個空閑的bit 域，并標記為已分配；
D2、檢測步驟D1中找到的bit域所在的輔助鏈表的節(jié)點，如果該節(jié)點 對應(yīng)的所有bit域都為已分配狀態(tài)，則將該節(jié)點移出鏈表；
D3、根據(jù)步驟D1中找到的空閑bit域的位置，計算出相應(yīng)數(shù)據(jù)頁在整 個數(shù)據(jù)區(qū)中的位置偏移地址。
所述的方法，其中，所述的步驟D1包括以下步驟
Dll、上層業(yè)務(wù)發(fā)來請求，申請數(shù)據(jù)頁，并指明該頁中每條記錄長度< r字節(jié)；其中，r為正整數(shù)；
D12:定位到輔助鏈表首節(jié)點，若發(fā)現(xiàn)鏈表為空，則向調(diào)用者返回無空 閑數(shù)據(jù)頁錯誤，否則轉(zhuǎn)下一步驟；
D13:搜索首節(jié)點的第一個空閑bit,搜索到則設(shè)該bit為1，表示已占 用；假設(shè)該bit是g開始的第n個bit， n為從1開始的計數(shù)自然數(shù)；檢查此 節(jié)點對應(yīng)的一級位圖區(qū)是否已經(jīng)為全1,是則從鏈表摘除此節(jié)點。
所述的方法，其中，所述的步驟D3包括以下步驟
D31:在數(shù)據(jù)區(qū)中定位到第n個bit對應(yīng)的數(shù)據(jù)頁首地址h, h=g+bl字 節(jié)偏移+ (n-l) * 字節(jié)偏移；
D32:對h偏移處的頁進行頁頭初始化，記錄必要管理信息；并計算二 級位圖區(qū)長度b2;々i設(shè)頁頭的長度為q字節(jié)，則b2= (p*1024-q ) /(>*8)字節(jié)；其中，q為正整數(shù)；
D33:定位到h+q字節(jié)偏移處，對此后b2字節(jié)的區(qū)域初始化為全0;D34:向調(diào)用者返回成功結(jié)果和頁偏移n。所述的方法，其中，所述步驟E包括
El、定位到需要分配記錄的數(shù)據(jù)頁內(nèi)二級位圖區(qū)，使用一定的算法搜索到該位圖區(qū)第一個空閑的bit域，將該bit域狀態(tài)修改為已分配；
E2、通過一定的算法定位到步驟E1分配的bit域所對應(yīng)的記錄地址，對該記錄進行初始化。
所述的方法，其中，所述步驟E1包括
Ell、上層業(yè)務(wù)發(fā)來請求，要求在第n個數(shù)據(jù)頁中申請一條記錄空間；
E12、按照D31和D32步驟的算法定位到該數(shù)據(jù)頁的二級位圖區(qū)首地址；尋找此區(qū)域第一個可用的bit，若找到即設(shè)定為1，表示已分配，并返回成功；若沒找到轉(zhuǎn)到下一步驟；
E13、向調(diào)用者返回本頁無剩余空間的^l晉誤信息。
所述的方法，其中，所述步驟F包括
定位到該記錄所在的數(shù)據(jù)頁內(nèi)二級位圖區(qū)，搜索到該記錄對應(yīng)的bit域，將該bit域狀態(tài)修改為空閑。
所述的方法，其中，所述步驟F還包括如下步驟
Fl、上層業(yè)務(wù)發(fā)來請求，要求釋放第m個數(shù)據(jù)頁中的第n條記錄空間;其中，m為自然數(shù)；
F2、定位到該數(shù)據(jù)頁的二級位圖區(qū)首地址，定位到第n個bit,并設(shè)定為O,表示已回收，并返回成功；若沒找到轉(zhuǎn)到下一步驟；
F3、向調(diào)用者返回頁號或者記錄號非法的錯誤信息。
所述的方法，其中，所述步驟G包括
Gl、根據(jù)待釋放頁的偏移地址，通過一定算法定位到該頁在一級位圖區(qū)中的對應(yīng)bit域，將該域-沒置為空閑；G2、檢查bit域所在的一級位圖輔助鏈表節(jié)點，如果該節(jié)點不在鏈表中，則加入鏈表。
所述的方法，其中，所述步驟G1包括以下步驟
Gll、上層業(yè)務(wù)發(fā)來請求，要求釋放第m個數(shù)據(jù)頁；其中，m為自然數(shù);
G12、從一級位圖首地址g開始計算其中，g為自然數(shù)，定位到第m個bit處，若未找到，則向調(diào)用者返回頁號非法的錯誤信息；否則將此bit設(shè)定為0，表示已回收。
