<<

Fractal Prefetching B · -Trees:

Optimizing Both Cache and Disk Performance Ü

Shimin Chen, Phillip B. Gibbons Ý , Todd . Mowry, and Gary Valentin Ü School of Ý Information Sciences Research Center DB2 UDB Development Team Carnegie Mellon University Bell Laboratories IBM Toronto Lab

Pittsburgh, PA 15213 Murray Hill, NJ 07974£ Markham, Ontario, Canada L6G 1C7 g fchensm,tcm @cs.cmu.edu [email protected]

ABSTRACT

·

B ¹ÌÖee× haÚe b eeÒ ØÖadiØiÓÒaÐÐÝ ÓÔØiÑiÞed fÓÖ Á»Ç Ô eÖfÓÖ¹

ÑaÒce ÛiØh di×k Ôage× a× ØÖee ÒÓ de׺ ÊeceÒØÐݸ Öe×eaÖcheÖ×

·

haÚe ÔÖÓÔ Ó×ed ÒeÛ ØÝÔ e× Óf B ¹ÌÖee× ÓÔØiÑiÞed fÓÖ CÈÍ

cache Ô eÖfÓÖÑaÒce iÒ ÑaiÒ ÑeÑÓÖÝ eÒÚiÖÓÒÑeÒØ׸ ÛheÖe Øhe

ØÖee ÒÓ de ×iÞe× aÖe ÓÒe ÓÖ a feÛ cache ÐiÒe׺ ÍÒfÓÖØÙÒaØeÐݸ

dÙe ÔÖiÑaÖiÐÝ ØÓ Øhi× ÐaÖge di×cÖeÔaÒcÝ iÒ ÓÔØiÑaÐ ÒÓ de ×iÞe׸

·

eÜi×ØiÒg di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee× ×Ù«eÖ fÖÓÑ Ô Ó ÓÖ cache Ô eÖ¹

·

fÓÖÑaÒce ÛhiÐe cache¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee× eÜhibiØ Ô Ó ÓÖ di×k

FigÙÖe ½: ËeÐf¹×iÑiÐaÖ \ØÖee ÛiØhiÒ a ØÖee" ×ØÖÙcØÙÖe

Ô eÖfÓÖÑaÒceº ÁÒ Øhi× ÔaÔ eÖ¸ Ûe ÔÖÓÔ Ó×e fÖacØaÐ ÔÖefeØch¹

· ·

iÒg B ¹ÌÖee× ´fÔB ¹ÌÖee×µ¸ ÛhicheÑb ed \cache¹ÓÔØiÑiÞed"

ØÖee× ÛiØhiÒ \di×k¹ÓÔØiÑiÞed" ØÖee׸ iÒ ÓÖdeÖ ØÓ ÓÔØiÑiÞe

CÈÍ cache Ô eÖfÓÖÑaÒce bÝ ÑiÒiÑiÞiÒg Øhe iÑÔacØ Óf cache

·

b ÓØh cache aÒd Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒceº Ïe de×igÒ aÒd eÚaÐÙaØe

Ñi××e׺ Ìhe×e \cache¹ÓÔØiÑiÞed" B ¹ÌÖee× aÖe cÓÑÔ Ó×ed Óf

½

ØÛÓ aÔÔÖÓache× ØÓ bÖeakiÒg di×k Ôage× iÒØÓ cache¹ÓÔØiÑiÞed

ÒÓ de× Øhe ×iÞe Óf a cache ÐiÒe |iºeº¸ Øhe ÒaØÙÖaÐ ØÖaÒ×feÖ ×iÞe

ÒÓ de×: di×k¹¬Ö×Ø aÒd cache¹¬Ö×غ Ìhe×e aÔÔÖÓache× aÖe ×ÓÑe¹

fÓÖ ÖeadiÒg ÓÖ ÛÖiØiÒg ØÓ ÑaiÒ ÑeÑÓÖݺ

·

ÛhaØ bia×ed iÒ faÚÓÖ Óf ÑaÜiÑiÞiÒg di×k aÒd cache Ô eÖfÓÖ¹

ÍÒfÓÖØÙÒaØeÐݸ B ¹ÌÖee× ÓÔØiÑiÞed fÓÖ di×k ×Ù«eÖ fÖÓÑ

·

ÑaÒce¸ Öe×Ô ecØiÚeÐݸ a× deÑÓÒ×ØÖaØed bÝ ÓÙÖ Öe×ÙÐØ׺ BÓØh

Ô Ó ÓÖ CÈÍ cache Ô eÖfÓÖÑaÒce¸ aÒd B ¹ÌÖee× ÓÔØiÑiÞed fÓÖ

·

iÑÔÐeÑeÒØaØiÓÒ× Óf fÔB ¹ÌÖee× achieÚe dÖaÑaØicaÐÐÝ b eØØeÖ

cache ×Ù«eÖ fÖÓÑ Ô Ó ÓÖ Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒceº Ìhi× i× ÔÖiÑaÖiÐÝ

·

cache Ô eÖfÓÖÑaÒce ØhaÒ di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee×: a facØÓÖ

b ecaÙ×e Óf Øhe ÐaÖge di×cÖeÔaÒcÝ iÒ ÒÓ de ×iÞe×: di×k Ôage× aÖe

Óf ½º½ß½º8 iÑÔÖÓÚeÑeÒØ fÓÖ ×eaÖch¸ ÙÔ ØÓ a facØÓÖ Óf 4º¾ iѹ

ØÝÔicaÐÐÝ 4ÃBß64ÃB ÛhiÐe cache ÐiÒe× aÖe ÓfØeÒ ¿¾Bß½¾8B¸

·

ÔÖÓÚeÑeÒØ fÓÖ ÖaÒge ×caÒ׸ aÒd ÙÔ ØÓ a ¾¼¹fÓÐd iÑÔÖÓÚe¹

deÔ eÒdiÒg ÓÒ Øhe ×Ý×ØeѺ ÌhÙ× eÜi×ØiÒg di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹

ÑeÒØ fÓÖ ÙÔ daØe׸ aÐÐ ÛiØhÓÙØ ×igÒi¬caÒØ degÖadaØiÓÒ Óf Á»Ç

ÌÖee× ×Ù«eÖ aÒ eÜce××iÚeÒÙÑb eÖ Óf cache Ñi××e× ØÓ ×eaÖchiÒ

·

Ô eÖfÓÖÑaÒceº ÁÒ addiØiÓÒ¸ fÔB ¹ÌÖee× acceÐeÖaØe Á»Ç Ô eÖ¹

a ´ÐaÖgeµ ÒÓ de¸ Ûa×ØiÒg ØiÑe aÒd fÓÖciÒg Øhe eÚicØiÓÒ Óf Ù×e¹

fÓÖÑaÒce fÓÖ ÖaÒge ×caÒ× bÝ Ù×iÒg jÙÑÔ¹Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝ× ØÓ

fÙÐ daØa fÖÓÑ Øhe cacheº ÄikeÛi×e¸ eÜi×ØiÒg cache¹ÓÔØiÑiÞed

·

ÔÖefeØch Ðeaf Ôage׸ ØheÖebÝachieÚiÒg a ×Ô eed¹ÙÔ Óf ¾º5ß5

B ¹ÌÖee׸ iÒ ×eaÖchiÒg fÖÓÑ Øhe ÖÓ ÓØ ØÓ Øhe de×iÖed Ðeaf¸

ÓÒ ÁBÅ³× DB¾ ÍÒiÚeÖ×aÐ DaØaba×eº

ÑaÝ feØch a di×ØiÒcØ Ôage fÓÖ each ÒÓ de ÓÒ Øhi× ÔaØhº Ìhi×

i× a ×igÒi¬caÒØ Ô eÖfÓÖÑaÒce Ô eÒaÐØݸ fÓÖ Øhe ×ÑaÐÐeÖ ÒÓ de×

·

he¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee× iÑÔÐÝ ÑÙch deeÔ eÖ ØÖee× ØhaÒ

1. INTRODUCTION Óf cac

·

iÒ Øhe di×k¹ÓÔØiÑiÞed ca×e× ´eºgº¸ ØÛice a× deeÔµº Ìhe Á»Ç

Ìhe B ¹ÌÖee i× a ÙbiÕÙiØÓÙ× ×ØÖÙcØÙÖe fÓÖ iÒdeÜiÒg di×k¹

Ô eÒaÐØÝ fÓÖ ÖaÒge ×caÒ× ÓÒ ÒÓÒcÐÙ×ØeÖed iÒdeÜe× Óf cache¹

Öe×ideÒØ daØaº ÁØ ÔÖÓÚide× ba×ic iÒdeÜ ÓÔ eÖaØiÓÒ× ×Ùch a×

ÓÔØiÑiÞed ØÖee× i× eÚeÒ ÛÓÖ×e: a di×ØiÒcØ Ôage ÑaÝ b e feØched

×eaÖch¸ ÖaÒge ×caÒ¸ iÒ×eÖØiÓÒ aÒd deÐeØiÓÒ¸ ÛhiÐe ÑiÒiÑiÞ¹

fÓÖ each Ðeaf ÒÓ de iÒ Øhe ÖaÒge¸ iÒcÖea×iÒg Øhe ÒÙÑb eÖ Óf di×k

iÒg Øhe ÒÙÑbeÖ Óf di×k acce××e׺ ÌÓ ÓÔØiÑiÞe Á»Ç Ô eÖfÓÖ¹

·

acce××e× bÝ Øhe ÖaØiÓ Óf Øhe ÒÓ de ×iÞe× ´eºgº¸ a facØÓÖ Óf 5¼¼µº

ÑaÒce¸ ØÖadiØiÓÒaÐ \di×k¹ÓÔØiÑiÞed" B ¹ÌÖee× aÖe cÓÑÔ Ó×ed

Óf ÒÓ de× Øhe ×iÞe Óf a di×k Ôage|iºeº¸ Øhe ÒaØÙÖaÐ ØÖaÒ×feÖ

·

ÊeceÒØÐݸ ×eÚeÖaÐ ×ØÙd¹

×iÞe fÓÖ ÖeadiÒg ÓÖ ÛÖiØiÒg ØÓ di×kº 1.1 Our Approach: Fractal Prefetching B -Trees

·

ie× [5¸ 6¸ ½9] haÚe cÓÒ×ideÖed B ¹ÌÖee ÚaÖiaÒØ× fÓÖ iÒdeܹ

ÁÒ Øhi× ÔaÔ eÖ¸ Ûe ÔÖÓÔ Ó×e aÒd eÚaÐÙaØe FÖacØaÐ ÈÖefeØch¹

· · ·

iÒg ÑeÑÓÖݹÖe×ideÒØ daØaº Ìhe×e ×ØÙdie× ÔÖe×eÒØ ÒeÛ ØÝÔ e×

iÒg B ¹ÌÖee× ´fÔB ¹ÌÖee×µ¸ Ûhich aÖe a ÒeÛ ØÝÔeÓfB ¹ÌÖee

· · ·

Óf B ¹ÌÖee×|cache¹×eÒ×iØiÚe B ¹ÌÖee× [½9]¸ ÔaÖØiaйkeÝ B ¹

ØhaØ ÓÔØiÑiÞe× bÓØh cache aÒd Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒceº ÁÒ a ÒÙع

·

·

ÌÖee× [5]¸ aÒd ÔÖefeØchiÒg B ¹ÌÖee× [6]|ØhaØ ÓÔØiÑiÞe fÓÖ

×heÐи aÒ fÔB ¹ÌÖee i× a ×iÒgÐe iÒdeÜ ×ØÖÙcØÙÖe ØhaØ caÒ b e

ÚieÛed aØ ØÛÓ di«eÖeÒØ gÖaÒÙÐaÖiØie×: aØ a cÓaÖ×e gÖaÒÙÐaÖ¹

£

CÙÖÖeÒØ aÆÐiaØiÓÒ: ÁÒØeÐ Êe×eaÖch ÈiØØ×bÙÖgh¸ 4½7 ËÓÙØh CÖaig Ëغ¸

iØݸ iØ cÓÒØaiÒ× di×k¹ÓÔØiÑiÞed ÒÓ de× ØhaØ aÖe ÖÓÙghÐÝ Øhe

ÈiØØ×bÙÖgh¸ ÈA ½5¾½¿ ÔhiÐ ÐiÔºbºgibbÓÒ×@iÒØeкcÓÑ

×iÞe Óf a di×k Ôage¸ aÒd aØ a ¬Òe gÖaÒÙÐaÖiØݸ iØ cÓÒØaiÒ×

he¹ÓÔØiÑiÞed ÒÓ de× ØhaØ aÖe ÖÓÙghÐÝ Øhe ×iÞe Óf a cache

Permission to make digital or hard copies of all or part of this work for cac

·

ÐiÒeº Ïe ÖefeÖ ØÓ a fÔB Öee a× b eiÒg \fÖacØaÐ" b ecaÙ×e Óf personal or classroom use is granted without fee provided that copies are ¹Ì

not made or distributed for profit or commercial advantage and that copies iØ× ×eÐf¹×iÑiÐaÖ \ØÖee ÛiØhiÒ a ØÖee" ×ØÖÙcØÙÖe¸ a× iÐÐÙ×ØÖaØed

FigÙÖe ½º Ìhe cache¹ÓÔØiÑiÞed a×Ô ecØ i× ÑÓ deÐed afØeÖ

bear this notice and the full citation on the first page. To copy otherwise, to iÒ

·

ÔÖefeØchiÒg B ¹ÌÖee× ØhaØ Ûe ÔÖÓÔ Ó×ed eaÖÐieÖ [6]¸ Ûhich republish, to post on servers or to redistribute to lists, requires prior specific Øhe

permission and/or a fee.

½ ·

ÔÖefeØchiÒg B ¹ÌÖee× [6]¸ Øhe ÒÓ de× aÖe ×eÚeÖaÐ cache

ACM SIGMOD ’2002 June 4-6, Madison, Wisconsin, USA ÁÒ Øhe ca×e Óf ÐiÒe× Ûideº

Copyright 2002 ACM 1-58113-497-5/02/06 ...°5.00.

ÛeÖe ×hÓÛÒ ØÓ haÚe Øhe b e×Ø ÑaiÒ ÑeÑÓÖÝ Ô eÖfÓÖÑaÒce fÓÖ ×iÞe ÛheÒ cÓÒ×ideÖiÒg bÙ«eÖ cache Ô eÖfÓÖÑaÒce¸ fÓÖ di×k¹

·

¬Üed¹×iÞe keÝ׺ ´Ïe ÒÓØe¸ hÓÛeÚeÖ¸ ØhaØ Øhi× geÒeÖaÐ aÔ¹ Öe×ideÒØ daØaº ÄÓÑeØ³× ÖeceÒØ ×ÙÖÚeÝ Óf B ¹ÌÖee ØechÒiÕÙe× [½6]

·

ÔÖÓach caÒ b e aÔÔÐied ØÓ aÒÝ cache¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖeeºµ ÁÒ ÑeÒØiÓÒed Øhe idea Óf iÒØÖa¹ÒÓ de ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg: iºeº¸ ÔÐac¹

·

a ÔÖefeØchiÒg B ¹ÌÖee¸ ÒÓ de× aÖe ×eÚeÖaÐ cache ÐiÒe× Ûide iÒg a ×ÑaÐÐ aÖÖaÝ iÒ a feÛ cache ÐiÒe× Óf Øhe Ôage ØhaØ iÒdeÜe×

´eºgº¸ 8|Øhe eÜacØ ÒÙÑbeÖ i× ØÙÒed accÓÖdiÒg ØÓ ÚaÖiÓÙ× Øhe ÖeÑaiÒiÒg keÝ× iÒ Øhe Ôageº ÏhiÐe iØ aÔÔ eaÖ× ØhaØ Øhi×

ÑeÑÓÖÝ ×Ý×ØeÑ ÔaÖaÑeØeÖ×µ¸ aÒd ÔÖefeØchiÒg i× Ù×ed ×Ó ØhaØ idea had ÒÓØ b eeÒ ÔÙÖ×Ùed iÒ aÒÝ deØaiÐ b efÓÖe¸ Ûe cÓÑÔaÖe

·

Øhe ØiÑe ØÓ feØch a ÒÓ de i× ÒÓØ ÑÙch ÐÓÒgeÖ ØhaÒ Øhe deÐaÝ iØ× Ô eÖfÓÖÑaÒce agaiÒ×Ø fÔB ¹ÌÖee× ÐaØeÖ iÒ ÓÙÖ eÜÔ eÖiÑeÒ¹

fÓÖ a ×iÒgÐe cache Ñi×׺ ØaÐ Öe×ÙÐØ׺ Ïe Ób×eÖÚe ØhaØ ÛhiÐe ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg achieÚe×

·

Ïe de×igÒ aÒd eÚaÐÙaØe ØÛÓ aÔÔÖÓache× ØÓ iÑÔÐeÑeÒØiÒg gÓ Ó d ×eaÖch Ô eÖfÓÖÑaÒce ´ÓfØeÒ cÓÑÔaÖabÐe ØÓ fÔB ¹ÌÖee×µ¸

·

fÔB ¹ÌÖee×: ´iµ di×k¹¬Ö×Ø aÒd ´iiµ cache¹¬Ö×غ ÁÒ Øhe di×k¹ iØ ×Ù«eÖ× fÖÓÑ Ô Ó ÓÖ ÙÔ daØe Ô eÖfÓÖÑaÒceº A× ÔaÖØ Óf fÙØÙÖe

·

¬Ö×Ø aÔÔÖÓach¸ Ûe ×ØaÖØ ÛiØh a di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee¸ bÙØ diÖecØiÓÒ׸ ÄÓÑeØ [½6] ha× iÒdeÔ eÒdeÒØÐÝ adÚÓ caØed bÖeak¹

·

ØheÒ ÓÖgaÒiÞe Øhe keÝ× aÒd Ô ÓiÒØeÖ× ÛiØhiÒ each Ôage¹×iÞed iÒg ÙÔ B ¹ÌÖee di×k Ôage× iÒØÓ cache¹fÖieÒdÐÝ ÙÒiØ׸ Ô ÓiÒع

ÒÓ de a× a ×ÑaÐÐ ØÖeeº Ìhi× iÒ¹Ôage ØÖee i× a ÚaÖiaÒØ Óf Øhe iÒg ÓÙØ Øhe chaÐÐeÒge× Óf ¬ÒdiÒg aÒ ÓÖgaÒiÞaØiÓÒ ØhaØ ×ØÖike×

·

ÔÖefeØchiÒg B ¹ÌÖeeº ÌÓ Ôack ÑÓÖe keÝ× aÒd Ô ÓiÒØeÖ× iÒØÓ a gÓ Ó d baÐaÒce b eØÛeeÒ ×eaÖch aÒd iÒ×eÖØiÓÒ Ô eÖfÓÖÑaÒce¸

·

aÒ iÒ¹Ôage ØÖee¸ Ûe Ù×e ×hÓÖØ iÒ¹Ôage Ó«×eØ× ÖaØheÖ ØhaÒ fÙÐÐ ×ØÓÖage ÙØiÐiÞaØiÓÒ¸ aÒd ×iÑÔÐiciØݺ Ïe b eÐieÚe ØhaØ fÔB ¹

Ô ÓiÒØeÖ× iÒ aÐÐ bÙØ Øhe Ðeaf ÒÓ de× Óf aÒ iÒ¹Ôage ØÖeeº Ïe aÐ×Ó ÌÖee× achieÚe Øhi× baÐaÒceº GÖaefe aÒd ÄaÖ×ÓÒ [½½] ÔÖe×eÒØed

×hÓÛ Øhe adÚaÒØage× Óf Ù×iÒg di«eÖeÒØ ×iÞe× fÓÖ Ðeaf ÚeÖ×Ù× a ×ÙÖÚeÝ Óf ØechÒiÕÙe× fÓÖ iÑÔÖÓÚiÒg Øhe CÈÍ cache Ô eÖfÓÖ¹

·

ÒÓÒ¹Ðeaf ÒÓ de× iÒ aÒ iÒ¹Ôage ØÖeeº ÁÒ cÓÒØÖa×ظ Øhe cache¹ ÑaÒce Óf B ¹ÌÖee iÒdeÜe׺ ÌheÝ di×cÙ××ed a ÒÙÑb eÖ Óf Øech¹

·

¬Ö×Ø aÔÔÖÓach ×ØaÖØ× ÛiØh a cache¹ÓÔØiÑiÞed ÔÖefeØchiÒg B ¹ ÒiÕÙe׸ ×Ùcha×keÝ cÓÑÔÖe××iÓÒ¸ ØhaØ aÖe cÓÑÔÐeÑeÒØaÖÝ ØÓ

·

ÌÖee ´igÒÓÖiÒg di×k Ôage b ÓÙÒdaÖie×µ¸ aÒd ØheÒ aØØeÑÔØ× ØÓ ÓÙÖ ×ØÙdݸ aÒd cÓÙÐd b e iÒcÓÖÔ ÓÖaØed iÒØÓ fÔB ¹ÌÖee׺ BeÒ¹

·

gÖÓÙÔ ØÓgeØheÖ Øhe×e ×ÑaÐÐeÖ ÒÓ de× iÒØÓ Ôage¹×iÞed ÒÓ de× deÖ eØ aк [4] ÔÖe×eÒØ a ÖecÙÖ×iÚeB ¹ÌÖee ×ØÖÙcØÙÖe ØhaØ i×

ØÓ ÓÔØiÑiÞe di×k Ô eÖfÓÖÑaÒceº ËÔ eci¬caÐÐݸ Øhe cache¹¬Ö×Ø a×ÝÑÔØÓØicaÐ ÐÝ ÓÔØiÑaи ÖegaÖdÐe×× Óf Øhe cache ÐiÒe ×iÞe× aÒd

aÔÔÖÓach ×eek× ØÓ ÔÐace a ÔaÖeÒØ aÒd iØ× chiÐdÖeÒ ÓÒ Øhe di×k Ôage ×iÞe׸ bÙØ a××ÙÑiÒg ÒÓ ÔÖefeØchiÒgº

×aÑe Ôage¸ aÒd ØÓ ÔÐace adjaceÒØ Ðeaf ÒÓ de× ÓÒ Øhe ×aÑe

ÅaiÒØaiÒiÒg b ÓØh ×ØÖÙcØÙÖe× a× ÒeÛ keÝ× aÖe added

Ôageº 1.3 Contributions of This Paper

aÒd ÒÓ de× ×ÔÐiØ Ô Ó×e× ÔaÖØicÙÐaÖ chaÐÐeÒge׺ Ïe ÛiÐÐ ×hÓÛ

Ìhi× ÔaÔ eÖ Ñake× Øhe fÓÐÐÓÛiÒg cÓÒØÖibÙØiÓÒ׺ FiÖ×ظ Ûe

· ·

hÓÛ ØÓ ÔÖÓ ce×× iÒ×eÖØiÓÒ× aÒd deÐeØiÓÒ× eÆcieÒØÐÝ iÒ b ÓØh

ÔÖÓÔ Ó×e aÒd eÚaÐÙaØe FÖacØaÐ ÈÖefeØchiÒg B ¹ÌÖee× ´fÔB ¹

·

di×k¹¬Ö×Ø aÒd cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee׺ Ïe ×eÐecØ Øhe ÓÔØiÑaÐ

