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Dissertation

Autor(en): Frank Huber
Titel: Anfragebearbeitung auf Mehrkern-Rechnerarchitekturen
Gutachter: Johann-Christoph Freytag; Volker Markl; Wolfgang Lehner
Erscheinungsdatum: 24.05.2012
Volltext: pdf (urn:nbn:de:kobv:11-100202166)
Fachgebiet(e): Informatik
Schlagwörter (ger): Datenbank, Anfragebearbeitung, Multicore, Parallel
Schlagwörter (eng): database, multicore, parallel, query execution
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät II
Lizenz: Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung (CC BY NC ND)
Zitationshinweis: Huber, Frank: Anfragebearbeitung auf Mehrkern-Rechnerarchitekturen; Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät II , publiziert am 24.05.2012, urn:nbn:de:kobv:11-100202166
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Abstract (ger):
Der Trend zu immer mehr parallelen Recheneinheiten innerhalb eines Prozessors stellt an die Softwareentwicklung neue Herausforderungen. Um die vorhandenen Ressourcen auszulasten und die stetige Steigerung der Parallelität in einen Leistungszuwachs umzusetzen, muss Software von der sequentiellen Verarbeitung in eine hochgradig parallele Verarbeitung übergehen. Diese Arbeit untersucht, wie solch eine parallele Verarbeitung in Bezug auf Relationale Datenbankmanagementsysteme umzusetzen ist. Dazu wird zunächst der gesamte Prozess der Anfragebearbeitung betrachtet und vier Problembereiche identifiziert, die für das Ziel der parallelen Anfragebearbeitung auf Mehrkern-Rechnerarchitekturen maßgeblich sind. Diese Bereiche sind die Hardware selbst, das physische Datenmodell sowie die Anfrageausführung und -optimierung. Diese vier Bereiche werden innerhalb eines Rahmenwerkes betrachtet. Nach einer Einführung, wird sich die Arbeit zunächst mit Grundlagen befassen. Dazu werden die Hardwarebestandteile Speicher und Prozessor betrachtet und ihre Funktionsweise erläutert. Auf diesem Wissen aufbauend, wird ein Hardwaremodell definiert. Es ermöglicht eine von der jeweiligen Hardwarearchitektur unabhängige Softwareentwicklung, ohne den Verlust an Funktionalität und Leistung. Im Weiteren wird das physische Datenmodell untersucht und analysiert, wie das physische Datenmodell eine optimale Anfrageausführung unterstützen kann. Die verwendeten Datenstrukturen müssen dafür einen effizienten und parallelen Zugriff erlauben. Die Analyse führt zur Entwicklung eines neuartigen Indexes, der die datenparallele Abarbeitung nutzt. Gefolgt wird dieser Teil von der Anfrageausführung, in der ein neues Anfrageausführungsmodell entwickelt wird, das auf der Verwendung des Taskkonzepts beruht und eine hohe und sehr leicht gewichtige Parallelität erlaubt. Den Abschluss stellt die Anfrageoptimierung dar, worin verschiedene Ideen für die Optimierung der Ressourcenverwaltung präsentiert werden.
Abstract (eng):
The upcoming generation of many-core architectures poses several new challenges for software development: Software design and software implementation has to change from sequential execution to a highly parallel execution, such that it takes full advantage of the steadily growing number of cores on a single processor. With this thesis, we investigate such highly parallel program execution in the context of relational database management systems (RDBMSs). We consider the complete process of query processing and identify four problem areas which are crucial for efficient parallel query processing on many-core architectures. These four areas are: Hardware, physical data model, query execution, and query optimization. Furthermore, we present a framework which covers all four parts, one after another. First, we give a detailed survey of computer hardware with a special focus on memory and processors. Based on this survey we propose a hardware model. Our abstraction aims to simplify the task of software development on many-core hardware. Based on the hardware model, we investigate physical data models and evaluate how the physical data model may support optimal query execution by providing efficient and parallelizable data structures. Additionally, we design a new index structure that utilizes data parallel execution by using SIMD operations. The next layer within our framework is query execution, for which we present a new task based query execution model. Our query execution model allows for a lightweight parallelism. Finally, we cover query optimization by explaining approaches for optimizing resource utilization on a query local point of view as well as query global point of view.
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Generiert am 22.07.2014, 17:32:05