内存数据库技术及其应用研究(4)
存取操作；在主存数据库系统中，数据长期驻留于主存，作为主拷贝，而磁盘上
的备份只用于转存和恢复。[2]
当然，在以上两种情形下，一个给定的对象可以同
时存在于主存和磁盘两处，但两者具有根本性差别：在内存数据库中，主存中的
数据是作为主拷贝的，这也就意着在对数据的组织和存取上，两者有着根本的
不同。[3]
需要指出的是，传统的磁盘数据库即使缓冲区足够大，以致可以容纳所有数
据也不能算是一个主存数据库。因为它是针对磁盘特性、在数据库常驻磁盘的假
定下设计的。[4]
例如，索引结构还是针对磁盘存取的，数据的存取仍必须经过缓
冲区管理等。 内存数据库的组织与管理要求新的适于内存特点的数据结构和算法，
对于数据的组织与安置、数据库存取、内外存数据交换、查询处理及优化、并发
控制及数据库恢复都需要研究新的策略与机制。
2.2 内存数据库的关键技术
内存数据库与磁盘数据库（Disk-Resident Database，DRDB）最主要的区别就
是数据主版本的驻留位置不同，前者驻留在内存，后者驻留在磁盘。因此，在访
问速度上，内存数据库与磁盘数据库相比有着很大的提高。[5]
然而，两者的差别
不仅在于此，更在于其体系结构的不同。由于内存与磁盘在访问速度、易失性、
访问模式等方面存在很大的差异， 传统的以磁盘读写最优的磁盘数据库的设计已
经不再适用于内存数据库，两者从数据存储、索引结构到并发控制、查询优化都
有着质的不同，详细比较如下表： 索引结构 T树索引、hash索引 B 树索引、hash索引
并发控制 采用封锁机制、多版本等方式，采用
较大粒度的锁，如库级锁、表级锁
采用封锁机制、时间戳、多版本等方
式，支持多粒度和多种类型的锁
恢复机制 备份、日志和检查点技术。采用预提
交、组提交等提交方式；用稳定内存
来存储日志记录
采用备份、日志、检查点、保存点等
技术
查询优化 基于处理器代价以及 cache代价，优
化简单
基于 I/O 代价、磁盘访问代价，优化
复杂
2.2.1 存储方式
数据库存储一般采用的存储模型有两种：行存储模型 （N-ary Storage Model，
NSM）和列存储模型（Decomposition Storage Model，DSM） 。前者查询处理读取
完整的元组，后者垂直划分并连续存放，具有较高效率。随着查询属性的增加，
需要连接多个划分， 会导致性能的下降。 [6]
磁盘数据库一般采用NSM 存储数据，
内存数据库系统一般会同时采用这两种存储模型。
主存数据库中的存储通常采用分级结构， 同时强调元数据与数据应区分组织，
以保证数据的安全。以 IBM 的内存数据库系统 Starburst 为例，存储模型分为经
典的两层结构：段（Segment）和分区（Partition） 。[7]
段是可变长的，每段由一
个或多个长度固定的分区组成，但并不要求这些分区在空间上的连续。分区时内
存基本的分配回收单元， 长度固定。一个分区主要由两部分组成， 其中Free space
存放记录插槽，Heap space 存放分区控制信息和记录本身。[8]
其概念图如下图所
示： 图 2.1
在主存数据库系统中，广泛使用了现代操作系统的共享内存机制。数据库系
统初始化时先将整个工作数据库装入一片空白共享内存区，运行时，应用进程可
以将整个数据库或一部分映射到自己的虚地址空间进行直接访问。 因为关系和索
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