ÌÖee×µ a× a ÒÓÚeÐ iÒdeÜ ×ØÖÙcØÙÖe ØhaØ ÓÔØiÑiÞe× b ÓØh cache

ÒÓ de ×iÞe× iÒ b ÓØh aÔÔÖÓache× ØÓ ÑaÜiÑiÞe Øhe ÒÙÑbeÖ Óf

aÒd di×k Ô eÖfÓÖÑaÒce ×iÑÙÐØaÒeÓÙ×Ðݺ ËecÓÒd¸ Ûe ÔÖe×eÒØ

eÒØÖÝ ×ÐÓØ× iÒ a Ðeaf Ôage ÛhiÐe aÒaÐÝØicaÐÐÝ achieÚiÒg ×eaÖch

deØaiÐed aÒaÐÝ×i× Óf Øhe fÙÒdaÑeÒØaÐ ØÖadeÓ«× b eØÛeeÒ Øhe

·

cache Ô eÖfÓÖÑaÒce ÛiØhiÒ ½¼± Óf Øhe b e×غ

di×k¹¬Ö×Ø aÒd Øhe cache¹¬Ö×Ø iÑÔÐeÑeÒØaØiÓÒ× Óf fÔB ¹ÌÖee׺

ÁdeaÐÐݸ b ÓØh Øhe di×k¹¬Ö×Ø aÒd Øhe cache¹¬Ö×Ø aÔÔÖÓache×

ÏhiÐe Øhe Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf each Óf Øhe×e iÑÔÐeÑeÒØaØiÓÒ×

ÛÓÙÐd achieÚe ideÒØicaÐ daØa ÐaÝÓÙØ׸ aÒd heÒce eÕÙiÚaÐeÒØ

ÖeÑaiÒ× ×ÐighØÐÝ bia×ed ØÓÛaÖd iØ× ÓÖigiÒaÐ gÓaи b ÓØh ÚeÖ¹

·

cache aÒd Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒceº ÁÒ ÔÖacØice¸ hÓÛeÚeÖ¸ Øhe Ñi×¹

×iÓÒ× Óf fÔB ¹ÌÖee× iÑÔÖÓÚe ÙÔ ÓÒ Øhe cache Ô eÖfÓÖÑaÒce

·

ÑaØch ØhaØ aÐÑÓ×Ø aÐÛaÝ× Ó ccÙÖ× b eØÛeeÒ Øhe ×iÞe Óf a cache¹

Óf di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee× ´ÛiØhÓÙØ ×igÒi¬caÒØÐÝ degÖadiÒg

ÓÔØiÑiÞed ×ÙbØÖee aÒd Øhe ×iÞe Óf a di×k Ôage ´iÒ addiØiÓÒ

Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒceµ a× fÓÐÐÓÛ×: ´iµ a facØÓÖ Óf ½º½ß½º8 iÑÔÖÓÚe¹

ØÓ ÓØheÖ iÑÔÐeÑeÒØaØiÓÒ deØaiÐ× ×Ùch a× fÙÐÐ Ô ÓiÒØeÖ× ÚeÖ×Ù×

ÑeÒØ fÓÖ ×eaÖch; ´iiµ ÙÔ ØÓ a facØÓÖ Óf 4º¾ iÑÔÖÓÚeÑeÒØ fÓÖ

Ôage Ó«×eØ×µ caÙ×e× Øhe di×k¹¬Ö×Ø aÒd cache¹¬Ö×Ø aÔÔÖÓache×

ÖaÒge ×caÒ×; aÒd ´iiiµ ÙÔ ØÓ a ¾¼¹fÓÐd iÑÔÖÓÚeÑeÒØ fÓÖ ÙÔ¹

ØÓ b e ×ÐighØÐÝ bia×ed iÒ faÚÓÖ Óf di×k aÒd cache Ô eÖfÓÖÑaÒce¸

daØe׺ ÌhiÖd¸ Ûe ÔÖe×eÒØ Øhe ¬Ö×Ø deØaiÐed eÚaÐÙaØiÓÒ Óf

Öe×Ô ecØiÚeÐݺ De×ÔiØe Øhe×e ×ÐighØ di×ÔaÖiØie׸ b ÓØh iÑÔÐe¹

ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg [½6]¸ aÒd ¬Òd ØhaØ iØ× ÔÓÓÖ ÙÔ daØe Ô eÖfÓÖ¹

·

·

ÑeÒØaØiÓÒ× Óf fÔB ¹ÌÖee× achieÚe dÖaÑaØicaÐÐÝ b eØØeÖ cache

ÑaÒce Ñake× iØ Ðe×× aØØÖacØiÚe ØhaÒ fÔB ¹ÌÖee׺ FiÒaÐÐݸÛe

·

·

Ô eÖfÓÖÑaÒce ØhaÒ di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׺

deÑÓÒ×ØÖaØe ØhaØ fÔB ¹ÌÖee× caÒ aÐ×Ó be Ù×ed ØÓ acceÐeÖ¹

·

ÌÓ acceÐeÖaØe ÖaÒge ×caÒ׸ fÔB ¹ÌÖee× eÑÔÐÓÝ Øhe jÙÑÔ¹

aØe Á»Ç ÔeÖfÓÖÑaÒceº ÁÒ ÔaÖØicÙÐaÖ¸ Ûe deÑÓÒ×ØÖaØe aÒ ÓÚeÖ

ÔÓiÒØeÖ aÖÖaÝ ×cheÑe ØhaØ Ûe ÔÖÓÔ Ó×ed eaÖÐieÖ [6]º A jÙÑÔ¹

ØÛÓfÓÐd ØÓ ¬ÚefÓÐd iÑÔÖÓÚeÑeÒØ fÓÖ iÒdeÜ ÖaÒge ×caÒ× iÒ aÒ

Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝ cÓÒØaiÒ× Øhe Ðeaf ÒÓ de addÖe××e× Óf a ØÖee¸

iÒdÙ×ØÖiaй×ØÖeÒgØh cÓÑÑeÖciaÐ DBÅË ´ÁBÅ³× DB¾µº

Ûhich aÖe Ù×ed iÒ ÖaÒge ×caÒ× ØÓ ÔÖefeØch Øhe Ðeaf ÒÓ de׸ ØhÙ×

Ìhe ÖeÑaiÒdeÖ Óf Øhi× ÔaÔ eÖ i× ÓÖgaÒiÞed a× fÓÐÐÓÛ׺ Ëec¹

·

×Ô eediÒg ÙÔ Øhe ×caÒ׺ ÁÒ [6]¸ Ûe ×hÓÛed ØhaØ Øhi× aÔÔÖÓach

ØiÓÒ ¾ de×cÖib e× hÓÛ fÔB ¹ÌÖee× eÒhaÒce Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒceº

×igÒi¬caÒØÐÝ iÑÔÖÓÚe× cache Ô eÖfÓÖÑaÒceº ÁÒ Øhi× ÔaÔ eÖ¸ Ûe

ÌheÒ ËecØiÓÒ ¿ de×cÖib e× hÓÛ ØheÝ eÒhaÒce cache Ô eÖfÓÖ¹

×hÓÛ iØ i× aÐ×Ó b eÒe¬ciaÐ fÓÖ Á»Ç¸ bÝ deÑÓÒ×ØÖaØiÒg a facØÓÖ

ÑaÒce ÛhiÐe ÔÖe×eÖÚiÒg Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒceº ËecØiÓÒ 4 ÔÖe×eÒØ×

·

Óf ¾º5ß5 iÑÔÖÓÚeÑeÒØ iÒ Øhe ÖaÒge ×caÒ Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce fÓÖ

eÜÔ eÖiÑeÒØaÐ Öe×ÙÐØ× ÚaÐidaØiÒg Øhe e«ecØiÚeÒe×× Óf fÔB ¹

ÁBÅ³× DB¾ ÖÙÒÒiÒg ÓÒ a ÑÙÐØi¹di×k ÔÐaØfÓÖѺ

ÌÖee× iÒ ÓÔØiÑiÞiÒg b ÓØh cache aÒd di×k Ô eÖfÓÖÑaÒceº Ëec¹

ØiÓÒ 5 ÔÖe×eÒØ× ÓÙÖ cÓÒcÐÙ×iÓÒ׺

1.2 Related Work

ÙÑb eÖ Óf ÖeceÒØ ×ØÙdie× haÚe deÑÓÒ×ØÖaØed Øhe iÑÔ ÓÖ¹

AÒ 2. OPTIMIZING I/O PERFORMANCE

·

ØaÒce Óf ÓÔØiÑiÞiÒg Øhe cache Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf a DBÅË [½¸ ¾¸ FÖacØaÐ ÈÖefeØchiÒg B ¹ÌÖee× cÓÑbiÒe feaØÙÖe× Óf di×k¹

· · ·

¿]º B ¹ÌÖee× haÚe b eeÒ di×cÙ××ed iÒ Øhi× ÖegaÖd¸ iÒcÐÙdiÒg ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee× aÒd cache¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee× ØÓ achieÚe

×eÚeÖaÐ ÖeceÒØ ×ÙÖÚeÝ ÔaÔ eÖ× [½½¸ ½6]º Ìhi× ÔaÔ eÖ¸ hÓÛeÚeÖ¸ Øhe b e×Ø Óf b ÓØh ×ØÖÙcØÙÖe׺ ÁÒ Øhi× ×ecØiÓÒ¸ Ûe de×cÖib e hÓÛ

· ·

i× Øhe ¬Ö×Ø ØÓ ÔÖÓÔ Ó×e a B ¹ÌÖee iÒdeÜ ×ØÖÙcØÙÖe ØhaØ e«ec¹ fÔB ¹ÌÖee× iÑÔÖÓÚe Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce fÓÖ ÑÓ deÖÒ daØaba×e

ØiÚeÐÝ ÓÔØiÑiÞe× b ÓØh CÈÍ cache aÒd di×k Ô eÖfÓÖÑaÒce ÓÒ ×eÖÚeÖ׺ ÁÒ a ÒÙØ×heÐи Ûe cÓÒ×ideÖ aÔÔÐÝiÒg ØÓ di×k¹Öe×ideÒØ

·

ÑÓ deÖÒ ÔÖÓ ce××ÓÖ׸ fÓÖ each Óf Øhe ba×ic B ¹ÌÖee ÓÔ eÖaØiÓÒ×: daØa each Óf Øhe ØechÒiÕÙe× iÒ [6] fÓÖ iÑÔÖÓÚiÒg Øhe cache

×eaÖche׸ ÖaÒge ×caÒ׸ iÒ×eÖØiÓÒ׸ aÒd deÐeØiÓÒ׺ Ô eÖfÓÖÑaÒce fÓÖ ÑeÑÓÖݹÖe×ideÒØ daØaº Ïe aÖgÙe ØhaØ ÛhiÐe

·

ChiÐiÑbi eØ aк [8] deÑÓÒ×ØÖaØed ØhaØ B ¹ÌÖee× ÛiØh cache Øhe ØechÒiÕÙe× aÖe ÒÓØ adÚaÒØageÓÙ× fÓÖ ×eaÖch Á»Ç Ô eÖfÓÖ¹

ÐiÒe ×iÞed ÒÓ de× caÒ ÓÙØÔ eÖfÓÖÑ biÒaÖÝ ØÖee× fÓÖ ÑeÑÓÖݹ ÑaÒce¸ ØheÝ caÒ ×igÒi¬caÒØÐÝ iÑÔÖÓÚe ÖaÒge ×caÒ Á»Ç Ô eÖ¹

·

Öe×ideÒØ daØa ÓÒ ÑÓ deÖÒ ÔÖÓ ce××ÓÖ׺ ÄikeÛi×e¸ B ¹ÌÖee× fÓÖÑaÒceº

ÓÙØÔ eÖfÓÖÑ Ì¹ØÖee× [½4] ÓÒ ØÓ daÝ³× ÔÖÓ ce××ÓÖ× [½8]º ÄÓÑeØ [½5] ÅÓ deÖÒ daØaba×e ×eÖÚeÖ× aÖe cÓÑÔ Ó×ed Óf ÑÙÐØiÔÐe di×k×

·

ÔÖe×eÒØed ØechÒiÕÙe× fÓÖ ×eÐecØiÒg aÒ ÓÔØiÑaÐ B ¹ÌÖee Ôage Ô eÖ ÔÖÓ ce××ÓÖº FÓÖ eÜaÑÔÐe¸ ÑaÒÝ ÌÈC b eÒchÑaÖk ÖeÔ ÓÖØ×

aÖe fÓÖ ËÅÈ ×eÖÚeÖ× ÛiØh ½¼¹¿¼ di×k× Ô eÖ ÔÖÓ ce××ÓÖ¸ aÒd hÙÒ¹

ÌÓ heÐÔ eÜÔÐÓiØ Øhi× ÖaÛ Á»Ç ÔaÖaÐÐeÐi×Ѹ

dÖed× Óf di×k× iÒ aÐк

hÒiÕÙe× ×Ùcha×

cÓÑÑeÖciaÐ daØaba×e bÙ«eÖ ÑaÒageÖ× Ù×e Øec Leaf

ØiaÐ Á»Ç ÔÖefeØchiÒg aÒd deÐaÝed ÛÖiØe¹backº ÏhiÐe

×eÕÙeÒ parents

×eÕÙeÒØiaÐ Á»Ç ÔÖefeØchiÒg heÐÔ× acceÐeÖaØe ÖaÒge ×caÒ× ÓÒ

cÐÙ×ØeÖed iÒdeÜe׸ iØ Ó«eÖ× ÐiØØÐe ÓÖ ÒÓ b eÒe¬Ø fÓÖ ÖaÒge ×caÒ×

ÓÒ ÒÓÒ¹cÐÙ×ØeÖed iÒdeÜe× ÓÖ fÓÖ ×eaÖche׺ ÇÙÖ gÓaÐ i× ØÓ e«ec¹

FigÙÖe ¾: ÁÒØeÖÒaÐ jÙÑÔ¹Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝ

ØiÚeÐÝ eÜÔÐÓiØ Á»Ç ÔaÖaÐÐeÐi×Ñ bÝ eÜÔÐiciØÐÝ ÔÖefeØchiÒg di×k

Ôage× eÚeÒ ÛheÒ Øhe acce×× ÔaØØeÖÒ× aÖe ÒÓØ ×eÕÙeÒØiaк

ÓÖdeÖ ´×iÑiÐaÖ ØÓ ÖaÒge ×caÒ×µº

ÁÒ a ÔÖeÚiÓÙ× ÔaÔ eÖ [6]¸ Ûe ÔÖÓÔ Ó×ed aÒd eÚaÐÙaØed ÔÖefeØch¹

· ·

FÓÖ Øhe×e Öea×ÓÒ׸ Ûe dÓ ÒÓØ adÚÓ caØe Ù×iÒg ÑÙÐØiÔage¹

iÒg B ¹ÌÖee× ´ÔB ¹ÌÖee×µ a× a ØechÒiÕÙe fÓÖ eÒhaÒciÒg CÈÍ

×iÞed ÒÓ de׺ ÀeÒce ØhÖÓÙghÓÙØ Øhi× ÔaÔ eÖ¸ ÓÙÖ ØaÖgeØ ÒÓ de

cache Ô eÖfÓÖÑaÒce fÓÖ iÒdeÜ ×eaÖche× aÒd iÒdeÜ ÖaÒge ×caÒ×

·

×iÞe fÓÖ ÓÔØiÑiÞiÒg Øhe di×k Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf fÔB ¹ÌÖee× ÛiÐÐ

ÓÒ ÑeÑÓÖݹÖe×ideÒØ daØaº Ìhe ÕÙe×ØiÓÒ ØhaØ Ûe addÖe××

be a ×iÒgÐe di×k Ôageº

ÒÓÛ i× ÛheØheÖ ØhÓ×e ×aÑe ØechÒiÕÙe× caÒ be aÔÔÐied ØÓ

Ø daØaº ËiÒce

acceÐeÖaØiÒg Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce fÓÖ di×k¹Öe×ideÒ 2.2 Range Scans: Prefetching via Jump-Pointer

ÛeeÒ ÑaiÒ ÑeÑÓÖÝ aÒd di×k fÓÖ a di×k¹

Øhe ÖeÐaØiÓÒ×hiÔ b eØ Arrays

ÓÔØiÑiÞed ØÖee i× ×ÓÑeÛhaØ aÒaÐÓgÓÙ× ØÓ Øhe ÖeÐaØiÓÒ×hiÔ b e¹

FÓÖ ÖaÒge ×caÒ Ô eÖfÓÖÑaÒce¸ ÓÙÖ ÔÖeÚiÓÙ× ÔaÔ eÖ [6] ÔÖÓ¹

ØÛeeÒ CÈÍ cache aÒd ÑaiÒ ÑeÑÓÖÝ fÓÖ a cache¹ÓÔØiÑiÞed

Ô Ó×ed a jÙÑÔ¹ÔÓiÒØeÖ aÖÖaÝ ×ØÖÙcØÙÖe ØhaØ Ô eÖÑiØ× Øhe ÐeaÚe×

ØÖee¸ ÓÒe ÑighØ Öea×ÓÒabÐÝ eÜÔ ecØ Øhe b eÒe¬Ø Óf a ØechÒiÕÙe

iÒ Øhe ÖaÒge ×caÒ ØÓ b e e«ecØiÚeÐÝ ÔÖefeØchedº A ÖaÒge ×caÒ

ØÓ ØÖaÒ×ÐaØe iÒ aØ Ðea×Ø ×ÓÑe fÓÖÑ acÖÓ×× Øhe×e di«eÖeÒØ gÖaÒ¹

i× Ô eÖfÓÖÑed bÝ ×eaÖchiÒg fÓÖ Øhe ×ØaÖØiÒg keÝ Óf Øhe ÖaÒge¸

ÙÐaÖiØie× [½½]º ÀÓÛeÚeÖ¸ b ecaÙ×e Óf Øhe ×igÒi¬caÒØ di«eÖeÒce×

ØheÒ ÖeadiÒg cÓÒ×ecÙØiÚe Ðeaf ÒÓ de× iÒ Øhe ØÖee ´fÓÐÐÓÛiÒg

beØÛeeÒ Øhe×e ØÛÓ gÖaÒÙÐaÖiØie× ´eºgº¸ di×k× aÖe ÐaÖgeÖ aÒd

Øhe ×ibÐiÒg ÐiÒk× b eØÛeeÒ Øhe Ðeaf ÒÓ de×µ ÙÒØiÐ Øhe eÒd keÝ

×ÐÓÛeÖ¸ ÑaiÒ ÑeÑÓÖÝ i× b eØØeÖ ×ÙiØed ØÓ ÖaÒdÓÑ acce×׸

fÓÖ Øhe ÖaÒge i× eÒcÓÙÒØeÖedº ÇÒe iÑÔÐeÑeÒØaØiÓÒ Óf Øhe

eØcºµ¸ ÛeÑÙ×Ø caÖefÙÐÐÝ eÜaÑiÒe Øhe acØÙaÐ e«ecØiÚeÒe×× Óf a

jÙÑÔ¹Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝi××hÓÛÒ iÒ FigÙÖe ¾: AÒ iÒØeÖÒaÐ jÙÑÔ¹

ØechÒiÕÙe aØ a di«eÖeÒØ gÖaÒÙÐaÖiØݺ ÁÒ ËecØiÓÒ× ¾º½ aÒd ¾º¾¸

·

Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝ i× ÓbØaiÒed bÝ addiÒg ×ibÐiÒg Ô ÓiÒØeÖ× ØÓ each

Ûe cÓÒ×ideÖ Øhe ØÛÓ a×Ô ecØ× Óf ÔB ¹ÌÖee× Ûhich acceÐeÖaØe

ÒÓ de ØhaØ i× a ÔaÖeÒØÓfÐeaÚe׺ Ìhe×e Ðeaf ÔaÖeÒØ× cÓÐÐec¹

×eaÖche× aÒd ÖaÒge ×caÒ׸ Öe×Ô ecØiÚeÐݺ

ØiÚeÐÝ cÓÒØaiÒ Øhe addÖe××e× fÓÖ aÐÐ Ðeaf ÒÓ de׸ faciÐiØaØiÒg

ÒÓ de ÔÖefeØchiÒgº BÝ i××ÙiÒg a ÔÖefeØch fÓÖ each Ðeaf

2.1 Searches: Prefetching and Sizes Ðeaf

ÒÓ de ×ÙÆcieÒØÐÝ faÖ ahead Óf ÛheÒ Øhe ÖaÒge ×caÒ Òeed× Øhe

·

ÌÓ acceÐeÖaØe ×eaÖch Ô eÖfÓÖÑaÒce¸ ÓÙÖ ÔB ¹ÌÖee de×igÒ [6]

ÒÓ de¸ Øhe cache Ñi××e× fÓÖ Øhe×e ÐeaÚe× aÖe ÓÚeÖÐaÔÔ edº

·

iÒcÖea×ed Øhe ×iÞe Óf a B ¹ÌÖee ÒÓ de ×iÞe ØÓ b e ÑÙÐØiÔÐe cache

Ìhe ×aÑe ØechÒiÕÙe caÒ be aÔÔÐied aØ Ôage gÖaÒÙÐaÖiØÝ

ÐiÒe× Ûide aÒd ÔÖefeØched aÐÐ cache ÐiÒe× ÛiØhiÒ a ÒÓ de b efÓÖe

ØÓ iÑÔÖÓÚe ÖaÒge ×caÒ Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce¸ bÝÓÚeÖÐaÔÔiÒg Ðeaf

acce××iÒg iغ ÁÒ Øhi× Ûaݸ Øhe ÑÙÐØiÔÐe cache Ñi××e× Óf a ×iÒgÐe

Ôage Ñi××e׺ ÁØ i× ÔaÖØicÙÐaÖÐÝ heÐÔfÙÐ iÒ ÒÓÒ¹cÐÙ×ØeÖed iÒ¹

ÒÓ de aÖe ×eÖÚiced iÒ ÔaÖaÐÐeи ØheÖebÝ Öe×ÙÐØiÒg iÒ aÒ ÓÚeÖaÐÐ

deÜe× aÒd ÛheÒ Ðeaf Ôage× aÖe ÒÓØ ×eÕÙeÒØiaÐ ÓÒ di×k׸ a

¾

Ñi×× Ô eÒaÐØÝ ØhaØ i× ÓÒÐÝ ×ÐighØÐÝ ÐaÖgeÖ ØhaÒ ØhaØ Óf a ×iÒgÐe

cÓÑÑÓÒ ×ceÒaÖiÓ fÓÖ fÖeÕÙeÒØÐÝ ÙÔ daØed iÒdeÜe׺ ÆÓØe ØhaØ

cache Ñi×׺ Ìhe ÒeØ Öe×ÙÐØ i× ØhaØ ×eaÖche× b ecÓÑe fa×ØeÖ

Øhe ÓÖigiÒaÐ ØechÒiÕÙe [6] ÔÖefeØched Ôa×Ø Øhe eÒd keݺ Ìhi×

b ecaÙ×e ÒÓ de× aÖe ÐaÖgeÖ aÒd heÒce ØÖee× aÖe ×haÐÐÓÛeÖº

ÓÚeÖ×hÓ ÓØiÒg i× ÒÓØ a Ña jÓÖ cÓÒceÖÒ aØ cache gÖaÒÙÐaÖiØÝ;

