[发明专利]一种键值存储系统

说明书

本发明公开了一种键值存储系统，所述系统采用索引结构背包树，所述索引结构背包树包含三种优先级依次降低的索引节点：中间节点、叶子结点和设于叶子结点下的背包节点，所述中间节点存储索引信息，叶子节点存储索引信息和小键值对，背包节点存储大键值对，将新增键值数据存储到叶子节点和/或背包节点中，相邻键值数据存储在同一叶子节点下；本发明消除了多层日志结构树给系统带来的性能波动和停顿延时问题，解决了传统基于LSM‑Tree的设计不能很好地适应新型存储介质Optane SSD特性的问题，同时保证中间节点常驻内存，提高了系统的读写性能。

技术领域

本发明涉及数据存储领域，具体涉及一种键值存储系统。

背景技术

随着信息技术的高速发展和互联网的普及，数据量出现了飞跃式的增长，应用服务的数据存储规模和数据的访问量也随之增大，传统的关系型数据库无法满足需求，非关系型数据库应运而生。键值存储是非关系型数据库的一种典型的存储方式，键值存储系统中数据按照键值对的形式进行组织存储，由于其横向扩展的性能扩展方式，可以较好地应对现今大数据时代的需要，已经成为了现今存储行业的主流方式之一。

现今大部分键值存储系统都采用日志合并树(Log-Structured-Merge Tree，简称为LSM-Tree)存储模型，日志合并树架构提出了延迟更新和批量写入的算法，将随机写转换为批量顺序写，从而提升了系统的写入性能，但LSM-Tree由于多层结构存在严重的读写放大，并且需要维护盘上数据有序，导致系统存在性能波动、停顿延时以及高CPU占用等问题。随着Intel Optane系列产品的推出，研究人员发现新型存储介质傲腾固态硬盘Optane SSD具有高带宽、低时延、随机顺序性能相当的特点，而传统基于LSM-Tree的设计不能很好地适应新型存储介质的特性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种键值存储系统，以解决传统基于LSM-Tree的设计不能很好适应新型存储介质Optane SSD特性的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种键值存储系统，所述系统包括索引结构背包树，所述索引结构背包树包含三种优先级依次降低的索引节点：中间节点、叶子结点和设于叶子结点下的背包节点；

所述中间节点存储索引信息，所述叶子节点存储索引信息和小键值对，所述背包节点存储大键值对；将新增键值数据存储到叶子节点和/或背包节点中，相邻键值数据存储在同一叶子节点下。

可选地，所述系统还包括用于管理索引节点的内存缓存。

进一步地，当内存响应数据访问请求时，从内存缓存中读取所需数据；若所需数据不在内存中，则将所需数据从硬盘读入内存。

进一步地，所述将所需数据从硬盘读入内存，包括：

若内存充足，将所有索引节点中的数据都读入内存。

进一步地，若内存不足，按照缓存替换算法中的LRU算法将优先级较低的索引节点淘汰至硬盘，并将所需数据从硬盘读入内存。

可选地，所述中间节点存储索引信息包括：

所述中间节点存储其儿子节点的键值范围和盘上地址。

可选地，所述叶子节点中存储索引信息和小键值对包括：

所述叶子节点存储大键值对的索引信息和小键值对，所述大键值对的索引信息包括大键值对所在背包节点的盘上地址以及节点内的索引偏移；其中，所述小键值对为数据量小于预设阈值的键值对，所述大键值对为数据量大于或等于预设阈值的键值对。

可选地，所述背包节点存储大键值对包括：

每个叶子节点下设的背包节点存储该叶子节点对应的大键值对。