LevelDB的整体架构与空间谱估计算法解析
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更新于2024-08-07
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"王永良的‘整体架构-空间谱估计算法及应用’讲座主要讲解了leveldb的架构和核心组件,包括memtable、immutable memtable、log(journal)、sstable、manifest和current。内容涵盖日志、内存数据库、sstable文件格式及其组成部分,以及缓存和布隆过滤器等重要概念。此外,还提到了LSM树的原理,强调了leveldb以牺牲部分读取性能来优化写入性能的设计理念。"
在leveldb的架构中,有几个关键组件扮演着重要角色:
1. **memtable**:这是leveldb数据最初被写入的地方,它是一个内存中的数据结构,按照用户指定的排序规则存储数据。当memtable达到一定容量(默认4MB)时,会转为不可变的memtable,并创建新的memtable,保证写入操作的连续性。memtable内部采用跳表数据结构,提供高效的查找和插入操作。
2. **immutable memtable**:不可变的memtable在内存中保持不变,直到被合并到sstable。
3. **log(journal)**:日志文件记录了所有写操作,用于在系统崩溃后恢复未持久化的数据。日志结构包括日志头部、日志内容和日志写入与读取操作的细节。
4. **sstable(Sorted String Table)**:是磁盘上的持久化数据结构,由多个data blocks、filter blocks、metaindex block、index block和footer组成,它们共同保证了数据的检索和访问效率。
5. **manifest**:包含了leveldb的元数据信息,记录了sstable的级别、起始和结束键等,是版本控制的关键。
6. **current**:指向当前活跃的manifest文件,简化了版本管理。
leveldb的读写操作:
- **写操作**:数据首先写入memtable,然后被持久化到日志文件,当memtable满时,数据会被写入到sstable。
- **读操作**:首先在memtable和sstable中查找,如果找不到,可能需要触发compaction过程来合并旧的sstable,优化读取性能。
**LSM树**:leveldb基于LSM树设计,其主要思想是通过批量合并小的随机写入到磁盘,减少对磁盘的随机访问,以提高写入速度。这可能导致读取时需要进行更多的磁盘扫描,但总体上优化了写性能。
**缓存系统**:leveldb使用缓存来加速读取,包括LRU缓存策略,能够存储最近或最常访问的数据,提高整体性能。
**布隆过滤器**:用于减少不必要的磁盘读取,通过概率性的判断数据是否存在,减少了无效的I/O操作。
**compaction**:定期执行的合并过程,将多个较小的sstable合并成更大的文件,同时删除过期或已删除的数据,保持数据结构的紧凑和高效。
**版本控制**:通过manifest、commit和recover等机制管理不同版本的数据,确保数据一致性。
leveldb的架构设计是围绕高写入性能展开的,通过一系列巧妙的数据结构和算法,如LSM树、memtable、sstable、缓存和compaction,实现了高效的数据存储和检索。
2018-07-19 上传
2019-03-02 上传
2019-08-20 上传
2023-06-21 上传
2023-06-07 上传
2023-07-24 上传
2023-05-15 上传
2024-09-09 上传
2024-09-09 上传
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