FÓÖ di×k¹Öe×ideÒØ daØa¸ Øhe Ôage¹gÖaÒÙÐaÖiØÝ cÓÙÒØeÖÔaÖØ

hÓÛeÚeÖ¸ iØ caÒ iÒcÙÖ a ÐaÖge Ô eÒaÐØÝ aØ Ôage gÖaÒÙÐaÖiØÝ

·

i× ØÓ iÒcÖea×e Øhe B ¹ÌÖee ÒÓ de ×iÞe ØÓ be a ÑÙÐØiÔÐe Óf

b ÓØh b ecaÙ×e each Ôage i× ÑÓÖe eÜÔ eÒ×iÚe ØÓ ÔÖefeØch aÒd

Øhe di×k Ôage ×iÞe aÒd ÔÖefeØch aÐÐ Ôage× Óf a ÒÓ de ÛheÒ

b ecaÙ×e ÛeÑÙ×Ø ÔÖefeØch faÖØheÖ ahead iÒ ÓÖdeÖ ØÓ hide Øhe

·

acce××iÒg iغ BÝ ÔÐaciÒg Øhe Ôage× ØhaØ Ñake ÙÔ a ÒÓ de ÓÒ

ÐaÖgeÖ di×k ÐaØeÒcie׺ ÌÓ ×ÓÐÚe Øhi× ÔÖÓbÐeѸ fÔB ¹ÌÖee× b e¹

di«eÖeÒØ di×k׸ Øhe ÑÙÐØiÔÐe Ôage ÖeÕÙe×Ø× caÒ b e ×eÖÚiced iÒ

giÒ bÝ ×eaÖchiÒg fÓÖ b ÓØh Øhe ×ØaÖØ keÝ aÒd Øhe eÒd keݸ

ÔaÖaÐÐeк FÓÖ eÜaÑÔÐe¸ a 64ÃB ÒÓ de cÓÙÐd b e ×ØÖiÔ ed acÖÓ××

ÖeÑeÑb eÖiÒg Øhe ÖaÒge eÒd Ôageº ÌheÒ ÛheÒ ÔÖefeØchiÒg

4 di×k× ÛiØh ½6ÃB Ôage ×iÞe¸ aÒd Öead iÒ ÔaÖaÐÐeк A× iÒ Øhe

Ù×iÒg Øhe Ðeaf ÔaÖeÒØ׸ Ûe caÒ aÚÓid ÓÚeÖ×hÓ ÓØiÒgº AÐ×Ó ÒÓØe

cache ×ceÒaÖiÓ¸ fa×ØeÖ ×eaÖche× ÑaÝ Öe×ÙÐغ

ØhaØ b ecaÙ×e aÐÐ Øhe ÔÖefeØched Ðeaf Ôage× ÛÓÙÐd haÚe aÐ×Ó

ÀÓÛeÚeÖ¸ ØheÖe aÖe dÖaÛback× ØÓ aÔÔÐÝiÒg Øhi× aÔÔÖÓach

b eeÒ acce××ed iÒ a ÔÐaiÒ ÖaÒge ×caÒ¸ Øhi× ØechÒiÕÙe dÓ e× ÒÓØ

ØÓ di×k׺ ÏhiÐe Øhe Á»Ç ÐaØeÒcÝ i× ÐikeÐÝ ØÓ iÑÔÖÓÚe fÓÖ a ×iÒ¹

decÖea×e ØhÖÓÙghÔÙغ

gÐe ×eaÖch¸ Øhe Á»Ç ØhÖÓÙghÔÙØ ÑaÝ b ecÓÑe ÛÓÖ×e b ecaÙ×e

Ìhi× aÔÔÖÓach i× aÔÔÐicabÐe fÓÖ iÑÔÖÓÚiÒg Øhe Á»Ç Ô eÖfÓÖ¹

·

Óf Øhe eÜØÖa ×eek× fÓÖ a ÒÓ deº ÁÒ aÒ ÇÄÌÈ eÒÚiÖÓÒÑeÒظ

ÑaÒce Óf ×ØaÒdaÖd B ¹ÌÖee׸ ÒÓØ jÙ×Ø fÖacØaÐ ÓÒe׸ aÒd a×

ÑÙÐØiÔÐe ØÖaÒ×acØiÓÒ× caÒ ÓÚeÖÐaÔ ØheiÖ di×k acce××e׸ aÒd

ÓÙÖ eÜÔ eÖiÑeÒØaÐ Öe×ÙÐØ× ÛiÐÐ ×hÓÛ¸ caÒ Ðead ØÓ a ¬ÚefÓÐd ÓÖ

Øhe Á»Ç ØhÖÓÙghÔÙØ i× ÓfØeÒ dÓÑiÒaØed bÝ ×eek ØiÑe×; heÒce

ÑÓÖe ×Ô eedÙÔ fÓÖ ÐaÖge ÖaÒge ×caÒ׺

addiØiÓÒaÐ ×eek× ÑaÝ degÖade Ô eÖfÓÖÑaÒceº ÆÓØe ØhaØ Øhi× i×

he Ô eÖfÓÖÑaÒce ×iÒce ÓÒÐÝ Øhe cÙÖÖeÒØÐÝ

ÒÓØ a ÔÖÓbÐeÑ fÓÖ cac 3. OPTIMIZING CACHE PERFORMANCE

eÜecÙØiÒg ØhÖead caÒ eÜÔÐÓiØ iØ× cache hieÖaÖchÝ baÒdÛidØhº

·

ÁÒ Øhi× ×ecØiÓÒ¸ Ûe de×cÖib e hÓÛ fÔB ¹ÌÖee× ÓÔØiÑiÞe CÈÍ

ÁÒ a DËË eÒÚiÖÓÒÑeÒظ a ×eÖÚeÖ i× ÓfØeÒ dedicaØed ØÓ a ×iÒ¹

cache Ô eÖfÓÖÑaÒce ÛiØhÓÙØ ×acÖi¬ciÒg ØheiÖ Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒceº

gÐe ÕÙeÖÝ aØ a ØiÑe¸ aÒd heÒce ÐaØeÒcÝ deØeÖÑiÒe× ØhÖÓÙgh¹

·

AÐØhÓÙgh B ¹ÌÖee× fÓÖ di×k¹Öe×ideÒØ daØa haÚe ØÖadiØiÓÒaÐÐÝ

ÔÙغ ÌhÙ× ÑÙÐØiÔage¹×iÞed ÒÓ de× ×ÔaÒÒiÒg ÑÙÐØiÔÐe di×k×

igÒÓÖed CÈÍ cache Ô eÖfÓÖÑaÒce b ecaÙ×e ×eaÖch aÒd ÙÔ¹

ÑaÝ iÑÔÖÓÚe ×eaÖch Ô eÖfÓÖÑaÒceº ÀÓÛeÚeÖ¸ ×eaÖch ØiÑe×

daØe ØiÑe× ÛeÖe dÓÑiÒaØed bÝ Á»Ç cÓ×Ø׸ ÖeceÒØ ×ØÙdie× haÚe

ÑaÝ be Ðe×× iÑÔ ÓÖØaÒØ ØÓ ÓÚeÖaÐÐ DËË ÕÙeÖÝ ØiÑe׸ Ûhich

deÑÓÒ×ØÖaØed Øhe iÑÔ ÓÖØaÒce Óf CÈÍ cache Ô eÖfÓÖÑaÒce [½¸

aÖe ÓfØeÒ dÓÑiÒaØed bÝ ÓÔ eÖaØiÓÒ× ×Ùch a× ÖaÒge ×caÒ׸ ha×h

¾¸ ¿]º ÅÓ×Ø ÑÓ deÖÒ daØaba×e ×eÖÚeÖ ÑachiÒe× haÚe ×ÙÆcieÒØ

jÓiÒ׸ eØcº ÅÓÖeÓÚeÖ¸ \ÖaÒdÓÑ" ×eaÖche× aÖe ÓfØeÒ deÐib eÖ¹

di×k baÒdÛidØh ×Ùch ØhaØ ØheÝ aÖe ØÝÔicaÐÐÝ ÒÓØ Á»Ç b ÓÙÒd¸

aØeÐÝ aÚÓided bÝ Øhe ÓÔØiÑiÞeÖº AÒ iÒdeÜed Òe×Øed ÐÓ ÓÔ jÓiÒ

bÙØ ØheiÖ ÔÖÓ ce××ÓÖ× aÖe ×ØaÐÐed a ×igÒi¬caÒØ fÖacØiÓÒ Óf Øhe

ÑaÝ b e Ô eÖfÓÖÑed bÝ ¬Ö×Ø ×ÓÖØiÒg Øhe ÓÙØeÖ ÖeÐaØiÓÒ ÓÒ Øhe

ØiÑe ÛhiÐe ×eÖÚiciÒg CÈÍ daØa cache Ñi××e׺

jÓiÒ keÝ [½¿¸ ½¼]º ÌhÙ× eachkeÝ ÐÓ ÓkÙÔ iÒ Øhe iÒÒeÖ ÖeÐaØiÓÒ

¾

i× Ù×ÙaÐÐÝ adjaceÒØ ØÓ Øhe Ða×Ø ÐÓ ÓkÙÔ¸ ÐeadiÒg ØÓ aÒ Á»Ç ac¹

FÓÖ cÐÙ×ØeÖed iÒdeÜe× ÓÖ ÛheÒ Ðeaf Ôage× aÖe ×eÕÙeÒØiaÐ ÓÒ di×k׸

ce×× ÔaØØeÖÒ ØhaØ e××eÒØiaÐÐÝ ØÖaÚeÖ×e× Øhe ØÖee Ðeaf ÒÓ de× iÒ ×eÕÙeÒØiaÐ Á»Ç ÔÖefeØchiÒg caÒ b e eÑÔÐÓÝed iÒ×Øeadº page control info page control info index entry Key and

(page ID/tuple ID)

FigÙÖe 4: ÁÐÐÙ×ØÖaØiÓÒ Óf ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg

´aµ Ôage ÓÖgaÒiÞaØiÓÒ page control info

100 | dcache stalls other stalls 80 | busy

60 |

40 | ·

|

5: Di×k¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee: a cache¹ÓÔØiÑiÞed 20 FigÙÖe

Normalized Execution Time

ØÖee iÒ×ide each Ôage 0 | Disk-optimized Prefetching

B+tree B+tree

h¸ ÙÔ daØe× aÖe aÐ×Ó cÓ×ØÐݺ ÁÒ×eÖØiÓÒ

ÁÒ addiØiÓÒ ØÓ ×eaÖc

´bµ eÜecÙØiÓÒ ØiÑe bÖeakdÓÛÒ fÓÖ ×eaÖch

aÒd deÐeØiÓÒ b ÓØh b egiÒ ÛiØh a ×eaÖch¸ Ûhich ha× Ô Ó ÓÖ cache

Ô eÖfÓÖÑaÒceº AÒÓØheÖ ÔÖÓbÐeÑ i× ØhaØ iÒ ÓÖdeÖ ØÓ iÒ×eÖØ

·

FigÙÖe ¿: Di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee×

aÒ eÒØÖÝ iÒØÓ a ×ÓÖØed aÖÖaݸ haÐf Óf Øhe Ôage ´ÓÒ aÚeÖageµ

ÑÙ×Ø b e cÓÔied ØÓ Ñake ÖÓ ÓÑ fÓÖ Øhe ÒeÛ eÒØÖݺ ÌÓ Ñake

·

ÏhÝ ØÖadiØiÓÒaÐ B ¹ÌÖee× ×Ù«eÖ ÔÓÓÖ cache Ô eÖ¹

·

ÑaØØeÖ× ÛÓÖ×e¸ Øhe ÓÔØiÑaÐ di×k Ôage ×iÞe fÓÖ B ¹ÌÖee× i×

·

fÓÖÑaÒceº ÁÒ a ØÖadiØiÓÒaÐ di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׸ each

iÒcÖea×iÒg ÛiØh di×k ØechÒÓÐÓgÝ ØÖeÒd× [½¾¸ ½5]¸ ÑakiÒg Øhe

ØÖee ÒÓ de i× a Ôage ´ØÝÔicaÐÐÝ 4ÃBß64ÃBµº FigÙÖe ¿´aµ de¹

ab ÓÚe ÔÖÓbÐeÑ× eÚeÒ ÑÓÖe ×eÖiÓÙ× iÒ Øhe fÙØÙÖeº

· ¿

ÔicØ× a B ¹ÌÖee¸ a××ÙÑiÒg ¬Üed ÐeÒgØh keÝ׺ A ×ÑaÐÐ ÔaÖØ

·

Óf Øhe Ôage cÓÒØaiÒ× Ôage cÓÒØÖÓÐ iÒfÓÖÑaØiÓÒº Ìhe bÙÐk Óf

ÌechÒiÕÙe× fÓÖ iÑÔÖÓÚiÒg B ¹ÌÖee cache Ô eÖfÓÖ¹

Øhe Ôage cÓÒØaiÒ× a ×ÓÖØed aÖÖaÝÓfkeÝ׸ ØÓgeØheÖ ÛiØh ei¹

ÑaÒceº ÇÒe aÔÔÖÓach ØhaØ Ûa× bÖie­Ý ÑeÒØiÓÒed bÝ

ØheÖ Øhe Ôage ÁD fÓÖ iØ× chiÐd ÒÓ de ´if Øhe ÒÓ de i× a ÒÓÒÐeaf µ

ÄÓÑeØ [½6] i× ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg¸ Ûhich i× iÐÐÙ×ØÖaØed iÒ Fig¹

ÓÖ Øhe ØÙÔÐe ÁD fÓÖ a ØÙÔÐe ´if Øhe ÒÓ de i× a Ðeaf µº Ïe ÛiÐÐ

ÙÖe 4º Ìhe idea b ehiÒd ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg i× ØhaØ Øhe ¬Ö×Ø keÝ

ÖefeÖ ØÓ a keÝ aÒd eiØheÖ iØ× Ôage ÁD ÓÖ ØÙÔÐe ÁD a× aÒ eÒØÖݺ

Óf eÚeÖÝ cache ÐiÒe iÒ Øhe aÖÖaÝ caÒ b e cÓÔied iÒØÓ a ×ÑaÐÐeÖ

DÙÖiÒg a ×eaÖch¸ each Ôage ÓÒ Øhe ÔaØh ØÓ Øhe keÝ i× Úi×¹

aÖÖaݸ ×Ùcha×keÝ× ½; 9; ½7; ::: ;½¼½7 iÒ Øhe eÜaÑÔÐe ab ÓÚeº

iØed¸ aÒd a biÒaÖÝ ×eaÖch i× Ô eÖfÓÖÑed ÓÒ Øhe ÚeÖÝ ÐaÖge

Ìhe×e ½¾8 keÝ× aÖe ×eaÖched ¬Ö×Ø ØÓ ¬Òd Øhe cache ÐiÒe ØhaØ

cÓÒØigÙÓÙ× aÖÖaÝ iÒ Øhe Ôageº Ìhi× biÒaÖÝ ×eaÖch i× ÕÙiØe

cÓÑÔÐeØe× Øhe ×eaÖch ´ØhÙ× ÖedÙciÒg Øhe ÒÙÑbeÖ Óf cache

cÓ×ØÐÝ iÒ ØeÖÑ× Óf cache Ñi××e׺ A ×iÑÔÐe eÜaÑÔÐe heÐÔ× ØÓ

Ñi××e× ØÓ ¬Úe iÒ Øhe eÜaÑÔÐeµº ÍÒfÓÖØÙÒaØeÐÝ Øhi× aÔÔÖÓach

iÐÐÙ×ØÖaØe Øhi× Ô ÓiÒغ Áf Øhe keÝ ×iÞe¸ Ôage ÁD ×iÞe¸ aÒd ØÙÔÐe

dÓ e× ÒÓØ addÖe×× Øhe daØa ÑÓÚeÑeÒØ ÔÖÓbÐeÑ ÙÔ ÓÒ iÒdeÜ

ÁD ×iÞe aÖe aÐÐ 4 bÝØe׸ aÒ 8ÃB Ôage caÒ hÓÐd ÓÚeÖ ½¼¼¼ eÒ¹

ÙÔ daØe׸ aÒd ØheÖefÓÖe iØ ×Ù«eÖ× Ô Ó ÓÖ ÙÔ daØe Ô eÖfÓÖÑaÒce

ØÖie׺ Áf Øhe cache ÐiÒe ×iÞe i× 64 bÝØe׸ ØheÒ a cache ÐiÒe caÒ

´a× Ûe ÛiÐÐ ×ee ÐaØeÖ iÒ ËecØiÓÒ 4º¾µº

·

ÓÒÐÝ hÓÐd 8 eÒØÖie׺ ÁÑagiÒe a ceÖØaiÒ Ôage ha× ½¼¾¿ eÒØÖie×

ÌÓ ÖeaÐiÞe gÓÓd cache Ô eÖfÓÖÑaÒce fÓÖ aÐÐ B ¹ÌÖee ÓÔ¹

·

ÒÙÑb eÖed ½ ØhÖÓÙgh ½¼¾¿º ÌÓ ÐÓ caØe a keÝ ÑaØchiÒg eÒØÖÝ

eÖaØiÓÒ׸ ÛeÐÓÓk ØÓ cache¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee× a× a ÑÓ deÐ

7½¸ a biÒaÖÝ ×eaÖch ÛiÐÐ Ô eÖfÓÖÑ ØeÒ ÔÖÓb e׸ fÓÖ eÒØÖie× 5½¾¸

aÒd ÔÖÓÔ Ó×e ØÓ bÖeak di×k¹×iÞed Ôage× iÒØÓ cache¹ÓÔØiÑiÞed

·

¾56¸ ½¾8¸ 64¸ 96¸ 8¼¸ 7¾¸ 68¸ 7¼¸ aÒd 7½¸ Öe×Ô ecØiÚeÐݺ A××Ùѹ

ÒÓ de׺ Ìhi× i× Øhe gÙidiÒg ÔÖiÒciÔÐe b ehiÒd fÔB ¹ÌÖee׺ Ïe

iÒg ØhaØ Øhe eighØeÒØÖie× fÖÓÑ 65 ØÓ 7¾ faÐÐ ÛiØhiÒ a ×iÒgÐe

ÔÖÓÔ Ó×e aÒd eÚaÐÙaØe ØÛÓ aÔÔÖÓache× fÓÖ eÑb eddiÒg cache¹

·

cache ÐiÒe¸ Øhe ¬Ö×Ø ×eÚeÒ ÔÖÓb e× aÖe aÐÐ ÐikeÐÝ ØÓ ×Ù«eÖ cache

ÓÔØiÑiÞed ØÖee× iÒØÓ di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee Ôage×: di×k¹

Ñi××e׺ Ìhe ¬Ö×Ø ×iÜ Óf Øhe ×eÚeÒ Ñi××e× aÖe e×Ô eciaÐÐÝ Ûa×Øe¹

¬Ö×Ø aÒd cache¹¬Ö×غ ËecØiÓÒ ¿º½ de×cÖib e× Øhe di×k¹¬Ö×Ø aÔ¹

fÙи ×iÒce each Óf ØheÑ bÖiÒg× iÒ a 64B cache ÐiÒe bÙØ Ù×e×

ÔÖÓach¸ ÛhiÐe ËecØiÓÒ ¿º¾ de×cÖib e× Øhe cache¹¬Ö×Ø aÔÔÖÓach¸

ÓÒÐÝ 4B Óf ØhaØ ÐiÒeº ÇÒÐÝ ÛheÒ Øhe biÒaÖÝ ×eaÖch ¬ÒaÐÐÝ

b ÓØh fÓ cÙ×iÒg ÓÒ ×eaÖche× aÒd ÙÔ daØe׺ ÌheÒ iÒ ËecØiÓÒ ¿º¿¸

geØ× dÓÛÒ ØÓ ÛiØhiÒ a cache ÐiÒe aÖe ÑÓÖe daØa iÒ a cache

Ûe di×cÙ×× ÖaÒge ×caÒ× fÓÖ b ÓØh aÔÔÖÓache׺

ÐiÒe Ù×edº Ìhi× Ðack Óf ×ÔaØiaÐ ÐÓ caÐiØÝ Ñake× biÒaÖÝ ×eaÖch

·

eÖÝ ÐaÖge aÖÖaÝ ×Ù«eÖ fÖÓÑ Ô Ó ÓÖ cache Ô eÖfÓÖÑaÒceº

ÓÒaÚ 3.1 Disk-First fpB -Trees

· ·

FigÙÖe ¿´bµ cÓÑÔaÖe× Øhe Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf di×k¹ÓÔØiÑiÞed

Di×k¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× ×ØaÖØ ÛiØh a di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee¸

· ·

B ¹ÌÖee× ÛiØh cache¹ÓÔØiÑiÞed ÔÖefeØchiÒg B ¹ÌÖee× [6] fÓÖ

bÙØ ØheÒ ÓÖgaÒiÞe Øhe keÝ× aÒd Ô ÓiÒØeÖ× iÒ each Ôage¹×iÞed

×eaÖche׺ Ìhe ¬gÙÖe ×hÓÛ× Øhe ×iÑÙÐaØed eÜecÙØiÓÒ ØiÑe

ÒÓ de iÒØÓ a cache¹ÓÔØiÑiÞed ØÖee¸ a× ×hÓÛÒ iÒ FigÙÖe 5º

·

´ÒÓÖÑaÐiÞed ØÓ di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee×µ fÓÖ Ô eÖfÓÖÑiÒg ¾¼¼¼