本發(fā)明所提供的 一種利用位圖對內(nèi)存數(shù)據(jù)庫空間進行管理的方法，由于利用二級位圖結(jié)構(gòu)，同時結(jié)合一個輔助鏈表來控制數(shù)據(jù)頁和記錄的分配和回收的管理方法，克服了全鏈表結(jié)構(gòu)管理的結(jié)構(gòu)復雜，鏈表鎖瓶頸、內(nèi)存空間利用率低等問題；提高了多任務(wù)性能，運行速度快，內(nèi)存空間利用率高，管理內(nèi)存量大，采用位運算效率高，性能恒定，并使數(shù)據(jù)庫具備良好的擴展性。


圖1為本發(fā)明一級位圖及其輔助鏈表結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明二級位圖結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明初始化和數(shù)據(jù)頁分配流程示意圖4為本發(fā)明記錄區(qū)分配流程示意圖5為本發(fā)明記錄區(qū)回收流程示意圖6為本發(fā)明數(shù)據(jù)頁回收流程示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的若千實施例。
本發(fā)明提出的 一種利用二級位圖結(jié)構(gòu)對內(nèi)存數(shù)據(jù)庫空間進行管理的方法，利用二級位圖結(jié)構(gòu)，結(jié)合一個輔助鏈表來實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)頁和記錄的分
ii配和回收。
首先，劃定一塊特定的位圖區(qū)域來控制所有數(shù)據(jù)頁的使用，該位圖區(qū)為每個數(shù)據(jù)頁保留若干bit,用于記錄此頁的狀態(tài)。數(shù)據(jù)頁的分配和回收只需
要修改相應(yīng)bit位的值即可。這樣的位圖區(qū)稱之為"一級位圖"，詳見圖1。
然后，在每一個數(shù)據(jù)頁中劃定一塊特定的位圖區(qū)域來控制該頁所有記錄的使用，該位圖區(qū)為每條記錄保留若干bit,用于保存該記錄的狀態(tài)。 一條記錄的分配和回收只需要修改相應(yīng)bit位的值即可。這樣的位圖區(qū)稱之為"二
級位圖"，詳見圖2。
為一級位圖區(qū)建立一個輔助鏈表，鏈表的每一個節(jié)點對應(yīng)于一級位圖區(qū)的若干bit,如果這若干.bit都已經(jīng)被占用，則將相應(yīng)節(jié)點移出鏈表，否則就加入鏈表。當需要在一級位圖區(qū)中分配空閑bit時，只要訪問該鏈表的第一個節(jié)點即可。體現(xiàn)了 "空間換時間"的概念，詳見圖1。
本方法具體步驟如下
1、 系統(tǒng)初始化
(a) 按照系統(tǒng)需要管理的總內(nèi)存區(qū)大小開辟一級位圖區(qū)并全部初始化為"未分配"狀態(tài)；
(b) 建立一級位圖輔助鏈表并初始化，將一級位圖區(qū)中所有空閑bit域都記錄進來。
2、 分配數(shù)據(jù)頁
(c) 訪問一級位圖輔助鏈表的首節(jié)點，通過一定的算法從中獲取第一個空閑的bit域，并標記為"已分配"。
(d) 檢測(c)中找到的bit域所在的輔助鏈表的節(jié)點，如果該節(jié)點對應(yīng)的所有bit域都為"已分配"狀態(tài)，則將該節(jié)點移出鏈表。
(e) 根據(jù)(c)中找到的空閑bit域的位置，通過一定的算法計算出相應(yīng)數(shù)據(jù)頁在整個數(shù)據(jù)區(qū)中的位置偏移地址。
(f) 根據(jù)(e)中得到的數(shù)據(jù)頁偏移地址對該頁進行初始化，記錄頁頭
12控制信息，并按照該頁需要存放的記錄的長度等信息估算所需要的二級位圖區(qū)長度。
(g) 初始化該頁的二級位圖區(qū)，將所有bit域標記為"未使用，，
3、 分配記錄
(h) 定位到需要分配記錄的數(shù)據(jù)頁內(nèi)二級位圖區(qū)，使用一定的算法搜索到該位圖區(qū)第一個空閑的bit域，將該bit域狀態(tài)修改為"已分配"
(i) 通過一定的算法定位到(h)步驟分配的bit域所對應(yīng)的記錄地址，對該記錄進4于初始^:。