Ìhe ÐaÖge cÓÒØigÙÓÙ× aÖÖaÝ iÒ a ØÖadiØiÓÒaÐ di×k¹ÓÔØiÑiÞed

·

ÖaÒdÓÑ ×eaÖche× afØeÖ each ØÖee ha× b eeÒ bÙÐkÐÓaded ÛiØh

B ¹ÌÖee Ôage i× ÖeÔÐaced bÝ a ×ÑaÐÐ cache¹ÓÔØiÑiÞed ØÖee¸

½¼ ÑiÐÐiÓÒ keÝ× ÓÒ a ÑeÑÓÖÝ ×Ý×ØeÑ ×iÑiÐaÖ ØÓ Øhe CÓÑÔaÕ

ÛhichÛe caÐÐ aÒ iÒ¹Ôage ØÖeeº ÇÙÖ iÒ¹Ôage ØÖee× aÖe ÑÓ d¹

·

EË4¼ [9]|deØaiÐ× aÖe ÔÖÓÚided ÐaØeÖ iÒ ËecØiÓÒ 4º½º EÜecÙ¹

eÐed afØeÖ ÔB ¹ÌÖee׸ b ecaÙ×e ØheÝ ÛeÖe ×hÓÛÒ ØÓ haÚe Øhe

ØiÓÒ ØiÑe i× bÖÓkeÒ dÓÛÒ iÒØÓ bÙ×Ý ØiÑe¸ daØa cache ×ØaÐÐ׸

b e×Ø cache Ô eÖfÓÖÑaÒce fÓÖ ÑeÑÓÖݹÖe×ideÒØ daØa ÛiØh ¬Üed¹

aÒd ÓØheÖ ×ØaÐÐ׺ A× Ûe ×ee iÒ FigÙÖe ¿´bµ¸ di×k¹ÓÔØiÑiÞed

ÐeÒgØh keÝ× [6]º Ìhe aÔÔÖÓach¸ hÓÛeÚeÖ¸ caÒ b e aÔÔÐied ØÓ

·

B ¹ÌÖee× ×Ô eÒd ×igÒi¬caÒØÐÝ ÑÓÖe ØiÑe ×ØaÐÐed ÓÒ daØa cache

aÒÝ cache¹ÓÔØiÑiÞed ØÖeeº

· 4

· ·

Ñi××e× ØhaÒ ÔÖefeØchiÒg B ¹ÌÖee׺ º

A× iÒ a ÔB ¹ÌÖee¸ aÒ fÔB ¹ÌÖee iÒ¹Ôage ØÖee ha× ÒÓ de×

ØhaØ aÖe aÐigÒed ÓÒ cache ÐiÒe b ÓÙÒdaÖie׺ Each iÒ¹Ôage ÒÓ de

¿

Ìhe i××Ùe× aÒd ×ÓÐÙØiÓÒ× iÒ Øhi× ÔaÔ eÖ aÖe aÐ×Ó iÑÔ ÓÖØaÒØ fÓÖ ÚaÖiabÐe

ÐeÒgØh keÝ׸ ÛhichhaÚe ØheiÖ ÓÛÒ added cÓÑÔÐicaØiÓÒ× iÒ ØÖÝiÒg ØÓ

iÒ×ØÖÙcØiÓÒ ÓÚeÖhead a××Ó ciaØed ÛiØh bÙ«eÖ Ô Ó ÓÐ ÑaÒageÑeÒØ; ÒÓØe

ÓbØaiÒ gÓ Ó d cache Ô eÖfÓÖÑaÒce [5]º DeØaiÐ× aÖe iÒ Øhe fÙÐÐ ÔaÔ eÖ [7]º

ØhaØ Øhi× dÓ e× ÒÓØ ØÖaÒ×ÐaØe iÒØÓ eÜØÖa daØa cache ×ØaÐÐ ØiÑe dÙe ØÓ

4 ·

Ìhe eÜØÖa \bÙ×Ý" ØiÑe fÓÖ di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee× i× dÙe ØÓ Øhe hÓÛÛe cÓÒdÙcØ ÓÙÖ ×iÑÙÐaØiÓÒ׸ a× di×cÙ××ed ÐaØeÖ iÒ ËecØiÓÒ 4º½

i× ×eÚeÖaÐ cache ÐiÒe× Ûideº ÏheÒ aÒ iÒ¹Ôage ÒÓ de i× ØÓ b e

page control info

Úi×iØed a× ÔaÖØ Óf a ×eaÖch¸ aÐÐ Øhe cache ÐiÒe× cÓÑÔÖi×iÒg Øhe

ÒÓ de aÖe ÔÖefeØchedº ÌhaØ i׸ Øhe ÔÖefeØch ÖeÕÙe×Ø× fÓÖ Øhe×e

ÐiÒe× aÖe i××Ùed ÓÒe afØeÖ aÒÓØheÖ ÛiØhÓÙØ ÛaiØiÒg fÓÖ Øhe

eaÖÐieÖ ÓÒe× ØÓ cÓÑÔÐeØeº ÄeØ Ì deÒÓØe Øhe fÙÐÐ ÐaØeÒcÝ Óf

½

a cache Ñi×× aÒd Ì deÒÓØe Øhe ÐaØeÒcÝ Óf aÒ addiØiÓÒaÐ

ÒeÜØ

ÔiÔ eÐiÒed cache Ñi×׺ ÌheÒ Ì ·´Û ½µ ¡ Ì i× Øhe cÓ×Ø fÓÖ

½

ÒeÜØ

´aµ a ØÛÓ¹ÐeÚeÐ ØÖee ØhaØ ÓÚeÖ­ÓÛ×

×eÖÚiciÒg aÐÐ Øhe cache Ñi××e× fÓÖ a ÒÓ de ÛiØh Û cache ÐiÒe׺

BecaÙ×e ÓÒ ÑÓ deÖÒ ÔÖÓ ce××ÓÖ׸ Ì i× ÑÙch Ðe×× ØhaÒ Ì ¸ ½

ÒeÜØ page control info

Øhi× cÓ×Ø i× ÓÒÐÝ ÑÓ de×ØÐÝ ÐaÖgeÖ ØhaÒ Øhe cÓ×Ø fÓÖ feØchiÒg

ÓÒe cache ÐiÒeº ÇÒ Øhe ÓØheÖ haÒd¸ haÚiÒg ÑÙÐØiÔÐe cache

Ô eÖ ÒÓ de iÒcÖea×e× iØ× faÒ¹ÓÙظ aÒd heÒce caÒ ÖedÙce

ÐiÒe× Unused space

Øhe heighØ Óf Øhe iÒ¹Ôage ØÖee¸ Öe×ÙÐØiÒg iÒ b eØØeÖ ÓÚeÖaÐÐ

Ô eÖfÓÖÑaÒce¸ a× deØaiÐed iÒ [6]º

·

Di×k¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× haÚe ØÛÓ kiÒd× Óf iÒ¹Ôage ÒÓ de×:

´bµ a ØÛÓ¹ÐeÚeÐ ØÖee ØhaØ ÙÒdeÖ­ÓÛ×

Ðeaf ÒÓ de× aÒd ÒÓÒÐeaf ÒÓ de׺ ÌheiÖ ÖÓÐe× iÒ Øhe ÓÚeÖaÐÐ

eÖÝ di«eÖeÒغ ÏhiÐe iÒ¹

ØÖee ´Øhe di×k¹ÓÔØiÑiÞed ÚieÛµ aÖe Ú page control info

Ôage ÒÓÒÐeaf ÒÓ de× cÓÒØaiÒ Ô ÓiÒØeÖ× ØÓ ÓØheÖ iÒ¹Ôage ÒÓ de×

ÛiØhiÒ Øhe ×aÑe Ôage¸ iÒ¹Ôage Ðeaf ÒÓ de× cÓÒØaiÒ Ô ÓiÒØeÖ×

ØÓ ÒÓ de× eÜØeÖÒaÐ ØÓ ØheiÖ iÒ¹Ôage ØÖeeº ÌhÙ׸ fÓÖ iÒ¹Ôage

ÒÓÒÐeaf ÒÓ de׸ Ûe Ôack ÑÓÖe eÒØÖie× iÒØÓ eachÒÓdebÝ Ù×iÒg

×hÓÖØ iÒ¹Ôage Ó«×eØ× iÒ×Øead Óf fÙÐÐ Ô ÓiÒØeÖ׺ BecaÙ×e aÐÐ iÒ¹

Ôage ÒÓ de× aÖe aÐigÒed ÓÒ cache ÐiÒe b ÓÙÒdaÖie׸ Øhe Ó«×eØ×

´cµ addiÒg a ØhiÖd ÐeÚeÐ ØÓ Øhe ØÖee iÒ ´bµ caÙ×e× aÒ ÓÚeÖ­ÓÛ

caÒ b e iÑÔÐeÑeÒØed a× a ÒÓ de³× ×ØaÖØiÒg cache ÐiÒe ÒÙÑbeÖ

iÒ Øhe Ôageº FÓÖ eÜaÑÔÐe¸ if Øhe cache ÐiÒe i× 64 bÝØe׸ ØheÒ

FigÙÖe 6: Ìhe ÒÓ de ×iÞe Ñi×ÑaØch ÔÖÓbÐeÑ

a¾bÝØe Ó«×eØ caÒ ×ÙÔÔ ÓÖØ Ôage ×iÞe× ÙÔ ØÓ 4ÅBº ÇÒ Øhe

ÓØheÖ haÒd¸ iÒ¹Ôage Ðeaf ÒÓ de× cÓÒØaiÒ chiÐd Ôage ÁD× if Øhe

i× ÒÓØ a Ðeaf iÒ Øhe ÓÚeÖaÐÐ ØÖee¸ aÒd ØÙÔÐe ÁD× if Øhe

Ôage page control info

Ôage i× a Ðeafº

Ìhe ÒÓ de ×iÞe Ñi×ÑaØch ÔÖÓbÐeѺ CÓÒ×ideÖiÒg cache

Ô eÖfÓÖÑaÒce ÓÒÐݸ ØheÖe i× aÒ ÓÔØiÑaÐ iÒ¹Ôage ÒÓ de ×iÞe¸ de¹

ØeÖÑiÒed bÝ ÑeÑÓÖÝ ×Ý×ØeÑ ÔaÖaÑeØeÖ× aÒd keÝ aÒd Ô ÓiÒØeÖ

×iÞe× [6]º ÁdeaÐÐݸ iÒ¹Ôage ØÖee× ba×ed ÓÒ Øhi× ÓÔØiÑaÐ ×iÞe

´aµ Ù×e ×ÑaÐÐeÖ ÒÓ de× ÛheÒ ÓÚeÖ­ÓÛ

¬Ø ØighØÐÝ ÛiØhiÒ a Ôageº ÀÓÛeÚeÖ¸ Øhe ÓÔØiÑaÐ Ôage ×iÞe

deØeÖÑiÒed bÝ Á»Ç ÔaÖaÑeØeÖ× aÒd di×k aÒd ÑeÑÓÖÝ

i× page control info

ÔÖice× [½¾¸ ½5]º ÌhÙ× ØheÖe i× ÐikeÐÝ a Ñi×ÑaØch beØÛeeÒ

Øhe ØÛÓ ×iÞe׸ a× deÔicØed iÒ FigÙÖe 6º FigÙÖe 6´aµ ×hÓÛ×

aÒ ÓÚeÖ­ÓÛ ×ceÒaÖiÓ iÒ Ûhich a ØÛÓ¹ÐeÚeÐ ØÖee ÛiØh cache¹

ÓÔØiÑaÐ ÒÓ de ×iÞe× faiÐ× ØÓ ¬Ø ÛiØhiÒ Øhe Ôageº FigÙÖe 6´bµ

×hÓÛ× aÒ ÙÒdeÖ­ÓÛ ×ceÒaÖiÓ iÒ Ûhicha ØÛÓ¹ÐeÚeÐ ØÖee ÛiØh

cache¹ÓÔØiÑaÐ ÒÓ de ×iÞe× ÓÒÐÝ Ó ccÙÔie× haÐf a Ôage¸ bÙØ a

´bµ Ù×e ÐaÖgeÖ ÒÓ de× ÛheÒ ÙÒdeÖ­ÓÛ

ØhÖee¹ÐeÚeÐ ØÖee¸ a× deÔicØed iÒ FigÙÖe 6´cµ¸ ÓÚeÖ­ÓÛ× Øhe

Ôageº ÌhÙ׸ iÒ ÑÓ×Ø ca×e׸ ÛeÑÙ×Ø giÚeÙÔÓÒhaÚiÒg ØÖee×

FigÙÖe 7: FiØØiÒg cache¹ÓÔØiÑiÞed ØÖee× iÒ a Ôage

ÛiØh cache¹ÓÔØiÑaÐ ÒÓ de ×iÞe׸ iÒ ÓÖdeÖ ØÓ ¬Ø ÛiØhiÒ Øhe Ôageº

´ËecØiÓÒ ¿º¾ de×cÖib e× aÒ aÐØeÖÒaØiÚe \cache¹¬Ö×Ø" aÔÔÖÓach

ÚaÖiabÐe× ØhaØ Ûe caÒ adjÙ×Ø ØÓ achieÚe Øhe gÓaÐ×: Øhe ÒÙѹ

ØhaØ iÒ×Øead giÚe× ÙÔ ÓÒ haÚiÒg Øhe cache¹ÓÔØiÑiÞed ØÖee× ¬Ø

b eÖ Óf ÐeÚeÐ× iÒ Øhe iÒ¹Ôage ØÖee ´deÒÓØed ĵ¸ Øhe ÒÙÑbeÖ Óf

ÒiceÐÝ ÛiØhiÒ Ôage b ÓÙÒdaÖie׺µ

he ÐiÒe× Óf Øhe ÒÓÒÐeaf ÒÓ de× ´deÒÓØed Û µ aÒd Øhe ÒÙÑbeÖ

3.1.1 Determining Optimal In-page Node Sizes cac

Óf cache ÐiÒe× Óf Øhe Ðeaf ÒÓ de× ´deÒÓØed ܵº ÀeÖe Ûe deØeÖ¹

ÇÙÖ gÓaÐ× aÖe ØÓ ÓÔØiÑiÞe ×eaÖch Ô eÖfÓÖÑaÒce aÒd ØÓ Ñaܹ

ÑiÒe Øhe ÓÔØiÑaÐ ÒÓ de ×iÞe× fÓÖ aÒ iÒ¹Ôage ØÖee¸ giÚeÒ Øhe

iÑiÞe Ôage faÒ¹ÓÙØ fÓÖ Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒceº ÌÓ ×ÓÐÚe Øhe ÒÓ de

haÖdÛaÖe ÔaÖaÑeØeÖ× aÒd Øhe Ôage ×iÞeº A××ÙÑe Ûe kÒÓÛ

×iÞe Ñi×ÑaØch ÔÖÓbÐeѸ Ûe giÚe ÙÔ Ù×iÒg cache¹ÓÔØiÑaÐ ÒÓ de

Ì i× Øhe fÙÐÐ ÐaØeÒcÝ Óf a cache Ñi×׸ aÒd Ì i× Øhe ÐaØeÒcÝ

½

ÒeÜØ

·

×iÞe× iÒ di×k¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee׺ ÁÒ addiØiÓÒ¸ Ûe ÔÖÓÔ Ó×e ØÓ aй

Óf aÒ addiØiÓÒaÐ ÔiÔ eÐiÒed ´ÔÖefeØchedµ cache Ñi×׺ ÌheÒ Øhe

ÐÓÛ di«eÖeÒØ ÒÓ de ×iÞe× fÓÖ di«eÖeÒØ ÐeÚeÐ× Óf Øhe iÒ¹Ôage

cÓ×Ø Óf ×eaÖchiÒg ØhÖÓÙgh aÒ Ä ÐeÚeÐ iÒ¹Ôage ØÖee i×

ØÖeeº A× ×hÓÛÒ iÒ FigÙÖe 7¸ ØÓ cÓÑbaØ ÓÚeÖ­ÓÛ¸ Ûe caÒ Öe¹

cÓ×Ø = ´Ä ½µ[Ì ·´Û ½µÌ ]·Ì ·´Ü ½µÌ

½ ½

ÒeÜØ ÒeÜØ

dÙce Øhe ÖÓ ÓØ ÒÓ de ´ÓÖ Öe×ØÖicØ iØ× faÒ¹ÓÙص a× iÒ FigÙÖe 7´aµº

ËiÑiÐaÖÐݸØÓcÓÑbaØ ÙÒdeÖ­ÓÛ¸ Ûe caÒ eÜØeÒd Øhe ÖÓ ÓØ ÒÓ de

ÏeÛaÒØ ØÓ ×eÐecØ Ä¸ Û ¸ aÒd Ü ×Ó a× ØÓ ÑiÒiÑiÞe cÓ×Ø ÛhiÐe

×Ó ØhaØ iØ caÒ haÚe ÑÓÖe chiÐdÖeÒ¸ a× iÒ FigÙÖe 7´bµº

ÑaÜiÑiÞiÒg Ôage faÒ¹ÓÙغ

BÙØ aÐÐÓÛiÒg aÖbiØÖaÖiÐÝ ÑaÒÝ ×iÞe× iÒ Øhe ×aÑe ØÖee ÛiÐÐ

ÀÓÛeÚeÖ¸ Øhe×e ØÛÓ gÓaÐ× aÖe cÓÒ­icØiÒgº ÅÓÖeÓÚeÖ¸ Ûe

Ñake iÒdeÜ ÓÔ eÖaØiÓÒ× ØÓ Ó cÓÑÔÐicaØedº ÌÓkeeÔ ÓÔ eÖaØiÓÒ×

Ób×eÖÚed eÜÔ eÖiÑeÒØaÐÐÝ ØhaØ b ecaÙ×e Óf ¬Üed cÓ×Ø× ×Ùch

ÑaÒageabÐe¸ ÒÓØiÒg ØhaØ Ûe aÐÖeadÝ haÚe ØÓ deaÐ ÛiØh dif¹

a× iÒ×ØÖÙcØiÓÒ ÓÚeÖhead¸ ×ÑaÐÐ ÚaÖiaØiÓÒ× iÒ cÓ×Ø Öe×ÙÐØed iÒ

feÖeÒØ ÒÓÒ¹Ðeaf aÒd Ðeaf ÒÓ de ×ØÖÙcØÙÖe׸ Ûe iÒ×Øead deÚeÐÓÔ

×iÑiÐaÖ ×eaÖch Ô eÖfÓÖÑaÒceº ÌhÙ׸ Ûe cÓÑbiÒe Øhe ØÛÓ ÓÔ¹

aÒ aÔÔÖÓach ØhaØ Ô eÖÑiØ× aÒ iÒ¹Ôage ØÖee ØÓ haÚeØÛÓÒÓde

ØiÑiÞaØiÓÒ gÓaÐ× iÒØÓ ÓÒe gÓaÐ G : ÑaÜiÑiÞe Øhe Ôage faÒ¹ÓÙØ

×iÞe×: ÓÒe fÓÖ iØ× ÐeaÚe× aÒd ÓÒe fÓÖ iØ× ÒÓÒÐeaÚe׺ A× Ûe

ÛhiÐe ÑaiÒØaiÒiÒg Øhe aÒaÐÝØicaÐ ×eaÖch cÓ×Ø ØÓ be ÛiØhiÒ

×haÐÐ ×ee¸ Øhi× ­eÜibiÐiØÝ i× ×ÙÆcieÒØØÓachieÚe ÓÙÖ gÓaÐ׺

½¼± Óf Øhe ÓÔØiÑaк

ÆÓÛÛe ×iÑÔÐÝ eÒÙÑeÖaØe aÐÐ Øhe Öea×ÓÒabÐe cÓÑbiÒaØiÓÒ× ÇÔØiÑaÐ ÒÓ de ×iÞe׺ AØ a high¹ÐeÚeи ØheÖe aÖe ØhÖee

¾

Óf Û aÒd Ü ´eºgº¸ ½¹¿¾ ÐiÒe׸ ØhÙ× ¿¾ = ½¼¾4 cÓÑbiÒaØiÓÒ×µº

FÓÖ each cÓÑbiÒaØiÓÒ¸ Ûe cÓÑÔÙØe Øhe ÑaÜiÑÙÑ Ä ØhaØ

h iÒ ØÙÖÒ aÐÐÓÛ× cÓ×Ø ÙØiÐiÞe× Øhe ÑÓ×Ø ×Ôace iÒ Øhe Ôage¸ Ûhic Nonleaf nodes

Aggressive Placement Overflow pages for

e caÒ aÔÔÐÝ G aÒd ¬Òd

aÒd faÒ¹ÓÙØ ØÓ b e cÓÑÔÙØedº ÌheÒ Û . . leaf node parents

Øhe ÓÔØiÑaÐ ÒÓ de ÛidØh׺ ÌabÐe ¾ iÒ ËecØiÓÒ 4 deÔicØ× Øhe Ø׺ ÆÓØe ØhaØ Øhe

ÓÔØiÑaÐ ÒÓ de ÛidØh× Ù×ed iÒ ÓÙÖ eÜÔ eÖiÑeÒ . . . .

ÓÔØiÑaÐ deci×iÓÒ i× Ñade ÓÒÐÝ ÓÒce ÛheÒ cÖeaØiÒg aÒ iÒdeܺ

ËÓ Øhe cÓ×Ø Óf eÒÙÑeÖaØiÓÒ i× ×ÑaÐк 3.1.2 Operations

Leaf nodes in leaf pages

BÙÐkÐÓadº BÙÐkÐÓadiÒg a ØÖee ÒÓÛ ha× ÓÔ eÖaØiÓÒ× aØ ØÛÓ

gÖaÒÙÐaÖiØie׺ AØ a Ôage gÖaÒÙÐaÖiØݸ Ûe fÓÐÐÓÛ Øhe cÓѹ

·

FigÙÖe 8: Cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee de×igÒ

·

ÑÓÒ B ¹ÌÖee bÙÐkÐÓad aÐgÓÖiØhÑ ÛiØh Øhe ÑaÜiÑÙÑ faÒ¹ÓÙØ

cÓÑÔÙØed bÝ ÓÙÖ ÔÖeÚiÓÙ× cÓÑÔÙØaØiÓÒ׺ ÁÒ×ide each Ôage¸

iØ× chiÐdÖeÒ ØÓgeØheÖ iÒØÓ Øhe ×aÑe Ôage ×Ó ØhaØ ×eaÖche× ÓÒÐÝ

Ûe bÙÐkÐÓad aÒ iÒ¹Ôage ØÖee Ù×iÒg a ×iÑiÐaÖ bÙÐkÐÓad aÐgÓ¹

Òeed ÓÒe di×k ÓÔ eÖaØiÓÒ fÓÖ a ÔaÖeÒØ aÒd iØ× chiÐdº

ÖiØhѺ FÓÖ iÒ¹Ôage ØÖee× Óf Ðeaf Ôage׸ Ûe ØÖÝ ØÓ di×ØÖibÙØe

ÌÓ ×aØi×fÝ Øhe ¬Ö×Ø gÓaи Ûe de×igÒaØe ceÖØaiÒ Ôage× a× Ðeaf

eÒØÖie× acÖÓ×× aÐÐ iÒ¹Ôage Ðeaf ÒÓ de× ×Ó ØhaØ iÒ×eÖØiÓÒ× aÖe

Ôage׸ Ûhich cÓÒØaiÒ ÓÒÐÝ Ðeaf ÒÓ de׺ Ìhe Ðeaf ÒÓ de× iÒ Øhe

ÑÓÖe ÐikeÐÝ ØÓ ¬Òd eÑÔØÝ ×ÐÓØ׺ BÙØ fÓÖ ÒÓÒÐeaf Ôage׸ Ûe

×aÑe Ðeaf Ôage aÖe ×ibÐiÒg× Óf ÓÒe aÒÓØheÖº Ìhi× eÒ×ÙÖe×

×iÑÔÐÝ ÔackeÒØÖie× iÒØÓ ÓÒe iÒ¹Ôage Ðeaf ÒÓ de afØeÖ aÒÓØheÖº

gÓ Ó d ÖaÒge ×caÒ Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒceº

Ïe ÑaiÒØaiÒ a ÐiÒked Ði×Ø Óf aÐÐ iÒ¹Ôage Ðeaf ÒÓ de× Óf Ðeaf

CÐeaÖÐݸ Øhe ×ecÓÒd gÓaÐ caÒÒÓØ b e ×aØi׬ed fÓÖ aÐÐ ÒÓ de׸

Ôage× iÒ Øhe ØÖee¸ iÒ ÓÖdeÖº

b ecaÙ×e ÓÒÐÝ a ÐiÑiØed ÒÙÑb eÖ Óf ÒÓ de× ¬Ø ÛiØhiÒ a Ôageº

ÅÓÖeÓÚeÖ¸ Øhe ÒÓ de ×iÞe Ñi×ÑaØch ÔÖÓbÐeÑ ´ÖecaÐÐ FigÙÖe 6µ

ËeaÖchº ÌÛÓ gÖaÒÙÐaÖiØie׸ bÙØ ×ØÖaighØfÓÖÛaÖdº

ÑeaÒ× ØhaØ ÔÐaciÒg a ÔaÖeÒØ aÒd iØ× chiÐdÖeÒ iÒ a Ôage aй

ÑÓ×Ø aÐÛaÝ× Öe×ÙÐØ× iÒ eiØheÖ aÒ ÓÚeÖ­ÓÛ ÓÖ aÒ ÙÒdeÖ­ÓÛ fÓÖ

ÁÒ×eÖØiÓÒº ÁÒ×eÖØiÓÒ i× aÐ×Ó cÓÑÔ Ó×ed Óf ÓÔ eÖaØiÓÒ× aØ

ØhaØ Ôageº Ïe caÒ ÓfØeÒ ØÖaÒ×fÓÖÑ a ÐaÖge ÙÒdeÖ­ÓÛiÒØÓ aÒ

ØÛÓ gÖaÒÙÐaÖiØie׺ Áf ØheÖe aÖe eÑÔØÝ ×ÐÓØ× iÒ Øhe iÒ¹Ôage Ðeaf

ÓÚeÖ­ÓÛbÝ ÔÐaciÒg Øhe gÖaÒdchiÐdÖeÒ¸ Øhe gÖeaØ gÖaÒdchiй

ÒÓ de¸ Ûe iÒ×eÖØ Øhe eÒØÖÝ iÒØÓ Øhe ×ÓÖØed aÖÖaÝ fÓÖ Øhe ÒÓ de¸

dÖeÒ¸ aÒd ×Ó ÓÒ iÒ Øhe ×aÑe Ôage¸ ÙÒØiÐ Ûe iÒcÙÖ eiØheÖ ÓÒÐÝ

bÝ cÓÔÝiÒg Øhe aÖÖaÝeÒØÖie× ÛiØh ÐaÖgeÖ keÝ ÚaÐÙe× ØÓ Ñake

a ÑÓ de×Ø ÙÒdeÖ­ÓÛ ´iÒ Ûhich ca×e Ûe aÖe ×aØi׬ed ÛiØh Øhe

ÖÓ ÓÑ fÓÖ Øhe ÒeÛ eÒØÖݺ ÇØheÖÛi×e¸ Ûe Òeed ØÓ ×ÔÐiØ Øhe Ðeaf

ÔÐaceÑeÒص ÓÖ aÒ ÓÚeÖ­ÓÛ ´×ee FigÙÖe× 6´bµ aÒd ´cµµº

ÒÓ de iÒØÓ ØÛÓº Ïe ¬Ö×Ø ØÖÝ ØÓ aÐÐÓ caØe ÒeÛ ÒÓ de× iÒ Øhe

ÌheÖe aÖe ØÛÓ aÔÔÖÓache× fÓÖ deaÐiÒg ÛiØh Øhe ÓÚeÖ­ÓÛº

Ôageº Áf ØheÖe i× ÒÓ ×Ôace fÓÖ ×ÔÐiØØiÒg ÙÔ Øhe iÒ¹Ôage ØÖee¸

FiÖ×ظ aÒ ÓÚeÖ­ÓÛed chiÐd caÒ b e ÔÐaced iÒØÓ iØ× ÓÛÒ Ôage

bÙØ Øhe ØÓØaÐ ÒÙÑbeÖ Óf eÒØÖie× iÒ Øhe Ôage i× ×ØiÐÐ faÖ feÛeÖ

ØÓ b ecÓÑe Øhe ØÓÔ¹ÐeÚeÐ ÒÓ de iÒ ØhaØ Ôageº Ïe ØheÒ ×eek ØÓ

ØhaÒ Øhe Ôage ÑaÜiÑÙÑ faÒ¹ÓÙظ Ûe ÖeÓÖgaÒiÞe Øhe iÒ¹Ôage

ÔÐace iØ× chiÐdÖeÒ iÒ Øhe ×aÑe Ôageº Ìhi× aggÖe××iÚe ÔÐace¹

ØÖee aÒd iÒ×eÖØ Øhe eÒØÖÝ ØÓ aÚÓid eÜÔ eÒ×iÚe Ôage ×ÔÐiØ׺ BÙØ

ÑeÒØ heÐÔ× ÑiÒiÑiÞe di×k acce××e× ÓÒ ×eaÖche׺ ËecÓÒd¸ aÒ

if Øhe ØÓØaÐ ÒÙÑbeÖ Óf eÒØÖie× i× ÕÙiØe cÐÓ×e ØÓ Øhe ÑaÜiÑÙÑ

ÓÚeÖ­ÓÛed chiÐd caÒ b e ×ØÓÖed iÒ ×Ô eciaÐ ÓÚeÖ­ÓÛ Ôage׺ Ìhi×

faÒ¹ÓÙØ ´feÛeÖ ØhaÒ aÒ eÑÔØÝ ×ÐÓØ Ô eÖ iÒ¹Ôage Ðeaf ÒÓ deµ¸ Ûe

i× Øhe ÓÒÐÝ Öea×ÓÒabÐe ×ÓÐÙØiÓÒ fÓÖ ÓÚeÖ­ÓÛed Ðeaf ÔaÖeÒØ

×ÔÐiØ Øhe Ôage bÝ cÓÔÝiÒg haÐf Óf Øhe iÒ¹Ôage Ðeaf ÒÓ de× ØÓ a

ÒÓ de׸ b ecaÙ×e ØheiÖ chiÐdÖeÒ aÖe ×ØÓÖed iÒ Ðeaf Ôage׺

ÒeÛ Ôage aÒd ØheÒ ÖebÙiÐdiÒg Øhe ØÛÓ iÒ¹Ôage ØÖee× iÒ ØheiÖ

ÇÙÖ ÒÓ de ÔÐaceÑeÒØ×cheÑe i× ×ÙÑÑaÖiÞed iÒ FigÙÖe 8º

Öe×Ô ecØiÚe Ôage׺

FÓÖ ÒÓÒÐeaf ÒÓ de׸ Ûe Ù×e Øhe aggÖe××iÚe ÒÓ de ÔÐaceÑeÒØ fÓÖ

DeÐeØiÓÒº DeÐeØiÓÒ i× ×iÑÔÐÝ a ×eaÖch fÓÐÐÓÛed bÝ a ÐaÞÝ

gÓ Ó d ×eaÖch Ô eÖfÓÖÑaÒce¸ eÜceÔØ fÓÖ Ðeaf ÔaÖeÒØ׸ Ûhich Ù×e

deÐeØiÓÒ Óf aÒ eÒØÖÝ iÒ a Ðeaf ÒÓ de¸ iÒ ÛhichÛe cÓÔÝ Øhe aÖÖaÝ

ÓÚeÖ­ÓÛ Ôage׺ Äeaf ÒÓ de× aÖe ×ØÓÖed iÒ Ðeaf¹ÓÒÐÝ Ôage׸ fÓÖ

eÒØÖie× ÛiØh ÐaÖgeÖ keÝ ÚaÐÙe× ØÓ keeÔ Øhe aÖÖaÝ cÓÒØigÙÓÙ׸

gÓ Ó d ÖaÒge ×caÒ Ô eÖfÓÖÑaÒceº

bÙØ Ûe dÓ ÒÓØ ÑeÖge Ðeaf ÒÓ de× ØhaØ b ecÓÑe haÐf eÑÔØݺ 3.2.2 Algorithms

3.2 Cache-First fpB· -Trees

ÏheÒ cÖeaØiÒg Øhe iÒdeܸ Ûe deØeÖÑiÒe Øhe ÓÔØiÑaÐ ÒÓ de

· ·

Cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× ×ØaÖØ ÛiØh a cache¹ÓÔØiÑiÞed B ¹

ÛidØh× fÓÖ cache Ô eÖfÓÖÑaÒce bÝ aÔÔÐÝiÒg Øhe ×aÑe ÓÔØi¹

ÌÖee¸ igÒÓÖiÒg Ôage b ÓÙÒdaÖie׸ aÒd ØheÒ ØÖÝ ØÓ iÒØeÐÐigeÒØÐÝ

ÑiÞaØiÓÒ gÓaÐ G Ù×ed iÒ Øhe di×k¹¬Ö×Ø aÔÔÖÓachº ÌabÐe ¾

ÔÐace Øhe cache¹ÓÔØiÑiÞed ÒÓ de× iÒØÓ di×k Ôage׺ Ìhe ØÖee

iÒ ËecØiÓÒ 4 deÔicØ× Øhe ÓÔØiÑaÐ ÒÓ de ÛidØh× Ù×ed iÒ ÓÙÖ

·

ÒÓ de ha× Øhe cÓÑÑÓÒ ×ØÖÙcØÙÖe Óf a cache¹ÓÔØiÑiÞed B ¹

eÜÔ eÖiÑeÒØ׺ DeØaiÐ× aÖe iÒ Øhe fÙÐÐ ÔaÔ eÖ [7]º

ÌÖee ÒÓ de: a Ðeaf ÒÓ de cÓÒØaiÒ× aÒ aÖÖaÝÓfkeÝ× aÒd ØÙÔÐe

ÏeÒÓÛ cÓÒ×ideÖ each Óf Øhe iÒdeÜ ÓÔ eÖaØiÓÒ׺

ÁD׸ ÛhiÐe a ÒÓÒÐeaf ÒÓ de cÓÒØaiÒ× aÒ aÖÖaÝ Óf keÝ× aÒd

BÙÐkÐÓadº Ïe fÓ cÙ× ÓÒ hÓÛØÓachieÚe Øhe ÒÓ de ÔÐace¹

Ô ÓiÒØeÖ׺ ÀÓÛeÚeÖ¸ Øhe Ô ÓiÒØeÖ× iÒ ÒÓÒÐeaf ÒÓ de× aÖe di«eÖ¹

ÑeÒØ deÔicØed iÒ FigÙÖe 8º Äeaf ÒÓ de× aÖe ×iÑÔÐÝ ÔÐaced

eÒغ ËiÒce Øhe ÒÓ de× aÖe ØÓ b e ÔÙØ iÒØÓ di×k Ôage׸ a Ô ÓiÒØeÖ

cÓÒ×ecÙØiÚeÐÝ iÒ Ðeaf Ôage׸ aÒd ÐiÒked ØÓgeØheÖ ÛiØh ×ib¹ i× a cÓÑbiÒaØiÓÒ Óf a Ôage ÁD aÒd aÒ Ó«×eØ iÒ Øhe Ôage¸

ÐiÒg ÐiÒk׸ a× ×hÓÛÒ iÒ Øhe ¬gÙÖeº ÆÓÒÐeaf ÒÓ de× aÖe ÔÐaced Ûhich aÐÐÓÛ× Ù× ØÓ fÓÐÐÓÛ Øhe Ôage ÁD ØÓ ÖeØÖieÚe a di×k Ôage

accÓÖdiÒg ØÓ Øhe aggÖe××iÚe ÔÐaceÑeÒØ×cheÑe¸ a× fÓÐÐÓÛ׺ aÒd ØheÒ Úi×iØ a ÒÓ de iÒ Øhe Ôage bÝ iØ× Ó«×eغ ÆÓ de× aÖe

FiÖ×ظ Ûe cÓÑÔÙØe ´iµ Øhe ÑaÜiÑÙÑ ÒÙÑb eÖ Óf ÐeÚeÐ× Óf a

aÐigÒed ÓÒ cache ÐiÒe b ÓÙÒdaÖie׸ ×Ó Øhe iÒ¹Ôage Ó«×eØ i× Øhe

fÙÐÐ ×ÙbØÖee ØhaØ ¬Ø ÛiØhiÒ a Ôage¸ aÒd ´iiµ Øhe Öe×ÙÐØiÒg ÙÒ¹

ÒÓ de³× ×ØaÖØiÒg cache ÐiÒe ÒÙÑb eÖ iÒ Øhe Ôage

deÖ­ÓÛ fÓÖ ×Ùch a ×ÙbØÖee¸ iºeº¸ hÓÛ ÑaÒÝ addiØiÓÒaÐ ÒÓ de× Ïe b egiÒ bÝ de×cÖibiÒg hÓÛ ØÓ ÔÐace ÒÓ de× iÒØÓ di×k Ôage×

¬Ø ÛiØhiÒ Øhe Ôageº FÓÖ eÜaÑÔÐe¸ if each ÒÓ de iÒ Øhe fÙÐÐ iÒaÛaÝ ØhaØ ÛiÐÐ ÑiÒiÑiÞe Øhe ×ØÖÙcØÙÖe³× iÑÔacØ ÓÒ di×k

×ÙbØÖee ha× 69 chiÐdÖeÒ¸ bÙØ a Ôage caÒ hÓÐd ÓÒÐÝ ¾¿ ÒÓ de׸ Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce¸ b efÓÖe ÔÖe×eÒØiÒg ÓÙÖ bÙÐkÐÓad¸ iÒ×eÖØiÓÒ¸

ØheÒ ÓÒÐÝ ÓÒe ÐeÚeÐ ¬Ø× cÓÑÔÐeØeÐÝ aÒd Øhe Öe×ÙÐØiÒg ÙÒdeÖ¹ ×eaÖch¸ aÒd deÐeØiÓÒ aÐgÓÖiØhÑ׺

­ÓÛ i× ¾¾ ÒÓ de׺ Ïe cÖeaØe a biØÑaÔ ÛiØh ÓÒe biØ fÓÖ each

hiÐd ´69 biØ× iÒ ÓÙÖ eÜaÑÔÐeµ¸ aÒd ×eØ a biØ fÓÖ eachchiÐd

3.2.1 Node Placement c

ØhaØ i× ØÓ b e ÔÐaced ÛiØh Øhe ÔaÖeÒØ ´¾¾ biØ× iÒ ÓÙÖ eÜaÑÔÐe¸ ÌheÖe aÖe ØÛÓ gÓaÐ× iÒ ÒÓ de ÔÐaceÑeÒØ: ´½µ gÖÓÙÔ ×ibÐiÒg

if Ûe aÖe bÙÐkÐÓadiÒg ½¼¼± fÙÐеº Ïe ×ÔÖead Øhe×e ×eØ biØ× Ðeaf ÒÓ de× ØÓgeØheÖ iÒØÓ Øhe ×aÑe Ôage ×Ó ØhaØ ÖaÒge ×caÒ×

a× eÚeÒÐÝ a× Ô Ó××ibÐe ÛiØhiÒ Øhe biØÑaÔº iÒcÙÖ feÛeÖ di×k ÓÔ eÖaØiÓÒ׸ aÒd ´¾µ gÖÓÙÔ a ÔaÖeÒØ ÒÓ de aÒd

Ô eÖfÓÖÑaÒceº ÏeÒÓÛ highÐighØ ×ÓÑe Óf Øhe deØaiÐ׺

·

ÁÒ di×k¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee׸ b ÓØh Ðeaf Ôage× aÒd Ðeaf ÔaÖeÒØ

Úe iÒ¹Ôage ØÖee׺ FÓÖ Á»Ç ÔÖefeØchiÒg¸ Ûe bÙiÐd aÒ

A A 1 A 2 Ôage× ha

iÒØeÖÒaÐ jÙÑÔ¹Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝbÝ addiÒg ×ibÐiÒg ÐiÒk× b eØÛeeÒ

´aµ b efÓÖe ÒÓ de ×ÔÐiØ ´bµ ×ÔÐiØ ÒÓ de A iÒØÓ A aÒd A

½ ¾

aÐÐ iÒ¹Ôage Ðeaf ÒÓ de× ØhaØ aÖe iÒ Ðeaf ÔaÖeÒØ Ôage׸ b ecaÙ×e

cÓÐÐecØiÚeÐÝ Øhe×e ÒÓ de× Ô ÓiÒØ ØÓ aÐÐ Øhe Ðeaf Ôage׺ FÓÖ cache

ÔÖefeØchiÒg¸ Ûe bÙiÐd a ×ecÓÒd iÒØeÖÒaÐ jÙÑÔ¹Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝ

A 1 A 2

bÝ addiÒg ×ibÐiÒg ÐiÒk× b eØÛeeÒ aÐÐ iÒ¹Ôage Ðeaf ÔaÖeÒØ ÒÓ de×

´cµ ×ÔÐiØ Øhe Ôage iÒØÓ ØÛÓ

ØhaØ aÖe iÒ Ðeaf Ôage׸ b ecaÙ×e cÓÐÐecØiÚeÐÝ Øhe×e ÒÓ de× Ô ÓiÒØ

ØÓ aÐÐ Øhe Ðeaf ÒÓ de× Óf Øhe ÓÚeÖaÐÐ ØÖee ´iºeº¸ aÐÐ iÒ¹Ôage ÒÓ de×

FigÙÖe 9: ÆÓÒÐeaf ÒÓ de ×ÔÐiØ×

cÓÒØaiÒiÒg ØÙÔÐe ÁD×µº ÁÒ b ÓØh jÙÑÔ¹Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝ׸ ×ib¹

ÐiÒg ÐiÒk× ÛiØhiÒ a Ôage aÖe iÑÔÐeÑeÒØed a× Ôage Ó«×eØ× aÒd

A× Ûe bÙÐkÐÓad ÒÓ de× iÒØÓ a Ôage¸ ÛekeeÔ ØÖack Óf each

×ØÓÖed iÒ Øhe ÒÓ de׸ ÛhiÐe ×ibÐiÒg ÐiÒk× acÖÓ×× Ôage b ÓÙÒd¹

ÒÓ de³× ÖeÐaØiÚe ÐeÚeÐ iÒ Øhe Ôage¸ deÒÓØed iØ× iÒ¹Ôage ÐeÚeк

aÖie× aÖe iÑÔÐeÑeÒØed a× Ôage ÁD× aÒd ×ØÓÖed iÒ Øhe Ôage

Ìhe iÒ¹Ôage ÐeÚeÐ i× ×ØÓÖed iÒ Øhe ÒÓ de headeÖº Ìhe ØÓÔ

headeÖ׺

ÐeÚeÐ ÒÓ de iÒ Øhe Ôage ha× iÒ¹Ôage ÐeÚeÐ ¼º ÌÓ ÔÐace a ÒÓÒÐeaf

·

ÁÒ cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee׸ Ðeaf Ôage× cÓÒØaiÒ ÓÒÐÝ Ðeaf ÒÓ de׸

ÒÓ de¸ Ûe iÒcÖeÑeÒØ iØ× ÔaÖeÒØ³× iÒ¹Ôage ÐeÚeк Áf Øhe Öe×ÙÐØiÒg

ÛhiÐe Ðeaf ÔaÖeÒØ Ôage× caÒ b e eiØheÖ iÒ Øhe aggÖe××iÚe ÔÐace¹

ÐeÚeÐ i× Ðe×× ØhaÒ Øhe ÑaÜiÑÙÑ ÒÙÑb eÖ Óf iÒ¹Ôage ÐeÚeÐ׸ Øhe

ÑeÒØ aÖea ÓÖ iÒ ÓÚeÖ­ÓÛ Ôage׺ ÌhÙ× aØ b ÓØh Øhe Ôage aÒd

ÒÓÒÐeaf ÒÓ de i× ÔÐaced iÒ Øhe ×aÑe Ôage a× iØ× ÔaÖeÒظ a× iØ i×

cache gÖaÒÙÐaÖiØie׸ ×ibÐiÒg ÐiÒk× b eØÛeeÒ Ðeaf ÔaÖeÒØ× ÑaÝ

ÔaÖØ Óf Øhe fÙÐÐ ×ÙbØÖeeº Áf iØ eÕÙaÐ× Øhe ÒÙÑb eÖ¸ iØ i× ÔÐaced

fÖeÕÙeÒØÐÝ cÖÓ×× Ôage b ÓÙÒdaÖie× ´eºgº¸ a ×eÕÙeÒce Óf cÓÒ×ec¹

iÒ Øhe ×aÑe Ôage if Øhe cÓÖÖe×Ô ÓÒdiÒg biØ iÒ Øhe biØÑa×k i×

ÙØiÚe Ðeaf ÔaÖeÒØ× ÑaÝ b e iÒ di×ØiÒcØ ÓÚeÖÐaÔ Ôage×µº ÌhÙ×

×eغ Áf iØ i× ÒÓØ ×eظ Øhe ÒÓÒÐeaf ÒÓ de i× aÐÐÓ caØed a× Øhe ØÓÔ

Øhe iÒØeÖÒaÐ jÙÑÔ¹Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝ aÔÔÖÓach i× ÒÓØ ÛeÐÐ ×ÙiØed

ÐeÚeÐ ÒÓ de iÒ a ÒeÛ Ôage¸ ÙÒÐe×× Øhe ÒÓ de i× a Ðeaf ÔaÖeÒØ

·

fÓÖ cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee׺ ÁÒ×Øead¸ Ûe ÑaiÒØaiÒ aÒ eÜØeÖÒaÐ

ÒÓ de¸ iÒ Ûhich ca×e iØ i× ÔÐaced iÒØÓ aÒ ÓÚeÖ­ÓÛ Ôageº

jÙÑÔ¹Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝ [6] ØhaØ cÓÒØaiÒ× Øhe Ôage ÁD× fÓÖ aÐÐ Øhe

ÁÒ×eÖØiÓÒº FÓÖ iÒ×eÖØiÓÒ¸ if ØheÖe aÖe eÑÔØÝ ×ÐÓØ× iÒ Øhe

Ðeaf Ôage× ´deØaiÐ× iÒ Øhe fÙÐÐ ÔaÔ eÖ [7]µ¸ iÒ ÓÖdeÖ ØÓ Ô eÖfÓÖÑ

Ðeaf ÒÓ de¸ Øhe ÒeÛ eÒØÖÝ i× ×iÑÔÐÝ iÒ×eÖØedº ÇØheÖÛi×e¸ Øhe

Á»Ç ÔÖefeØchiÒgº ËiÑiÐaÖÐݸ fÓÖ cache ÔÖefeØchiÒg¸ Ûe cÓÙÐd

Ðeaf ÒÓ de Òeed× ØÓ b e ×ÔÐiØ iÒØÓ ØÛÓº Áf Øhe Ðeaf Ôage ×ØiÐÐ ha×

ÑaiÒØaiÒ iÒ each Ðeaf Ôage headeÖ aÒ eÜØeÖÒaÐ jÙÑÔ¹Ô ÓiÒØeÖ

×ÔaÖe ÒÓ de ×Ôace¸ Øhe ÒeÛ Ðeaf ÒÓ de i× aÐÐÓ caØed ÛiØhiÒ Øhe

aÖÖaݸ Ûhich cÓÒØaiÒ× Øhe addÖe××e× Óf aÐÐ ÒÓ de× ÛiØhiÒ Øhe

×aÑe Ôageº ÇØheÖÛi×e¸ Ûe ×ÔÐiØ Øhe Ðeaf Ôage bÝÑÓÚiÒg Øhe

Ôageº ÁÒ×Øead¸ Ûe Ób×eÖÚe ØhaØ ÓÙÖ iÒ¹Ôage ×Ôace ÑaÒag¹

×ecÓÒd haÐf Óf Øhe Ðeaf ÒÓ de× ØÓ a ÒeÛ Ôage aÒd ÙÔ daØiÒg Øhe

ÑeÒØ ×ØÖÙcØÙÖe iÒdicaØe× Ûhich ×ÐÓØ× ÛiØhiÒ a Ôage cÓÒØaiÒ

cÓÖÖe×Ô ÓÒdiÒg chiÐd Ô ÓiÒØeÖ× iÒ ØheiÖ ÔaÖeÒØ׺ ´ÌÓ dÓ Øhi׸

ÒÓ de׸ aÒd heÒce Ûe caÒ Ù×e iØ ØÓ ÔÖefeØch aÐÐ Øhe Ðeaf ÒÓ de×

Ûe ÑaiÒØaiÒ iÒ eÚeÖÝ Ðeaf Ôage a back Ô ÓiÒØeÖ ØÓ Øhe ÔaÖeÒØ

iÒ a Ôage b efÓÖe dÓiÒg a ÖaÒge ×caÒ iÒ×ide Øhe Ôageº

ÒÓ de Óf Øhe ¬Ö×Ø Ðeaf ÒÓ de iÒ Øhe Ôage¸ aÒd Ûe cÓÒÒecØ aÐÐ Ðeaf

Ø ÒÓ de× ØhÖÓÙgh ×ibÐiÒg ÐiÒk׺µ ÀaÚiÒg Ô eÖfÓÖÑed Øhe

ÔaÖeÒ 4. EXPERIMENTAL RESULTS

Ôage gÖaÒÙÐaÖiØÝ ×ÔÐiظ ÛeÒÓÛ Ô eÖfÓÖÑ Øhe cache gÖaÒÙÐaÖiØÝ

ÁÒ Øhi× ×ecØiÓÒ¸ Ûe eÚaÐÙaØe Øhe cache aÒd Á»Ç Ô eÖfÓÖ¹

×ÔÐiظ bÝ ×ÔÐiØØiÒg Øhe Ðeaf ÒÓ de ÛiØhiÒ iØ× Ôageº

·

ÑaÒce Óf fÔB ¹ÌÖee׺ Ïe b egiÒ bÝ de×cÖibiÒg Øhe eÜÔ eÖi¹

AfØeÖ a Ðeaf ÒÓ de ×ÔÐiظ Ûe Òeed ØÓ iÒ×eÖØ aÒ eÒØÖÝ iÒØÓ iØ×

ÑeÒØaÐ fÖaÑeÛÓÖkº ÌheÒ Ûe ÔÖe×eÒØ ÓÙÖ cache Ô eÖfÓÖÑaÒce

ÔaÖeÒØ ÒÓ deº Áf Øhe ÔaÖeÒØ i× fÙÐи iØ ÑÙ×Ø ¬Ö×Ø b e ×ÔÐiغ FÓÖ

×iÑÙÐaØiÓÒ Öe×ÙÐØ׸ fÓÐÐÓÛed bÝ ÓÙÖ Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce ×ØÙdݺ