4、 釋》t記錄
(j)定位到該記錄所在的數(shù)據(jù)頁內(nèi)二級位圖區(qū)，使用一定的算法搜索到該記錄對應(yīng)的bit域，將該bit域狀態(tài)修改為"空閑"
5、 釋放數(shù)據(jù)頁
(k)根據(jù)待釋^:頁的偏移地址，通過一定算法定位到該頁在一級位圖區(qū)中的對應(yīng)bit域，將該域設(shè)置為"空閑"
(1 )檢查bit域所在的一級位圖輔助鏈表節(jié)點，如果該節(jié)點不在鏈表中，則加入^i^。
請注意以上(a)到(1)步驟并非一定是連續(xù)地順序地執(zhí)行，而應(yīng)當按照實際情況的需要執(zhí)行。
這樣，通過對以上兩種位圖區(qū)以及一個鏈表的組合操作，就實現(xiàn)了對所有數(shù)據(jù)頁以及頁內(nèi)記錄區(qū)的高速分配和回收。
實施例l,如圖3所示，在一個典型的應(yīng)用場景中，初始化并分配一個數(shù)據(jù)頁的完整過程包括以下步驟
步驟A1:數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)配置中設(shè)定了將使用mMB的內(nèi)存，其中，m為正整數(shù)；并且主機支持分配此容量的內(nèi)存。同時設(shè)定每頁的大小為pKB;其中，p為正整數(shù)。
步驟B1:數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)啟動后通過開辟共享內(nèi)存或者類似方式分配出mMB內(nèi)存。假設(shè)該內(nèi)存段首地址為g,其中，g為自然數(shù)。
步驟C1: 計算所需要的一級位圖區(qū)大小bl = (m*1024)/(p*8),單位 字節(jié)。
步驟D1:在總內(nèi)存段的開頭保留M字節(jié)的空間，作為一級位圖區(qū)，對 位圖區(qū)初始化為全0。
步驟E1:為一級位圖輔助鏈表分配空間，鏈表含有M個節(jié)點，頭尾 相連初始化。
步驟Fl:上層業(yè)務(wù)發(fā)來請求，申請數(shù)據(jù)頁，并指明該頁中每條記錄長 度《r字節(jié)。其中，r為正整數(shù)。
步驟G1:定位到輔助鏈表.首節(jié)點，若發(fā)現(xiàn)鏈表為空，則向調(diào)用者返回 "無空閑數(shù)據(jù)頁"錯誤，否則轉(zhuǎn)H1步驟。
步驟H1:搜索首節(jié)點的第一個空閑bit,搜索到則設(shè)該bit為1,表示 已占用。假設(shè)該bit是g開始的第n個bit, n是從1開始的計數(shù)自然數(shù)。檢 查此節(jié)點對應(yīng)的一級位圖區(qū)是否已經(jīng)為全1,是則從鏈表摘除此節(jié)點。
步驟II:在數(shù)據(jù)區(qū)中定位到第n個bit對應(yīng)的數(shù)據(jù)頁首地址h， h=g+bl 字節(jié)偏移+ (n-l) fp字節(jié)偏移。
步驟J1:對h偏移處的頁進行頁頭初始化，記錄必要管理信息。并計 算二級位圖區(qū)長度b2,單位.byte。假設(shè)頁頭的長度為q字節(jié)，則b2= (p*1024-q) /(r*8)，其中，q為正整數(shù)。
步驟Kl:定位到h+q字節(jié)偏移處，對此后b2字節(jié)的區(qū)域初始化為全0。
步驟L1:向調(diào)用者返回成功結(jié)果和頁偏移n。
實施例2，如圖4所示，在一個典型的應(yīng)用場景中，申請一條記錄空間 的完整過程包括以下步驟
步驟A2:上層業(yè)務(wù)發(fā)來請求，要求在第n個數(shù)據(jù)頁中申請一條記錄空間。
步驟B2:按照II和Jl步驟的算法定位到該數(shù)據(jù)頁的二級位圖區(qū)首地址，按照一定算法尋找此區(qū)域第一個可用的bit,若找到即設(shè)定為1,表示 已分配，并返回成功；若沒找到轉(zhuǎn)到C2步驟。
步驟C2:向調(diào)用者返回"本頁無剩余空間"的錯誤信息
實施例3，如圖5所示，在一個典型的應(yīng)用場景中，釋放一條記錄空間 的完整過程包括以下步驟