Ðeaf ÔaÖeÒØ ÒÓ de׸ Øhe ÒeÛ ÒÓ de ÑaÝ b e aÐÐÓ caØed fÖÓÑ ÓÚeÖ¹

Û Ôage׺ BÙØ if fÙÖØheÖ ×ÔÐiØ× ÙÔ Øhe ØÖee aÖe Òece××aÖݸ

­Ó 4.1 Experimental Framework

each ÒeÛ ÒÓ de ÑÙ×Ø b e aÐÐÓ caØed accÓÖdiÒg ØÓ ÓÙÖ aggÖe××iÚe

ÔÐaceÑeÒØ×cheÑeº

ÅeØhÓ dÓÐÓgÝ fÓÖ ËØÙdÝiÒg Cache ÈeÖfÓÖÑaÒceº Ïe

FigÙÖe 9 heÐÔ× iÐÐÙ×ØÖaØe Øhe chaÐÐeÒge׺ Ïe Òeed ØÓ ×ÔÐiØ

·

eÚaÐÙaØe Øhe CÈÍ cache Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf fÔB ¹ÌÖee× ØhÖÓÙgh

ÒÓ de A¸ a ÒÓÒÐeaf ÒÓ de ÛhÓ×e chiÐdÖeÒ aÖe ÒÓÒÐeaf ÒÓ de׸

deØaiÐed ×iÑÙÐaØiÓÒ× Óf fÙÐÐݹfÙÒcØiÓÒaÐ eÜecÙØabÐe× ÖÙÒÒiÒg

iÒØÓ ØÛÓ ÒÓ de× A aÒd A ¸ bÙØ ØheÖe i× ÒÓ ×Ôace iÒ A³×

½ ¾

ÓÒ a ×ØaØe¹Óf¹Øhe¹aÖØ ÑachiÒeº Ìhe ×iÑÙÐaØÓÖ ÑÓ deÐ× a dݹ

Ôage fÓÖ Øhe addiØiÓÒaÐ ÒÓ deº A× ×hÓÛÒ iÒ FigÙÖe 9´bµ¸ a

ÒaÑicaÐÐݹ×chedÙÐed¸ ×ÙÔ eÖ×caÐaÖ ÔÖÓ ce××ÓÖ ×iÑiÐaÖ ØÓ Øhe ÅÁÈË

ÒaiÚe aÔÔÖÓach i× ØÓ aÐÐÓ caØe a ÒeÛ Ôage fÓÖ A º ÀÓÛeÚeÖ¸

¾

ʽ¼¼¼¼ [¾¼] ÖÙÒÒiÒg aØ a cÐÓ ck ÖaØe Óf ½ GÀÞº Ìhe Ñeѹ

A ³× chiÐdÖeÒ aÖe haÐf Óf A³× chiÐdÖeÒ¸ Ûhich aÖe aÐÐ ØÓÔ ÐeÚeÐ

¾

ÓÖÝ hieÖaÖchÝ i× ba×ed ÓÒ Øhe CÓÑÔaÕ EË4¼ [9]º Ïe iѹ

ÒÓ de× iÒ ÓØheÖ Ôage׺ ÌhÙ× eiØheÖ A i× Øhe ÓÒÐÝ ÒÓ de iÒ

¾

ÔÐeÑeÒØed a bÙ«eÖ ÑaÒageÖ aÒd ÚaÖiÓÙ× iÒdeÜ ×ØÖÙcØÙÖe×

Øhe ÒeÛ Ôage¸ Ûhich i× bad fÓÖ Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce aÒd ×Ôace

´deØaiÐ× aÖe b eÐÓÛµ¸ aÒd ÖaÒ Øhe×e ÓÒ Øhe ×iÑÙÐaØÓÖº Ìhe

ÙØiÐiÞaØiÓÒ¸ ÓÖ ÛeÑÙ×Ø ÑÓÚe A ³× chiÐdÖeÒ ÙÔ iÒØÓ A ³× Ôage¸

¾ ¾

×iÑÙÐaØÓÖ haÒdÐe× Á»Ç Öead× aÒd ÛÖiØe× bÝ ÑakiÒg ×Ý×ØeÑ

Ûhich Òece××iØaØe× ÔÖÓÑÓØiÒg A ³× gÖaÒdchiÐdÖeÒ ØÓ ØÓÔ ÐeÚeÐ

¾

caÐÐ× ØÓ Øhe ÙÒdeÖÐÝiÒg ÓÔ eÖaØiÒg ×Ý×ØeѺ ÇÒÐÝ Ù×eÖ ÑÓ de

ÒÓ de× ÓÒ ØheiÖ ÓÛÒ Ôage׸ aÒd ×Ó ÓÒº ÁÒ×Øead¸ ØÓ aÚÓid Øhe

eÜecÙØiÓÒ× aÖe ×iÑÙÐaØedº ÁÑÔ ÓÖØaÒØ ×iÑÙÐaØÓÖ ÔaÖaÑeØeÖ×

dÖaÛback× Óf b ÓØh Øhe×e ÓÔØiÓÒ׸ Ûe ×ÔÐiØ A³× Ôage iÒØÓ ØÛÓ¸

5

aÖe ×hÓÛÒ iÒ ÌabÐe ½º

a× ×hÓÛÒ iÒ FigÙÖe 9´cµº

ÅeØhÓ dÓÐÓgÝ fÓÖ ËØÙdÝiÒg Á»Ç ÈeÖfÓÖÑaÒceº Ïe

ËeaÖchº ËeaÖch i× ÕÙiØe ×ØÖaighØfÓÖÛaÖdº ÇÒe deØaiÐ i×

eÚaÐÙaØe Øhe Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce ØhÖÓÙgh eÜÔ eÖiÑeÒØ× ÓÒ ÖeaÐ

ÛÓÖØh ÒÓØiÒgº Each ØiÑe Øhe ×eaÖch ÔÖÓ ceed× fÖÓÑ a ÔaÖ¹

ÑachiÒe׺ ÌÓ ×ØÙdÝ Øhe Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf ×eaÖche׸ Ûe

eÒØØÓ ÓÒe Óf iØ× chiÐdÖeÒ¸ Ûe cÓÑÔaÖe Øhe Ôage ÁD Óf Øhe

eÜecÙØed ÖaÒdÓÑ ×eaÖche׸ aÒd ØheÒ cÓÙÒØed Øhe ÒÙÑbeÖ Óf

chiÐd Ô ÓiÒØeÖ ÛiØh ØhaØ Óf Øhe ÔaÖeÒØ Ôageº Áf Øhe chiÐd i× iÒ

Á»Ç acce××e× ´iºeº¸ Øhe ÒÙÑbeÖ Óf bÙ«eÖ Ô Ó ÓÐ Ñi××e×µº FÓÖ

Øhe ×aÑe Ôage¸ Ûe caÒ diÖecØÐÝ acce×× Øhe ÒÓ de iÒ Øhe Ôage

×eaÖche׸ Øhe Á»Ç ØiÑe i× dÓÑiÒaØed bÝ Øhe ÒÙÑb eÖ Óf Á»Ç׸

ÛiØhÓÙØ ÖeØÖieÚiÒg Øhe Ôage fÖÓÑ Øhe bÙ«eÖ ÑaÒageÖº

b ecaÙ×e ØheÖe i× ÐiØØÐe ÓÚeÖÐaÔ iÒ acce××iÒg Øhe Ôage× iÒ a

·

DeÐeØiÓÒº ËiÑiÐaÖ ØÓ di×k¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee׺

×eaÖchº ÌÓ ×ØÙdÝ Øhe Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf ÖaÒge ×caÒ׸ Ûe ÓÖk¹

3.3 Improving Range Scan Performance eÜecÙØed ÖaÒdÓÑ ÖaÒge ×caÒ× ÓÒ aÒ ËGÁ ÇÖigiÒ ¾¼¼ Û

×ØaØiÓÒ ÛiØh ÑÙÐØiÔÐe di×k׺ FÙÖØheÖÑÓÖe¸ ÛeeÚaÐÙaØe Øhe

FÓÖ ÖaÒge ×caÒ׸ Ûe eÑÔÐÓÝ jÙÑÔ¹Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝ ÔÖefeØch¹

5

iÒg¸ a× de×cÖib ed iÒ ËecØiÓÒ ¾º¾¸ fÓÖ b ÓØh Á»Ç aÒd cache Ìhe ×iÑÙÐaØiÓÒ ÑÓ deÐ aÒd ÔaÖaÑeØeÖ× ÑaØch ØhÓ×e iÒ [6]º

ÌabÐe ½: ËiÑÙÐaØiÓÒ ÔaÖaÑeØeÖ×

ÈiÔ eÐiÒe ÔaÖaÑeØeÖ×

ÅeÑÓÖÝ ÔaÖaÑeØeÖ×

CÐÓ ck ÊaØe ½ GÀÞ

ÄiÒe ËiÞe 64 bÝØe×

Á××Ùe ÏidØh 4 iÒ×Ø×»cÝcÐe

ÈÖiÑaÖÝ DaØa Cache 64 ÃB¸ ¾¹ÛaÝ ×eعa××Ó cº

FÙÒcØiÓÒaÐ ÍÒiØ× ¾ÁÒØegeÖ¸ ¾ Fȸ

ÈÖiÑaÖÝ ÁÒ×ØÖÙcØiÓÒ Cache 64 ÃB¸ ¾¹ÛaÝ ×eعa××Ó cº

¾ ÅeÑÓÖݸ ½ BÖaÒch

Åi×× ÀaÒdÐeÖ× ¿¾ fÓÖ daØa¸ ¾ fÓÖ iÒ×غ

ÊeÓÖdeÖ BÙ«eÖ ËiÞe 64 iÒ×Ø×

ÍÒi¬ed ËecÓÒdaÖÝ Cache ¾ ÅB¸ diÖecعÑaÔÔ ed

ÁÒØegeÖ ÅÙÐØiÔÐÝ»DiÚide ½¾»76 cÝcÐe×

ÈÖiÑaÖݹØÓ¹ËecÓÒdaÖÝ ½5 cÝcÐe× ´ÔÐÙ× aÒÝ deÐaÝ×

AÐÐ ÇØheÖ ÁÒØegeÖ ½ cÝcÐe

Åi×× ÄaØeÒcÝ caÙ×ed bÝ cÓÒØeÒØiÓÒµ

FÈ DiÚide»ËÕÙaÖe ÊÓ ÓØ ½5»¾¼ cÝcÐe×

ÈÖiÑaÖݹØÓ¹ÅeÑÓÖÝ ½5¼ cÝcÐe× ´ÔÐÙ× aÒÝ deÐaÝ×

Åi×× ÄaØeÒcÝ caÙ×ed bÝ cÓÒØeÒØiÓÒµ

AÐÐ ÇØheÖ FÈ ¾ cÝcÐe×

ÅaiÒ ÅeÑÓÖÝ BaÒdÛidØh ½ acce×× Ô eÖ ½¼ cÝcÐe×

BÖaÒch ÈÖedicØiÓÒ ËcheÑe g×haÖe [½7]

ÌabÐe ¾: ÇÔØiÑaÐ ÛidØh ×eÐecØiÓÒ× ´4 bÝØe keÝ׸ Ì = ½5¼¸ Ì =½¼µ

½ ÒeÜØ

· ·

ÅicÖÓ¹iÒdeÜiÒg

Di×k¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× Cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee×

Ôage ×ÙbaÖÖaÝ Ôage

Ôage ÒÓÒÐeaf Ðeaf Ôage Ôage ÒÓ de Ôage cÓ×Ø

cÓ×Ø cÓ×Ø

×iÞe ×iÞe faÒ¹ÓÙØ

×iÞe ÒÓ de ÒÓ de faÒ¹ÓÙØ ×iÞe ×iÞe faÒ¹ÓÙØ

ÓÔØiÑaÐ

ÓÔØiÑaÐ ÓÔØiÑaÐ

4ÃB ½¾8B 496 ½º¼6

4ÃB 64B ¿84B 47¼ ½º¼6 4ÃB 576B 497 ½º¼¿

8ÃB ½9¾B ½¼¼8 ½º¼6

8ÃB ½9¾B ¾56B 96½ ½º¼¼ 8ÃB 576B 994 ½º¼¿

½6ÃB ¿¾¼B ¾¼¿¾ ½º¼8

½6ÃB ½9¾B 5½¾B ½95¿ ½º¼¿ ½6ÃB 7¼4B ¾¼¼½ ½º¼7

¿¾ÃB ¿¾¼B 4¼64 ½º¼5

¿¾ÃB ¾56B 8¿¾B 4¼½7 ½º¼7 ¿¾ÃB 64¼B 4¼¾9 ½º¼5

Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf ÖaÒge ×caÒ× iÒ a cÓÑÑeÖicaÐ DBÅË: Ûe beØÛeeÒ bÙ«eÖ cÓÒØÖÓÐ ×ØÖÙcØÙÖe× aÒd bÙ«eÖ Ô Ó ÓÐ Ôage׺ Ìhe

iÑÔÐeÑeÒØed ÓÙÖ jÙÑÔ¹Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝ ×cheÑe ÛiØhiÒ DB¾¸ cÓÒØÖÓÐ ×ØÖÙcØÙÖe× aÖe aÐÐÓ caØed fÖÓÑ Øhe bÙ«eÖ Ô Ó ÓÐ iØ×eÐf¸

aÒd eÜecÙØed ÖaÒge ×caÒ ÕÙeÖie× ÓÒ DB¾º DeØaiÐ× ÓÒ ÓÙÖ aÒd ÓÒÐÝ ØhÓ×e bÙ«eÖ Ôage× ØhaØ dÓ ÒÓØ cÓÒ­icØ ÛiØh Øhe

·

ÇÖigiÒ aÒd DB¾ eÜÔ eÖiÑeÒØ× aÖe ÔÖÓÚided ÐaØeÖ iÒ Øhe ×Ùb¹ cÓÒØÖÓÐ ×ØÖÙcØÙÖe× ÛiÐÐ b e Ù×edº ÁÒ fÔB ¹ÌÖee׸ ÔÙØØiÒg ØÓÔ¹

×ecØiÓÒ× de×cÖibiÒg Øhe ÖaÒge ×caÒ Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce Öe×ÙÐØ׺ ÐeÚeÐ iÒ¹Ôage ÒÓ de× aØ Øhe ×aÑe iÒ¹Ôage Ô Ó×iØiÓÒ ÛÓÙÐd caÙ×e

cache cÓÒ­icØ× aÑÓÒg ØheѺ ËÓ Ûe iÒ×Øead ÔÐace ØheÑ aØ

ÁÑÔÐeÑeÒØaØiÓÒ DeØaiÐ׺ ÇÙÖ bÙ«eÖ ÑaÒageÖ Ù×e×

di«eÖeÒØ ÐÓ caØiÓÒ× deØeÖÑiÒed bÝ a fÙÒcØiÓÒ Óf Øhe Ôage ÁD׺

Øhe CÄÇCà aÐgÓÖiØhÑ ØÓ dÓ Ôage ÖeÔÐaceÑeÒغ ÇÒ ØÓÔ Óf

e iÑÔÐeÑeÒØed fÓÙÖ iÒdeÜ ×ØÖÙcØÙÖe×:

Øhi× bÙ«eÖ ÑaÒageÖ¸ Û 4.2 Cache Performance

·

iµ di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׸ iiµ ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg¸ iiiµ di×k¹¬Ö×Ø

· ·

¹ÌÖee׸ aÒd iÚµ cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee׺ Ïe ÛÖÓØe bÙÐk¹

fÔB 4.2.1 Search Performance

ÐÓad¸ ×eaÖch¸ iÒ×eÖØiÓÒ¸ deÐeØiÓÒ¸ aÒd ÖaÒge ×caÒ iÑÔÐeÑeÒ¹

ØaØiÓÒ× fÓÖ aÐÐ Øhe ØÖee× ´ÖaÒge ×caÒ× fÓÖ ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg Ûa×

ÎaÖÝiÒg Øhe ÒÙÑbeÖÓfeÒØÖie× iÒ Ðeaf Ôage׺ Fig¹

ÒÓØ eÜÔÐiciØÐÝ iÑÔÐeÑeÒØed b ecaÙ×e iØ× b ehaÚiÓÖ i× ×iÑiÐaÖ ØÓ

ÙÖe× ½¼ aÒd ½½ ×hÓÛ Øhe eÜecÙØiÓÒ ØiÑe× Óf ¾¼¼¼ ÖaÒdÓÑ

·

ØhaØ Óf di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee×µº

×eaÖche× afØeÖ bÙÐkÐÓadiÒg ½¼¼Ã¸ ¿¼¼Ã¸ ½Å¸ ¿Å¸ aÒd ½¼Å

6

Ïe Ù×e 4 bÝØe keÝ× ¸4bÝØe Ôage ÁD׸ 4 bÝØe ØÙÔÐe ÁD׸

keÝ× iÒØÓ Øhe ØÖee× ´ÒÓ de× aÖe ½¼¼± fÙÐÐ eÜceÔØ Øhe ÖÓ Óصº

aÒd¾bÝØe iÒ¹Ôage Ó«×eØ׺ Ïe ÔaÖØiØiÓÒed keÝ× aÒd Ô ÓiÒØeÖ×

AÐÐ cache× aÖe cÐeaÖed b efÓÖe Øhe ¬Ö×Ø ×eaÖch¸ aÒd ØheÒ Øhe

iÒØÓ ×eÔaÖaØe aÖÖaÝ× iÒ aÐÐ ØÖee ÒÓ de× fÓÖ b eØØeÖ cache Ô eÖ¹

×eaÖche× aÖe Ô eÖfÓÖÑed ÓÒe iÑÑediaØeÐÝ afØeÖ aÒÓØheÖº Ìhe

·

fÓÖÑaÒce [½½¸ ½6]º Di×k¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× haÚe¾bÝØe iÒ¹Ôage

fÓÙÖ ÔÐÓØ× iÒ FigÙÖe ½¼ ×hÓÛ ×eaÖch Ô eÖfÓÖÑaÒce ÛheÒ Øhe

Ô ÓiÒØeÖ× iÒ ÒÓÒÐeaf ÒÓ de× aÒd 4 bÝØe Ô ÓiÒØeÖ× iÒ Ðeaf ÒÓ de׸

daØaba×e Ôage ×iÞe× aÖe 4ÃB¸ 8ÃB¸ ½6ÃB¸ aÒd ¿¾ÃB¸ Öe¹

·

·

ÛhiÐe cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× haÚe 6 bÝØe Ô ÓiÒØeÖ× cÓÑbiÒ¹

×Ô ecØiÚeÐݺ Ìhe fÔB ¹ÌÖee× aÒd ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg Ù×e Øhe cÓÖ¹

iÒg Ôage ÁD× aÒd iÒ¹Ôage Ó«×eØ× iÒ ÒÓÒÐeaf ÒÓ de׺ Ïe Ô eÖ¹

Öe×Ô ÓÒdiÒg ÓÔØiÑaÐ ÛidØh× iÒ ÌabÐe ¾º FÖÓÑ Øhe ¬gÙÖe׸

·

fÓÖÑed eÜÔ eÖiÑeÒØ× fÓÖ Ôage ×iÞe× Óf 4ÃB¸ 8ÃB¸ ½6ÃB¸ aÒd

Ûe ×ee ØhaØ Øhe cache¹×eÒ×iØiÚe ×cheÑe׸ fÔB ¹ÌÖee× aÒd

¿¾ÃB¸ ÛhichcÓÚeÖ× Øhe ÖaÒge Óf Ôage ×iÞe× iÒ ÑÓ×Ø Óf ØÓ¹

ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg¸ aÐÐ Ô eÖfÓÖÑ ×igÒi¬caÒØÐÝ b eØØeÖ ØhaÒ di×k¹

·

daÝ³× daØaba×e ×Ý×ØeÑ׺ A× ×hÓÛÒ iÒ ÌabÐe ¾¸ Ûe cÓÑÔÙØed

ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׸ achieÚiÒg ×Ô eed¹ÙÔ× b eØÛeeÒ ½º¼9 aÒd

·

ÓÔØiÑaÐ ÒÓ de ÛidØh× fÓÖ fÔB ¹ÌÖee× Ù×iÒg Ì = ½5¼ aÒd

½º77 aØ aÐÐ Ô ÓiÒØ× aÒd b eØÛeeÒ ½º¾5 aÒd ½º77 ÛheÒ Øhe ØÖee×

½

Ì = ½¼ fÖÓÑ ÌabÐe ½ aÒd ÛheÒ keÝ ×iÞe i× 4 bÝØe׺

cÓÒØaiÒ aØ Ðea×Ø ½Å eÒØÖie׺ ÅÓÖeÓÚeÖ¸ cÓÑÔaÖiÒg Øhe ØhÖee

ÒeÜØ

ÁÒ ÓÙÖ ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg iÑÔÐeÑeÒØaØiÓÒ¸ a ØÖee Ôage cÓÒ¹

cache¹×eÒ×iØiÚe×cheÑe׸ Ûe ¬Òd ØheiÖ Ô eÖfÓÖÑaÒce ÑÓÖe ÓÖ

ØaiÒ× a headeÖ¸ a ÑicÖÓ¹iÒdeܸ a keÝ aÖÖaݸ aÒd a Ô ÓiÒØeÖ

Ðe×× ×iÑiÐaÖº ÏheÒ Øhe Ôage ×iÞe i× 4ÃB¸ Øhe cache¹¬Ö×Ø

·

aÖÖaݺ Ìhe ÑicÖÓ¹iÒdeÜ i× fÓÖÑed bÝ diÚidiÒg Øhe keÝ aÖ¹

fÔB ¹ÌÖee i× ×ÐighØÐÝ b eØØeÖ ØhaÒ Øhe ÓØheÖ ØÛÓº BÙØ fÓÖ Øhe

ÖaÝiÒØÓ ×Ùb¹aÖÖaÝ× Óf Øhe ×aÑe ×iÞe aÒd cÓÔÝiÒg ØheiÖ ¬Ö×Ø

ÓØheÖ Ôage ×iÞe׸ ØheiÖ Ô eÖfÓÖÑaÒce i× ÚeÖÝ cÐÓ×eº

keÝ׺ A ×eaÖch iÒ a Ôage ¬Ö×Ø ÐÓ Ók× ÙÔ Øhe ÑicÖÓ¹iÒdeÜ

ÏheÒ Øhe Ôage ×iÞe iÒcÖea×e× fÖÓÑ 4ÃB ØÓ ¿¾ÃB¸ Øhe

·

ØÓ decide Ûhich ×Ùb¹aÖÖaÝ ØÓ gÓ ØÓ aÒd ØheÒ ×eaÖche× ØhaØ

Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee× b ecÓÑe× ×ÐighØÐÝ

×Ùb¹aÖÖaݺ FÓÖ b eØØeÖ Ô eÖfÓÖÑaÒce¸ Ûe ÖeÕÙiÖe Øhe ×Ùb¹aÖÖaÝ

ÛÓÖ×eº ÏhiÐe ÐaÖgeÖ Ðeaf Ôage× caÙ×e ÑÓÖe cache Ñi××e× aØ

×iÞe ØÓ be a ÑÙÐØiÔÐe Óf Øhe cache ÐiÒe ×iÞe ´if aÔÔÐicabÐeµ

Øhe Ðeaf ÐeÚeи Øhi× cÓ×Ø i× ÔaÖØiaÐÐÝ cÓÑÔ eÒ×aØed bÝ Øhe ×aÚ¹

aÒd aÐigÒ Øhe keÝ aÖÖaÝ aØ cache ÐiÒe b ÓÙÒdaÖie׺ ÌÓ iѹ

iÒg× aØ Øhe ÒÓÒÐeaf ÐeÚeÐ×: ØÖee× b ecÓÑe ×haÐÐÓÛeÖ aÒd»ÓÖ

·

·

ÔÖÓÚe Øhe Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg¸ Ûe eÑÔÐÓÝÔB ¹

ÖÓ ÓØ ÒÓ de× haÚe feÛeÖ eÒØÖie׺ AØ Øhe ×aÑe ØiÑe¸ fÔB ¹ÌÖee×

ÌÖee¹Ðike ÔÖefeØchiÒg fÓÖ ÑicÖÓ¹iÒdeÜe׸ keÝ ×Ùb¹aÖÖaÝ׸ aÒd

aÒd ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg Ô eÖfÓÖÑ b eØØeÖ b ecaÙ×e ÐaÖgeÖ Ôage ×iÞe×