步驟A3:上層業(yè)務(wù)發(fā)來請求，要求釋放第m個數(shù)據(jù)頁中的第n條記錄 空間。其中，m、 n為自然數(shù)。
步驟B3:按照II和Jl步驟的算法定位到該數(shù)據(jù)頁的二級位圖區(qū)首地 址，定位到第n個bit,并設(shè)定為0,表示已回收，并返回成功；若沒找到 轉(zhuǎn)到C3步驟。
步驟C3:向調(diào)用者返回"頁號或者記錄號非法"的確t誤信息。 實施例4，如圖6所示，在一個典型的應(yīng)用場景中，釋放一個數(shù)據(jù)頁的
完整過程包括以下步驟
步驟A4:上層業(yè)務(wù)發(fā)來請求，要求釋放第m個數(shù)據(jù)頁。其中，m為自然數(shù)。
步驟B4:從一級位圖首地址g開始計算，其中，g為自然數(shù)，定位到 第m個bit處，若未找到，則向調(diào)用者返回"頁號非法"的錯誤信息；否則 將此biti殳定為O，表示已回收。
步驟C4:檢查第m個bit所在的一級位圖輔助鏈表節(jié)點，如果該節(jié)點 不在鏈表中，則加入鏈表。
以上附圖及實施例詳細介紹了本發(fā)明利用二級位圖結(jié)構(gòu)對內(nèi)存數(shù)據(jù)庫 空間進行管理的方法，說明了利用二級位圖結(jié)構(gòu)，結(jié)合一個輔助鏈表來控 制數(shù)據(jù)頁和記錄的分配和回收的過程和步驟。
本發(fā)明利用二級位圖結(jié)構(gòu)，同時結(jié)合一個輔助鏈表來控制數(shù)據(jù)頁和記錄 的分配和回收的管理方法，其重要特點在于
1、位圖區(qū)是一塊物理存在的區(qū)域，該區(qū)城各部分之間沒有關(guān)聯(lián)，多個
15byte可以同時被修改，因此該機制能夠很好地支持多線程并發(fā)操作，任一 時刻均可以有多個凝:據(jù)頁和記錄區(qū)被并發(fā)地分配和釋放，這樣就徹底避免 了全鏈表架構(gòu)中同時只能有一個線程操作的問題，極大地提高了多任務(wù)性 能，這一點對于以超高性能為主要目標的內(nèi)存型數(shù)據(jù)庫來說是至關(guān)重要的。
2、 位圖機制可以用若干bit控制一個頁或者一條記錄，因此管理部分 所耗費的內(nèi)存空間極小，幾乎可以忽略不計。在一個典型的應(yīng)用場景中， 管理20GB總內(nèi)存4又需耗費12.66MB空間，即真正用于存儲數(shù)據(jù)的空間占 總空間的99.938%以上，內(nèi)存空間利用率極高。
3、 本方法可以管理的內(nèi)存空間僅僅受制于主機的內(nèi)存大小，主機支持 多大的內(nèi)存，本方法就可以管理多大內(nèi)存，而且用于控制部分的內(nèi)存占總 內(nèi)存的比例隨著總內(nèi)存的增大而降低。
4、 位運算對于任何架構(gòu)的cpu來說都是極高效的運算，而位圖管理方 式主要依靠位運算，只有極少量的鏈表操作，因此位圖管理方式的效率是 遠遠超過全鏈表方式的。
5、 本方法使用了兩級位圖，將數(shù)據(jù)頁和頁中記錄同時納入位圖管理， 在頁面層和記錄層同時避免了性能瓶頸。
6、 本方法的性能是恒定的，不管管理的空間有多大，分配和回收一個 頁或者記錄的運算次數(shù)是固定的。這意味著數(shù)據(jù)庫將具備良好的擴展性。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改，等同替換，改進等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1、一種利用位圖對內(nèi)存數(shù)據(jù)庫空間進行管理的方法，其特征在于，包括在系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)內(nèi)的以下操作步驟A、建立一級位圖區(qū)；B、建立一級位圖區(qū)輔助鏈表；C、建立二級位圖區(qū)；D、分配數(shù)據(jù)頁；E、分配記錄；F、釋放記錄；G、釋放數(shù)據(jù)頁。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述的步驟A包括按照系統(tǒng)需要管理的總內(nèi)存區(qū)大小開辟所述一級位圖區(qū)并全部初始化為未分配狀態(tài)。