Ô ÓiÒØeÖ ×Ùb¹aÖÖaÝ׺ ÁÒ×eÖØiÓÒ aÒd deÐeØiÓÒ fÓÐÐÓÛ Øhe aй

ÐeaÚe ÑÓÖe ÖÓ ÓÑ fÓÖ ÓÔØiÑiÞaØiÓÒº ÏiØh Øhe ØÛÓ ØÖeÒd׸ Ûe

·

gÓÖiØhÑ× Óf di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׸ bÙØ ØheÒ ÖebÙiÐd Øhe

×ee ÐaÖgeÖ ×Ô eed¹ÙÔ×: ÓÚeÖ ½º4½ fÓÖ ½6ÃB Ôage׸ aÒd ÓÚeÖ

a«ecØed ÔaÖØ× Óf Øhe ÑicÖÓ¹iÒdeܺ A× ×hÓÛÒ iÒ ÌabÐe ¾¸

½º54 fÓÖ ¿¾ÃB Ôage׸ ÛheÒ ØÖee× cÓÒØaiÒ aØ Ðea×Ø ½Å eÒØÖie׺

Ûe cÓÑÔÙØed Øhe ÓÔØiÑaÐ ×Ùb¹aÖÖaÝ ×iÞe× fÓÖ ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg

FigÙÖe ½½ cÓÑÔaÖe× Øhe Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf di«eÖeÒØ ÒÓ de

·

· 7

ba×ed ÓÒ Øhe ×aÑe ÓÔØiÑaÐ cÖiØeÖia a× adÚÓ caØed fÓÖ fÔB ¹

ÛidØh× fÓÖ fÔB ¹ÌÖee× ÛheÒ Øhe Ôage ×iÞe i× ½6ÃB º ÊecaÐÐ

ÌÖee×: ÑaÜiÑiÞe Ôage faÒ¹ÓÙØ ÛhiÐe keeÔiÒg Øhe aÒaÐÝØicaÐ

ØhaØ ÓÙÖ ÓÔØiÑaÐ cÖiØeÖia i× ØÓ ÑaÜiÑiÞe Ðeaf Ôage faÒ¹ÓÙØ

×eaÖch cÓ×Ø ØÓ ÛiØhiÒ ½¼± Óf Øhe ÓÔØiÑaк

ÛhiÐe keeÔiÒg aÒaÐÝØicaÐ ×eaÖch Ô eÖfÓÖÑaÒce ÛiØhiÒ ½¼± Óf

Ïe ØÖÝ ØÓ aÚÓid cÓÒ­icØ cache Ñi××e× iÒ Øhe bÙ«eÖ ÑaÒageÖ

Øhe b e×غ FigÙÖe ½½ cÓÒ¬ÖÑ× ØhaØ ÓÙÖ ×eÐecØed ØÖee× iÒdeed

6 7

Êe×ÙÐØ× ÛiØh ÐaÖgeÖ keÝ ×iÞe× caÒ b e fÓÙÒd iÒ Øhe fÙÐÐ ÔaÔ eÖ [7] ËiÑiÐaÖ cÓÑÔaÖi×ÓÒ× fÓÖ ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg aÖe iÒ Øhe fÙÐÐ ÔaÔ eÖ [7]º 3 3 3.5 Disk−optimized B+tree Disk−optimized B+tree Disk−optimized B+tree Micro−indexing Micro−indexing Micro−indexing Disk−first fpB+tree Disk−first fpB+tree Disk−first fpB+tree 2.5 Cache−first fpB+tree 2.5 Cache−first fpB+tree 3 Cache−first fpB+tree

2 2 2.5

1.5 1.5 2 execution time (M cycles) execution time (M cycles) execution time (M cycles)

1 1 5 6 7 5 6 7 1.5 10 10 10 10 10 10 60 70 80 90 100

# of entries in leaf pages # of entries in leaf pages bulkload factor when building the trees

´aµ Ôage ×iÞe = 4ÃB ´bµ Ôage ×iÞe = 8ÃB

ËeaÖch Ô eÖfÓÖÑaÒce ÚaÖÝiÒg bÙÐkÐÓad fac¹ 3.5 3.5 FigÙÖe ½¾:

Disk−optimized B+tree Disk−optimized B+tree eÝ׸ ½6ÃB Ôageµ Micro−indexing Micro−indexing ØÓÖ× ´¿Å k 3 Disk−first fpB+tree 3 Disk−first fpB+tree Cache−first fpB+tree Cache−first fpB+tree

2.5 2.5 70 80 Disk−optimized B+tree Disk−optimized B+tree Micro−indexing 60 Micro−indexing 2 2 70 Disk−first fpB+tree Disk−first fpB+tree Cache−first fpB+tree Cache−first fpB+tree 60 50

execution time (M cycles) 1.5 execution time (M cycles) 1.5 50 40

1 1 40 5 6 7 5 6 7 30 10 10 10 10 10 10 # of entries in leaf pages # of entries in leaf pages 30 20 20 execution time (M cycles)

execution time (M cycles) ´dµ Ôage ×iÞe = ¿¾ÃB ´cµ Ôage ×iÞe = ½6ÃB 10 10 0

0 5 6 7

ËeaÖch Ô eÖfÓÖÑaÒce fÓÖ ½¼¼± bÙÐkÐÓad FigÙÖe ½¼: 60 70 80 90 100 10 10 10

bulkload factor (16KB page) # of entries in leaf pages (16KB page, 100% full)

´aµ ÎaÖÝiÒg bÙÐkÐÓad facØÓÖ× ´bµ ÎaÖÝiÒg # Óf eÒØÖie×

3.5 3.5 90 100 nonleaf= 64B 128B Disk−optimized B+tree Disk−optimized B+tree nonleaf=128B 256B 80 Micro−indexing Micro−indexing 3 nonleaf=192B(selected) 3 512B Disk−first fpB+tree 80 Disk−first fpB+tree nonleaf=256B 704B(selected) 70 Cache−first fpB+tree Cache−first fpB+tree nonleaf=320B 1024B 60 2.5 nonleaf=384B 2.5 Best Synthesized 60 nonleaf=448B nonleaf=512B 50 2 2 40 40

30 execution time (M cycles) execution time (M cycles) execution time (M cycles) 1.5 execution time (M cycles) 1.5 20 20

1 1 10 0 5 6 7 5 6 7 4KB 8KB 16KB 32KB 10 10 10 10 10 10 4KB 8KB 16KB 32KB

# of entries in leaf pages # of entries in leaf pages (3M entries in leaf pages, 100% full) (3M entries in leaf pages, 70% full)

· ·

´cµ ÎaÖÝiÒg Ôage ×iÞe× ´½¼¼± fÙÐе ´dµ ÎaÖÝiÒg Ôage ×iÞe× ´7¼± fÙÐе

´aµ Di×k¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee ´bµ Cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee

FigÙÖe ½¿: ÁÒ×eÖØiÓÒ Ô eÖfÓÖÑaÒce

FigÙÖe ½½: ÇÔØiÑaÐ ÛidØh ×eÐecØiÓÒ ´½6ÃB Ôageµ

eÜÔ eÖiÑeÒØ× aÒd ØheÖefÓÖe ×iÑiÐaÖ Ô eÖfÓÖÑaÒceº

achieÚe ×eaÖch Ô eÖfÓÖÑaÒce ÚeÖÝ cÐÓ×e ØÓ Øhe b e×Ø aÑÓÒg Øhe

ÒÓ de chÓice׺ FigÙÖe ½½´aµ ×hÓÛ× Øhe Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf di×k¹

· 4.2.2 Insertion Performance

¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× Ù×iÒg ÒÓÒÐeaf ÒÓ de ×iÞe× fÖÓÑ 64B ´aÒ Ä¾

FigÙÖe ½¿ ×hÓÛ× Øhe iÒ×eÖØiÓÒ Ô eÖfÓÖÑaÒce iÒ fÓÙÖ dif¹

cache ÐiÒeµ ØÓ 5½¾B ´8 ľ cache ÐiÒe×µº ÇÙÖ ×eÐecØed ÓÔØiÑaÐ

feÖeÒØ ×eØØiÒg׺ Ìhe eÜÔ eÖiÑeÒØ× aÐÐ Ñea×ÙÖed Øhe eÜecÙ¹

ØÖee i× ÛiØhiÒ ¾± Óf Øhe b e×Ø eÜecÙØiÓÒ ØiÑe׺ FÓÖ cache¹

·

ØiÓÒ ØiÑe× fÓÖ iÒ×eÖØiÒg ¾¼¼¼ ÖaÒdÓÑ keÝ× afØeÖ bÙÐkÐÓad׸

¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× Ûe Ñea×ÙÖed Øhe Ô eÖfÓÖÑaÒce fÓÖ ÒÓ de ×iÞe×

ÛhiÐe ÚaÖÝiÒg Øhe bÙÐkÐÓad facØÓÖ¸ Øhe ÒÙÑb eÖ× Óf eÒØÖie× iÒ

ÖaÒgiÒg fÖÓÑ ½¾8B ØÓ ½¼¾4Bº ÁÒ FigÙÖe ½½´bµ¸ fÓÖ ×iÑÔÐiciØݸ

·

Ðeaf Ôage׸ aÒd Øhe Ôage ×iÞeº Ìhe fÔB ¹ÌÖee× achieÚeÙÔ

Ûe ÓÒÐÝ ×hÓÛ cÙÖÚe× fÓÖ ÒÓ de ×iÞe× Óf ½¾8B¸ ¾56B¸ 5½¾B¸

·

ØÓ a ¿5¹fÓÐd ×Ô eed¹ÙÔ ÓÚeÖ di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׸ ÛhiÐe

7¼4B¸ ½¼¾4B¸ aÒd a b e×Ø Ô eÖfÓÖÑaÒce cÙÖÚe ×ÝÒØhe×iÞed bÝ

ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg Ô eÖfÓÖÑ× aÐÑÓ×Ø a× Ô Ó ÓÖÐÝ a× di×k¹ÓÔØiÑÞed

ØakiÒg Øhe ÑiÒiÑÙÑ× Óf aÐÐ cÙÖÚe× ÛiØh Øhe ×aÑe # Óf eÒ¹

·

B ¹ÌÖee׺

ØÖie× iÒ Ðeaf Ôage׺ ÇÙÖ ×eÐecØed ÓÔØiÑaÐ ØÖee Ô eÖfÓÖÑ× ÛiØhiÒ

FigÙÖe ½¿´aµ cÓÑÔaÖe× iÒ×eÖØiÓÒ Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf ØÖee× fÖÓÑ

5± Óf Øhe b e×غ ÁÒ Øhe eÜÔ eÖiÑeÒØ× ØhaØ fÓÐÐÓÛ¸ Ûe Ù×e Øhe

6¼± ØÓ ½¼¼± fÙÐÐ cÓÒØaiÒiÒg ¿Å keÝ׺ CÓÑÔaÖed ØÓ di×k¹

ÓÔØiÑaÐ ÒÓ de ×iÞe× giÚeÒ iÒ ÌabÐe ¾º

· ·

ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׸ Øhe fÔB ¹ÌÖee× achieÚe ½4 ØÓ ¾¼¹fÓÐd

ÎaÖÝiÒg Øhe bÙÐkÐÓad facØÓÖº ÁÒ FigÙÖe ½¾¸ ÛeÚaÖ¹ ×Ô eed¹ÙÔ× b eØÛeeÒ 6¼± aÒd 9¼±¸ ÛhiÐe fÓÖ ½¼¼± fÙÐÐ ØÖee׸

ied Øhe ¿Å¹eÒØÖÝ eÜÔ eÖiÑeÒØ× iÒ FigÙÖe ½¼´cµ ÛiØh bÙÐkÐÓad ØheÝ aÖe ÓÚeÖ ½º9 ØiÑe× b eØØeÖº ÁÒØeÖe×ØiÒgÐݸ Øhe cÙÖÚe×

·

facØÓÖ× ÖaÒgiÒg fÖÓÑ 6¼± ØÓ ½¼¼±º CÓÑÔaÖed ÛiØh di×k¹ haÚe eÜØÖeÑeÐÝ di«eÖeÒØ ×haÔ e×: ØhÓ×e Óf di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹

· ·

ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׸ fÔB ¹ÌÖee× aÒd ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg achieÚe ÌÖee× aÒd ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg iÒcÖea×e fÖÓÑ 6¼± ØÓ 9¼± bÙØ dÖÓÔ

·

×Ô eed¹ÙÔ× b eØÛeeÒ ½º¿7 aÒd ½º6¼º aØ Øhe ½¼¼± Ô ÓiÒظ ÛhiÐe Øhe cÙÖÚe× Óf fÔB ¹ÌÖee× ×ØaÝ ­aØ

Ìhe ×ØeÔ¹dÓÛÒ aØ 8¼± fÓÖ ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg aÒd di×k¹¬Ö×Ø aØ ¬Ö×Ø bÙØ jÙÑÔ dÖaÑaØicaÐÐÝ aØ Øhe ½¼¼± Ô ÓiÒغ Ìhe×e

·

fÔB ¹ÌÖee× i× b ecaÙ×e ØheÝ ÖedÙce ÓÒe Ôage ÐeÚeÐ aØ 8¼±º e«ecØ× caÒ b e eÜÔÐaiÒed bÝ Øhe cÓÑbiÒaØiÓÒ Óf ØÛÓ facØÓÖ×:

·

AÐØhÓÙgh Øhe di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee× aÐ×Ó ÖedÙce ÓÒe ÐeÚeÐ daØa ÑÓÚeÑeÒØ aÒd Ôage ×ÔÐiØ׺ ÏheÒ ØÖee× aÖe 6¼± ØÓ 9¼±

heÖe¸ Øhe ×aÚiÒg× aÖe Ó«×eØ bÝ a ÐaÖgeÖ cÓ×Ø fÓÖ ×eaÖchiÒg Ðeaf fÙÐи iÒ×eÖØiÓÒ× Ù×ÙaÐÐÝ ¬Òd eÑÔØÝ ×ÐÓØ× aÒd Øhe Ña jÓÖ ÓÔ eÖ¹

·

Ôage× ÛiØh iÒcÖea×ed bÙÐkÐÓad facØÓÖ׺ Cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ aØiÓÒ afØeÖ ×eaÖchiÒg ÛheÖe Øhe keÝ b eÐÓÒg× i× ØÓ ÑÓÚe Øhe

ÌÖee× aÐÐ haÚe Øhe ×aÑe ÒÙÑbeÖ Óf ÒÓde ÐeÚeÐ× iÒ Øhi× ×eØ Óf keÝ aÒd Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝ× iÒ ÓÖdeÖ ØÓ iÒ×eÖØ Øhe ÒeÛ eÒØÖݺ ÁÒ 30 50 1200 Disk−optimized B+tree Disk−optimized B+tree Micro−indexing Micro−indexing 25 1000 Disk−first fpB+tree 40 Disk−first fpB+tree Cache−first fpB+tree Cache−first fpB+tree 20 800 30 15 600 20 10 400 execution time (M cycles) simulation time (M cycles) execution time (M cycles) 10 5 200

0 0 0 60 70 80 90 100 4KB 8KB 16KB 32KB Disk−optimized Disk−first Cache−first

bulkload factor (16KB page) (3M entries in leaf pages, 100% full) B+tree fpB+tree fpB+tree

´aµ ÎaÖÝiÒg bÙÐkÐÓad facØÓÖ× ´bµ ÎaÖÝiÒg Ôage ×iÞe× ´½¼¼± fÙÐе

FigÙÖe ½5: ÊaÒge ×caÒ Ô eÖfÓÖÑaÒce ´½6ÃB Ôage¸

×caÒÒiÒg ½Å keÝ×µ

FigÙÖe ½4: DeÐeØiÓÒ Ô eÖfÓÖÑaÒce

·

¹ÌÖee׸ Øhi× daØa ÑÓÚeÑeÒØi×bÝ faÖ Øhe

di×k¹ÓÔØiÑiÞed B 50 50

Disk−first fpB+tree Disk−first fpB+tree

Ø cÓ×غ A× Øhe Ó ccÙÔied Ô ÓÖØiÓÒ× Óf Øhe aÖÖaÝ× gÖÓÛ dÓÑiÒaÒ Cache−first fpB+tree Cache−first fpB+tree

40 40

fÖÓÑ 6¼± ØÓ 9¼±¸ Øhi× cÓ×Ø iÒcÖea×e׸ Öe×ÙÐØiÒg iÒ ×ÐÓÛeÖ

ØiÑe׺ ÅicÖÓ¹iÒdeÜiÒg keeÔ× Øhe ×aÑe ÐaÖge aÖ¹

iÒ×eÖØiÓÒ 30 30

ÖaÝ ×ØÖÙcØÙÖe ÙÒØÓÙched aÒd ØheÖefÓÖe ×Ù«eÖ× fÖÓÑ Øhe ×aÑe

·

ÀÓÛeÚeÖ¸ iÒ fÔB ¹ÌÖee׸ Ûe ÖedÙced Øhe daØa ÑÓÚe¹

e«ecغ 20 20

ÑeÒØ cÓ×Ø bÝ Ù×iÒg ×ÑaÐÐeÖ cache¹ÓÔØiÑiÞed ÒÓ de׸ Öe×ÙÐØiÒg 10 10

space overhead (percentage)

iÒ ½4 ØÓ ¾¼¹fÓÐd ×Ô eed¹ÙÔ׺ DaØa ÑÓÚeÑeÒØ ha× b ecÓÑe

space overhead (percentage)

Ùch Ðe×× cÓ×ØÐÝ ØhaÒ ×eaÖch¸ ÐeadiÒg ØÓ Øhe ­aØ cÙÖÚe× ÙÔ Ñ 0 0

4KB 8KB 16KB 32KB 4KB 8KB 16KB 32KB ÏheÒ Øhe ØÖee× aÖe ½¼¼± fÙÐи iÒ×eÖØiÓÒ×

ØhÖÓÙgh 9¼± fÙÐк page size page size

·

caÙ×e fÖeÕÙeÒØ Ôage ×ÔÐiØ׺ ÁÒ fÔB ¹ÌÖee׸ Øhe cÓ×Ø Óf a Ôage

´aµ AfØeÖ bÙÐkÐÓadiÒg ØÖee× ½¼¼± fÙÐÐ ´bµ ÅaØÙÖe ØÖee×

×ÔÐiØ i× faÖ ÑÓÖe ØhaÒ Øhe ÔÖeÚiÓÙ× daØa ÑÓÚeÑeÒØ cÓ×ظ Öe¹

·

×ÙÐØiÒg iÒ Øhe ÐaÖge jÙÑÔ ×eeÒ iÒ Øhe cÙÖÚe׺ ÁÒ B ¹ÌÖee×

FigÙÖe ½6: ËÔace ÓÚeÖhead

aÒd ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg¸ hÓÛeÚeÖ¸ Øhe Ôage ×ÔÐiØ cÓ×Ø i× cÓÑÔa¹

ÖabÐe ØÓ cÓÔÝiÒg haÐf Óf a Ôage¸ Ûhich i× Øhe aÚeÖage daØa

deÜe׺ A ×eaÖch i× fÓÐÐÓÛed bÝ a daØa ÑÓÚeÑeÒØ ÓÔ eÖaØiÓÒ ØÓ

ÑÓÚeÑeÒØ cÓ×Ø fÓÖ iÒ×eÖØiÒg iÒØÓ aÒ aÐÑÓ×Ø fÙÐÐ Ôageº BÙØ

ÖeÑÓÚe Øhe deÐeØed eÒØÖݸ bÙØ Ûe dÓ ÒÓØ ÑeÖge ÙÒdeÖ­ÓÛed

ÐaØeÖ iÒ×eÖØiÓÒ× ÑaÝ hiØ haÐf eÑÔØÝ Ôage× ´jÙ×Ø ×ÔÐiص aÒd

Ôage× ÓÖ ÒÓ de׺ FigÙÖe ½4 eÚaÐÙaØe× deÐeØiÓÒ Ô eÖfÓÖÑaÒce

heÒce iÒcÙÖ Ðe×× daØa ÑÓÚeÑeÒظ Öe×ÙÐØiÒg iÒ fa×ØeÖ iÒ×eÖØiÓÒ

´fÓÖ ¾¼¼¼ ÖaÒdÓÑ deÐeØiÓÒ×µ iÒ ØÛÓ ×eØØiÒg×: ´aµ ÚaÖÝiÒg Øhe

ØiÑe× aØ Øhe ½¼¼± Ô ÓiÒغ

bÙÐkÐÓad facØÓÖ ÛheÒ Øhe Ôage ×iÞe i× ½6ÃB¸ aÒd ´bµ ÚaÖÝiÒg

FigÙÖe ½¿´bµ ×hÓÛ× iÒ×eÖØiÓÒ Ô eÖfÓÖÑaÒce ÓÒ fÙÐÐ ØÖee×

Øhe Ôage ×iÞe× ÛheÒ Øhe ØÖee× aÖe ½¼¼± fÙÐк Ìhe dÓÑiÒaÒØ

·

·

Óf di«eÖeÒØ ×iÞe׺ CÓÑÔaÖed ØÓ di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׸

cÓ×Ø iÒ di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee× aÒd ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg i× Øhe

·

fÔB ¹ÌÖee× achieÚe ×Ô eed¹ÙÔ× fÖÓÑ 6º¾6 ØÓ ½º4¾ ÛheÒ Øhe

daØa ÑÓÚeÑeÒØ cÓ×ظ Ûhich iÒcÖea×e× a× Øhe bÙÐkÐÓad facØÓÖ

ÒÙÑbeÖ Óf eÒØÖie× iÒ Ðeaf Ôage× i× iÒcÖea×ed fÖÓÑ ½¼¼Ã ØÓ

iÒcÖea×e× aÒd Øhe Ôage ×iÞe gÖÓÛ׺ ÀÓÛeÚeÖ¸ Øhe ×eaÖch aÒd

·

½¼Åº Ìhi× decÖea×e iÒ ×Ô eed¹ÙÔ i× caÙ×ed bÝ Øhe iÒcÖea×¹

daØa ÑÓÚeÑeÒØ cÓ×Ø× Óf fÔB ¹ÌÖee× ÓÒÐÝ chaÒge ×ÐighØÐݺ ËÓ

·

iÒg ÒÙÑb eÖ Óf Ôage ×ÔÐiØ× ´fÖÓÑ 48 ØÓ ½6¿½ Ðeaf Ôage ×ÔÐiØ×

Øhe fÔB ¹ÌÖee× achieÚe ¿º¾ß¾¼º4 fÓÐd ×Ô eed¹ÙÔ× ÓÚeÖ di×k¹

·

·

fÓÖ di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׸ aÒd ×iÑiÐaÖ ØÖeÒd× fÓÖ ÓØheÖ

ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׺

iÒdeÜe×µº A× aÖgÙed ab ÓÚe¸ iÒcÖea×ed Ôage ×ÔÐiØ× haÚe a

·

Ùch gÖeaØeÖ Ô eÖfÓÖÑaÒce iÑÔacØ ÓÒ fÔB ¹ÌÖee× ØhaÒ ÓÒ

Ñ 4.2.4 Range Scan Performance

·

di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee× aÒd ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg¸ ÐeadiÒg ØÓ Øhe