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟A還包括以下步驟Al、在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)配置中設(shè)定將使用m MB的內(nèi)存，其中，m為正整數(shù)；并由主機支持分配此容量的內(nèi)存；同時設(shè)定每頁的大小為pKB，其中，p為正整數(shù)；A2、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)啟動后通過開辟共享內(nèi)存分配出m MB內(nèi)存；,I設(shè)該內(nèi)存段首地址為g,其中，g為自然數(shù)；A3、計算所需要的一級位圖區(qū)大小為bl =(m*1024)/(p*8)字節(jié)；A4、在總內(nèi)存段的開頭保留bl字節(jié)的空間，作為一級位圖區(qū)，對位圖區(qū)初始化為全0。
4.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的步驟B包括建立所述一級位圖輔助鏈表并初始化，將所述一級位圖區(qū)中所有空閑bit域都記錄進來。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述的步驟C包括Cl、根據(jù)數(shù)據(jù)頁偏移地址對該頁進行初始化，記錄頁頭控制信息，并按照該頁需要存放的記錄的長度等信息估算所需要的二級位圖區(qū)長度；C2、初始化該頁的二級位圖區(qū)，將所有bit域標記為未使用。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述的步驟D包括以下步驟Dl、訪問所述一級位圖輔助鏈表的首節(jié)點，從中獲取第一個空閑的bit域，并標記為已分配；D2、檢測步驟D1中找到的bit域所在的輔助鏈表的節(jié)點，如果該節(jié)點對應(yīng)的所有bit域都為已分配狀態(tài)，則將該節(jié)點移出鏈表；D3、根據(jù)步驟D1中找到的空閑bit域的位置，計算出相應(yīng)數(shù)據(jù)頁在整個數(shù)據(jù)區(qū)中的位置偏移地址。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步驟D1包括以下步驟Dll、上層業(yè)務(wù)發(fā)來請求，申請數(shù)據(jù)頁，并指明該頁中每條記錄長度《r字節(jié)；其中，r為正整數(shù)；D12:定位到輔助鏈表首節(jié)點，若發(fā)現(xiàn)鏈表為空，則向調(diào)用者返回無空閑數(shù)據(jù)頁錯誤，否則轉(zhuǎn)下一步驟；D13:搜索首節(jié)點的第一個空閑bit，搜索到則設(shè)該bit為l,表示已占用；假設(shè)該bit是g開始的第n個bit, n為從1開始的計數(shù)自然數(shù)；檢查此節(jié)點對應(yīng)的一級位圖區(qū)是否已經(jīng)為全1，是則從鏈表摘除此節(jié)點。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步驟D3包括以下步驟D31:在數(shù)據(jù)區(qū)中定位到第n個bit對應(yīng)的數(shù)據(jù)頁首地址h, h=g+bl字節(jié)偏移+ (n-l) fp字節(jié)偏移；D32:對h偏移處的頁進行頁頭初始化，記錄必要管理信息；并計算二級位圖區(qū)長度b2;假設(shè)頁頭的長度為q字節(jié)，則b2= (p*1024-q) /(產(chǎn)8)字節(jié)；其中，q為正整數(shù)；D33:定位到h+q字節(jié)偏移處，對此后b2字節(jié)的區(qū)域初始化為全0;D34:向調(diào)用者返回成功結(jié)果和頁偏移n。
9、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟E包括El、定位到需要分配記錄的數(shù)據(jù)頁內(nèi)二級位圖區(qū)，使用一定的算法搜索到該位圖區(qū)第一個空閑的bit域，將該bit域狀態(tài)修改為已分配；E2、通過一定的算法定位到步驟El分配的bit域所對應(yīng)的記錄地址，對該i己錄進行初始4匕。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟E1包括Ell、上層業(yè)務(wù)發(fā)來請求，要求在第n個數(shù)據(jù)頁中申請一條記錄空間；E12、按照D31和D32步驟的算法定位到該數(shù)據(jù)頁的二級位圖區(qū)首地址；尋找此區(qū)域第一個可用的bit,若找到即設(shè)定為1，表示已分配，并返回成功；若沒找到轉(zhuǎn)到下一步驟；E13、向調(diào)用者返回本頁無剩余空間的錯誤信息。
11、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟F包括定位到該記錄所在的數(shù)據(jù)頁內(nèi)二級位圖區(qū)，搜索到該記錄對應(yīng)的bit域，將該bit域狀態(tài)修改為空閑。
12、 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述步驟F還包括如下Fl、上層業(yè)務(wù)發(fā)來請求，要求釋放第m個數(shù)據(jù)頁中的第n條記錄空間;其中，m為自然數(shù)；F2、定位到該數(shù)據(jù)頁的二級位圖區(qū)首地址，定位到第n個bit，并設(shè)定為0，表示已回收，并返回成功；若沒找到轉(zhuǎn)到下一步驟；F3、向調(diào)用者返回頁號或者記錄號非法的錯誤信息。
13、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟G包括Gl、根據(jù)待釋放頁的偏移地址，通過一定算法定位到該頁在一級位圖區(qū)中的對應(yīng)bit域，將該域設(shè)置為空閑；G2、檢查bit域所在的一級位圖輔助鏈表節(jié)點，如果該節(jié)點不在鏈表中，則加入鏈表。
14、 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述步驟G1包括以下步驟Gll、上層業(yè)務(wù)發(fā)來請求，要求釋放第m個數(shù)據(jù)頁；其中，m為自然數(shù)；G12、從一級位圖首地址g開始計算其中，g為自然l丈，定位到第m個bit處，若未找到，則向調(diào)用者返回頁號非法的錯誤信息；否則將此bit設(shè)定為0，表示已回收。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用位圖對內(nèi)存數(shù)據(jù)庫空間進行高效管理的方法，包括在系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)內(nèi)的以下操作步驟建立一級位圖區(qū)；建立一級位圖區(qū)輔助鏈表；建立二級位圖區(qū)；分配數(shù)據(jù)頁；分配記錄；釋放記錄；釋放數(shù)據(jù)頁。本發(fā)明方法利用二級位圖結(jié)構(gòu)，同時結(jié)合一個輔助鏈表來實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)頁和記錄的分配和回收管理。本發(fā)明徹底克服了全鏈表架構(gòu)中同時段只能有一個線程操作的問題，提高了多任務(wù)性能，內(nèi)存空間利用率高，管理內(nèi)存量大，采用位運算效率高，在頁面層和記錄層同時避免了性能瓶頸，性能恒定，數(shù)據(jù)庫具備良好的擴展性，適于在本領(lǐng)域廣泛推廣應(yīng)用。
文檔編號G06F12/02GK101676906SQ20081021619
公開日2010年3月24日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日
發(fā)明者丁奇鵬, 盧勤元, 印和平, 常二鵬 申請人:中興通訊股份有限公司