FigÙÖe ½5 cÓÑÔaÖe× Øhe ÖaÒge ×caÒ cache Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf

×Ô eed¹ÙÔ decÖea×eº

· ·

fÔB ¹ÌÖee× aÒd di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׺ Ìhe ØÖee× aÖe

FigÙÖe× ½¿´cµ aÒd ´dµ cÓÑÔaÖe Øhe iÒ×eÖØiÓÒ Ô eÖfÓÖÑaÒce

bÙÐkÐÓaded ÛiØh ¿Å keÝ׸ Ù×iÒg a ½¼¼± bÙÐkÐÓad facØÓÖº

ÚaÖÝiÒg Ôage ×iÞe× ÛheÒ ØÖee× aÖe ½¼¼± aÒd 7¼± fÙÐк A×

Ïe geÒeÖaØe ½¼¼ ÖaÒdÓÑ ×ØaÖØ keÝ׸ fÓÖ each cÓÑÔÙØiÒg aÒ

Øhe Ôage ×iÞe gÖÓÛ׸ Øhe eÜecÙØiÓÒ ØiÑe× Óf di×k¹ÓÔØiÑiÞed

eÒd keÝ ×Ùch ØhaØ Øhe ÖaÒge ×ÔaÒ× ÔÖeci×eÐÝ ½Å ØÙÔÐe ÁD׸

·

B ¹ÌÖee× aÒd ÑicÖÓ¹iÒdeÜiÒg eÜÔÐÓ de b ecaÙ×e Óf Øhe cÓѹ

aÒd ØheÒ Ô eÖfÓÖÑ Øhe×e ½¼¼ ÖaÒge ×caÒ× ÓÒe afØeÖ aÒÓØheÖº

biÒed e«ecØ× Óf ÐaÖgeÖ daØa ÑÓÚeÑeÒØ aÒd ÐaÖgeÖ Ôage ×ÔÐiØ

·

CÓÑÔaÖed ØÓ Øhe di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׸ Øhe di×k¹¬Ö×Ø aÒd

·

cÓ×Ø׺ ÁÒ fÔB ¹ÌÖee׸ ØhÓÙgh Ôage ×ÔÐiØ cÓ×Ø× aÐ×Ó iÒcÖea×e¸

·

cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× achieÚe ×Ô eed¹ÙÔ× Óf 4º¾ aÒd ¿º5¸ Öe¹

×eaÖch aÒd daØa ÑÓÚeÑeÒØ cÓ×Ø× ÓÒÐÝ chaÒge ×ÐighØÐݸ be¹

×Ô ecØiÚeÐݺ

caÙ×e ÛiØh ÐaÖgeÖ Ôage ×iÞe× cÓÑe× Øhe adÚaÒØage× Óf ÐaÖgeÖ

·

ÌheÖefÓÖe Øhe cÙÖÚe× Óf fÔB ¹ÌÖee× iÒ¹

ÓÔØiÑaÐ ÒÓ de ÛidØh׺ 4.3 I/O Performance and Space Overhead

cÖea×e iÒ FigÙÖe ½¿´cµ bÙØ aÖe aÐÑÓ×Ø ­aØ iÒ ´dµº AÐØÓgeØheÖ

·

8

iÒ FigÙÖe ½¿´cµ aÒd ´dµ¸ fÔB ¹ÌÖee× achieÚe ½º½5ß¾º9¼ aÒd

ËÔace ÇÚeÖheadº FigÙÖe ½6 ×hÓÛ× Øhe ×Ôace ÓÚeÖhead

·

· ·

4º67ß¿5º6 fÓÐd ×Ô eed¹ÙÔ× ÓÚeÖ di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׸ Öe¹

Óf Øhe fÔB ¹ÌÖee× cÓÑÔaÖed ØÓ di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee× fÓÖ

×Ô ecØiÚeÐݺ

a ÖaÒge Óf Ôage ×iÞe׸ deÔicØiÒg ØÛÓ ´eÜØÖeÑaе ×ceÒaÖiÓ×:

·

CÓÑÔaÖiÒg Øhe ØÛÓ fÔB ¹ÌÖee׸ Ûe ×ee ØheÝ haÚe ×iÑi¹

´aµ iÑÑediaØeÐÝ afØeÖ bÙÐkÐÓadiÒg Øhe ØÖee× ½¼¼± fÙÐи aÒd

·

ÐaÖ iÒ×eÖØiÓÒ Ô eÖfÓÖÑaÒceº ËÓÑeØiÑe× cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee×

´bµ afØeÖ iÒ×eÖØiÒg 9Å keÝ× iÒØÓ ØÖee× bÙÐkÐÓaded ÛiØh ½Å

·

·

Ô eÖfÓÖÑ ÛÓÖ×e ØhaÒ di×k¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee׺ Ìhi× i× ÔÖiÑaÖiÐÝ

keÝ׺ Ïe ×ee ØhaØ iÒ each Óf Øhe×e ×ceÒaÖiÓ׸ di×k¹¬Ö×Ø fÔB ¹

·

b ecaÙ×e Óf Øhe ÑÓÖe cÓÑÔÐicaØed ÒÓ de»Ôage ×ÔÐiØ ÓÔ eÖaØiÓÒ×

ÌÖee× iÒcÙÖ Ðe×× ØhaÒ a 9± ÓÚeÖheadº ÁÒ cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹

·

iÒ cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee׸ a× di×cÙ××ed iÒ ËecØiÓÒ ¿º¾º

ÌÖee׸ Øhe ×Ôace ÓÚeÖhead i× Ðe×× ØhaÒ 5± ÙÒdeÖ ×ceÒaÖiÓ

·

´aµ¸ eÚeÒ b eØØeÖ ØhaÒ di×k¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee׺ Ìhi× i× b ecaÙ×e

4.2.3 Deletion Performance

# Óf Ôage× iÒ Øhe iÒdeÜ

8

½ ËÔace ÇÚeÖhead =

·

DeÐeØiÓÒ× aÖe iÑÔÐeÑeÒØed a× ÐaÞÝ deÐeØiÓÒ× iÒ aÐÐ Øhe iÒ¹

# Óf Ôage× iÒ a di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee 5 2.6 2.6 10 Disk−optimized B+tree Disk−optimized B+tree B+trees Disk−first fpB+tree Disk−first fpB+tree 2.4 2.4 fpB+trees Cache−first fpB+tree Cache−first fpB+tree 4 10 2.2 2.2

2 2 3 10 1.8 1.8

1.6 1.6 execution time (ms) 2

# of I/O reads (x 1000) 10 # of I/O reads (x 1000) 1.4 1.4

1 1.2 10 1.2 2 4 6 4KB 8KB 16KB 32KB 4KB 8KB 16KB 32KB 10 10 10

page size page size # of entries in the scanned range

´aµ ×eaÖch afØeÖ bÙÐkÐÓad ´bµ ×eaÖch iÒ ÑaØÙÖe ØÖee× ´aµ EÜecÙØiÓÒ ØiÑe Ú׺ ÖaÒge ×iÞe

100 10

B+trees

Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce fÓÖ ×eaÖche× FigÙÖe ½7: fpB+trees 9 80 8

· 7

Øhe Ðeaf Ôage× iÒ cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× ÓÒÐÝ cÓÒØaiÒ iÒ¹Ôage 60

· 6

Ðeaf ÒÓ de׸ ÛhiÐe di×k¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× bÙiÐd iÒ¹Ôage ØÖee×

5

´cÓÒØaiÒiÒg ÒÓÒÐeaf aÒd Ðeaf ÒÓ de×µ iÒ Ðeaf Ôage׺ ÀÓÛeÚeÖ¸ 40 speed up

4

fÓÖ Øhe ÑaØÙÖe ØÖee ×ceÒaÖiÓ׸ Øhe ×Ôace ÓÚeÖhead× Óf Øhe execution time (s)

· 20 3

cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee caÒ gÖÓÛ ØÓ ¿6±¸ b ecaÙ×e Óf Øhe dif¹

2

¬cÙÐØie× iÒ ÑaiÒØaiÒiÒg e«ecØiÚe ÔÐaceÑeÒØ Óf ÒÓ de× ÛiØhiÒ

0 1

ÚeÖ ÑaÒÝ iÒ×eÖØiÓÒ׺ Ôage× Ó 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

# of disks used # of disks used

FigÙÖe ½6 aÐ×Ó ×hÓÛ× ØhaØ a× Øhe Ôage ×iÞe gÖÓÛ׸ Øhe

´bµ ØiÑe Ú׺ # Óf di×k× ´cµ ×Ô eed¹ÙÔ Ú׺ # Óf di×k× ·

×Ôace ÓÚeÖhead Óf di×k¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× decÖea×e× b ecaÙ×e

ÐaÖgeÖ Ôage× aÐÐÓÛ ÑÓÖe fÖeedÓÑ ÛheÒ ÓÔØiÑiÞiÒg iÒ¹Ôage

FigÙÖe ½8: ÊaÒge ×caÒ Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce

ÒÓ de ÛidØh׺

9¼ ÑiÐÐiÓÒ keÝ× aÒd ØheÒ iÒ×eÖØed ½¼ ÑiÐÐiÓÒ keÝ× ØÓ

4.3.1 Search Performance ÛiØh

·

Ñake Øhe ØÖee× ÑaØÙÖeº Ïe Ô eÖfÓÖÑed ÚaÖiÓÙ× ÖaÒge ×caÒ

FigÙÖe ½7 ×hÓÛ× Øhe ×eaÖch Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf fÔB ¹

ÓÔ eÖaØiÓÒ× ÓÒ Øhe ÑaØÙÖe ØÖee׺ Each ÖeÔ ÓÖØed daØa Ô ÓiÒØi×

ÌÖee׺ Ìhe ¬gÙÖe ÖeÔ ÓÖØ× Øhe ÒÙÑbeÖ Óf Á»Ç Ôage Öead×

Øhe aÚeÖage Óf ½¼ ØÖiaÐ׺

ØhaØ Ñi×× Øhe bÙ«eÖ Ô Ó ÓÐ ÛheÒ ×eaÖchiÒg ¾¼¼¼ ÖaÒdÓÑ keÝ×

FigÙÖe ½8´aµ ×hÓÛ× Øhe eÜecÙØiÓÒ ØiÑe iÒ ÑiÐÐi×ecÓÒd× fÓÖ

iÒ ØÖee× cÓÒØaiÒiÒg ½¼Å keÝ׺ Ìhe bÙ«eÖ Ô Ó ÓÐ Ûa× cÐeaÖed

ÖaÒge ×caÒ× Ù×iÒg ½¼ di×k׸ ÛheÖe Øhe ×ØaÖØiÒg keÝ× aÖe ×e¹

b efÓÖe eÚeÖÝ eÜÔ eÖiÑeÒغ Ïe ×ee ØhaØ fÓÖ aÐÐ Ôage ×iÞe׸ di×k¹

¾

· ·

ÐecØed aØ ÖaÒdÓÑ aÒd Øhe ×iÞe Óf Øhe ÖaÒge ÚaÖie× fÖÓÑ ½¼ ØÓ

¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× Ô eÖfÓÖÑ cÐÓ×e ØÓ ØhaØ Óf di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹

7

½¼ eÒØÖie׺ ÆÓØe ØhaØ a ½6ÃB Ðeaf Ôage caÒ hÓÐd ÑÓÖe ØhaÒ

ÌÖee׸ acce××iÒg Ðe×× ØhaÒ ¿± ÑÓÖe Ôage׺ ÀÓÛeÚeÖ¸ cache¹

·

¾¼¼¼ eÒØÖie׸ ÓÖ ÑÓÖe ØhaÒ ½4¼¼ eÒØÖie× ÛheÒ Øhe ØÖee i× 7¼±

¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× ÑaÝ acce×× ÙÔ ØÓ ¾5± ÑÓÖe Ôage׺ AfØeÖ

¾

fÙÐи Ûhichi×ØÝÔicaÐÐÝ Øhe ca×eº ÌhÙ× fÓÖ ×ÑaÐÐ ÖaÒge× ´½¼

ÐÓ ÓkiÒg iÒØÓ Øhe eÜÔ eÖiÑeÒØ׸ Ûe deØeÖÑiÒed ØhaØ Øhe eܹ

¿

aÒd ½¼ µ¸ Øhe eÜecÙØiÓÒ ØiÑe× fÓÖ Øhe ØÛÓ ØÖee× aÖe iÒdi×ØiÒ¹

ØÖa cÓ×Ø i× iÒcÙÖÖed ÑaiÒÐÝ ÛheÒ acce××iÒg Ðeaf ÔaÖeÒØ ÒÓ de×

4

gÙi×habÐeº FÓÖ ÐaÖgeÖ ÖaÒge× ´½¼ aÒd ÙÔµ¸ ÑÙÐØiÔÐe Ôage× aÖe

iÒ ÓÚeÖ­ÓÛ Ôage׺ FÓÖ eÜaÑÔÐe iÒ Øhe 4ÃB ca×e iÒ Fig¹

·

Òeeded¸ aÒd Øhe fÔB ¹ÌÖee ÔÖÓÚide× a ×igÒi¬caÒØ iÑÔÖÓÚe¹

ÙÖe ½7´aµ¸ Øhe faÒ¹ÓÙØ Óf a ÒÓÒÐeaf ÒÓ de i× 57 aÒd a Ôage

· 4

ÑeÒØÓÚeÖ Øhe B ¹ÌÖeeº EÚeÒ fÓÖ Øhe ½¼ ca×e¸ Ûhich ×caÒ×

caÒ cÓÒØaiÒ ÔaÖØ Óf a ØÛÓ¹ÐeÚeÐ ØÖeeº BÙØ ÓÒÐÝ 6 ÓÙØ Óf Øhe

·

ÓÒÐÝ a feÛ Ôage׸ Øhe fÔB ¹ÌÖee i× ½º9 ØiÑe× fa×ØeÖ ØhaÒ Øhe

57 chiÐdÖeÒ caÒ Öe×ide ÓÒ Øhe ×aÑe Ôage a× a ÒÓ de iØ×eÐfº

· 6 7

B ¹ÌÖeeº BeØØeÖ ×ØiÐи fÓÖ ÐaÖge ×caÒ× Óf ½¼ ß½¼ eÒØÖie׸ Øhe

ÌheÖefÓÖe eÚeÒ if aÐÐ Øhe ÔaÖeÒØ× Óf Øhe Ðeaf ÔaÖeÒØ ÒÓ de×

· ·

fÔB ¹ÌÖee i× 6º¾¹6º9 ØiÑe× fa×ØeÖ ØhaÒ Øhe B ¹ÌÖeeº

aÖe ØÓÔ¹ÐeÚeÐ ÒÓ de׸ 5½ ÓÙØ Óf eÚeÖÝ 57 Ðeaf ÔaÖeÒØ ÒÓ de×

FÖÓÑ Øhe ×ÑaÐÐ ÖaÒge Öe×ÙÐØ× iÒ FigÙÖe ½8´aµ¸ Ûe ×ee ØhaØ

ÛiÐÐ ×ØiÐÐ b e ÔÐaced iÒ ÓÚeÖ­ÓÛ Ôage׸ ÐeadiÒg ØÓ ÑaÒÝ ÑÓÖe

· ÓÙÖ ØechÒiÕÙe fÓÖ aÚÓidiÒg ÓÚeÖ×hÓ ÓØiÒg i× ÕÙiØe e«ecØiÚeº

Ôage Öead× ØhaÒ di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee׺ ÀÓÛeÚeÖ¸ a× Ôage

ÏheÒ ÖaÒge× aÖe ×ÑaÐи ØheÖe i× aÐÑÓ×Ø ÒÓ addiØiÓÒaÐ Á»Ç

×iÞe× gÖÓÛ¸ Øhi× ÔÖÓbÐeÑ i× aÐÐeÚiaØed aÒd Øhe Ô eÖfÓÖÑaÒce

·

ÓÚeÖhead fÓÖ ×eaÖchiÒg eÒd keÝ׸ ×iÒce eÒd keÝ× ÓfØeÒ Öe×ide

Óf cache¹¬Ö×Ø fÔB ¹ÌÖee× geØ× b eØØeÖ¸ a× caÒ b e ×eeÒ fÓÖ Øhe

iÒ Øhe ×aÑe Ðeaf Ôage× a× b egiÒ keÝ׺ EÚeÒ ÛheÒ ØheÝ aÖe

¿¾ÃB Ô ÓiÒØ׺

iÒ di«eÖeÒØ Ðeaf Ôage׸ Øhe eÒd Ðeaf Ôage¸ Ûhich ha× b eeÒ

hed iÒØÓ Øhe bÙ«eÖ Ô Ó ÓÐ bÝ Øhe ×eaÖch¸ ÛiÐÐ ÐikeÐÝ ×ØiÐÐ b e

4.3.2 Range Scan Performance on Real Hardware feØc

iÒ Øhe bÙ«eÖ Ô Ó ÓÐ ÛheÒ Òeeded fÓÖ Øhe ×caÒº

ÍÒÐike ÓÙÖ ×eaÖch eÜÔ eÖiÑeÒØ׸ Ûhich cÓÙÒØed Øhe ÒÙѹ

FigÙÖe ½8´bµ ×hÓÛ× Øhe eÜecÙØiÓÒ ØiÑe iÒ ×ecÓÒd× fÓÖ ÐaÖge

b eÖ Óf Á»Ç acce××e׸ ÓÙÖ ÖaÒge ×caÒ Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce eÜÔ eÖ¹

7

ÖaÒge ×caÒ× ´½¼ eÒØÖie×µ¸ ÚaÖÝiÒg Øhe ÒÙÑb eÖ Óf di×k׺ Fig¹

iÑeÒØ× Ñea×ÙÖe ÖÙÒÒiÒg ØiÑe× ÓÒ ÖeaÐ haÖdÛaÖeº FigÙÖe ½8

ÙÖe ½8´cµ ×hÓÛ× Øhe cÓÖÖe×Ô ÓÒdiÒg ×Ô eed¹ÙÔ׺ Ïe ×ee Øhe · ·

×hÓÛ× Øhe Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf fÔB ¹ÌÖee× Ú׺ B ¹ÌÖee× fÓÖ

ØÖeÒd Óf decÖea×iÒg eÜecÙØiÓÒ ØiÑe ´aÒd heÒce iÒcÖea×iÒg

ÖaÒge ×caÒ׸ ÓÒ aÒ ËGÁ ÇÖigiÒ ÛÓÖk×ØaØiÓÒ ÖÙÒÒiÒg ÁÖiÜ 6º5

×Ô eed¹ÙÔµ ÛiØh iÒcÖea×iÒg ÒÙÑb eÖ× Óf di×k׺ ÏheÒ Ûe iÒ¹

ÛiØh fÓÙÖ ½8¼ÅÀÞ ÅÁÈË Ê½¼¼¼¼ ÔÖÓ ce××ÓÖ׸ ½¾8ÅB ÊAŸ

cÖea×e Øhe ÒÙÑb eÖ Óf di×k× fÖÓÑ ½ ØÓ ½¼¸ Ûe ×ee aÒ aÐÑÓ×Ø

aÒd ½¾ ËCËÁ di×k׺ Each di×k i× a ËeagaØe CheeØah 4ÄÈ ÛiØh

ÐiÒeaÖ iÒcÖea×e iÒ ×Ô eed¹ÙÔ fÖÓÑ ½ ØÓ 6º9º

a ÑaÜiÑÙÑ ØÖaÒ×feÖ ÖaØe Óf 4¼ ÅbÝØe×»×ec aÒd a ØÖack¹ØÓ¹

k ×eek ØÝÔ e Óf ½8 Ñ×ec ´ØÝÔicaеº Ïe iÑiØaØe ÖaÛ di×k

ØÖac 4.3.3 Range Scan Performance on a Commercial DBMS

ÔaÖØiØiÓÒ× bÝ aÐÐÓ caØiÒg a ÐaÖge ¬Ðe ÓÒ each di×k aÒd ÑaÒ¹

FiÒaÐÐݸØÓeÚaÐÙaØe Øhe iÑÔacØ Óf ÖaÒge ×caÒ ÔÖefeØchiÒg

agiÒg Øhe ÑaÔÔiÒg fÖÓÑ Ôage ÁD× ØÓ ¬Ðe Ó«×eØ× ÓÙÖ×eÐÚe׺

ÓÒ a cÓÑÑeÖicaÐ DBÅ˸ Ûe iÑÔÐeÑeÒØed ÓÙÖ jÙÑÔ¹Ô ÓiÒØeÖ

Ìhe ¬Ðe ×Ý×ØeÑ Ù×e× ½6ÃB di×k bÐÓ ck׸ ×Ó accÓÖdiÒgÐݸ Ûe

9

aÖÖaÝ×cheÑe ÛiØhiÒ ÁBÅ³× DB¾ ÍÒiÚeÖ×aÐ DaØaba×e º Be¹

×eØ Øhe ØÖee Ôage ×iÞe ØÓ b e ½6ÃBº ÇÙÖ bÙ«eÖ ÑaÒageÖ ha× a

dedicaØed ØhÖead fÓÖ each Óf Øhe di×k׸ Ûhich Ô eÖfÓÖÑ× Á»Ç

9

ÆÓØice׸ ÌÖadeÑaÖk׸ ËeÖÚice ÅaÖk× aÒd Di×cÐaiÑeÖ×: Ìhe iÒfÓÖ¹

ÓÔ eÖaØiÓÒ× ÓÒ b ehaÐf Óf Øhe ÓÔ eÖaØiÓÒ ÖeÕÙe×ØeÖ׺

ÑaØiÓÒ cÓÒØaiÒed iÒ Øhi× ÔÙbÐicaØiÓÒ dÓ e× ÒÓØ iÒcÐÙde aÒÝ ÔÖÓ dÙcØ

ÛaÖÖaÒØie׸ aÒd aÒÝ ×ØaØeÑeÒØ× ÔÖÓÚided iÒ Øhi× dÓ cÙÑeÒØ ×hÓÙÐd FÓÖ Øhe×e eÜÔ eÖiÑeÒØ׸ Ûe bÙÐkÐÓaded Øhe ØÖee× ½¼¼± fÙÐÐ

i× ×ÙÆcieÒØ ÑeÑÓÖÝ ØÓ hÓÐd ÑÓ×Ø Óf Øhe iÒdeÜ Ôage׸ Ûe

100 100 no prefetch

ÖecÓÑÑeÒd Øhe cache¹¬Ö×Ø aÔÔÖÓach¸ fÓÖ iØ× ×ÐighØÐÝ b eØØeÖ

no prefetch with prefetch

he Ô eÖfÓÖÑaÒceº BÝ e«ecØiÚeÐÝ addÖe××iÒg Øhe cÓÑÔÐeØe in memory cac 80 with prefetch 80

in memory ·

ÑeÑÓÖÝ hieÖaÖchݸ fÔB ¹ÌÖee× aÖe a ÔÖacØicaÐ ×ÓÐÙØiÓÒ fÓÖ ÚiÒg DBÅË Ô eÖfÓÖÑaÒceº 60 60 iÑÔÖÓ

40 40 6. ACKNOWLEDGEMENTS

normalized execution time normalized execution time

h i× ×ÙÔÔ ÓÖØed iÒ ÔaÖØ bÝ gÖaÒØ× fÖÓÑ Øhe Æa¹

20 20 Ìhi× Öe×eaÖc

ØiÓÒaÐ ËcieÒce FÓÙÒdaØiÓÒ¸ ÅicÖÓ×Ófظ aÒd ÁÒØeк 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

# of I/O processes SMP (# of parallel processes) 7. REFERENCES

´aµ ÚaÖÝiÒg # Óf ÔÖefeØcheÖ× ´bµ ÚaÖÝiÒg ËÅÈ degÖee

[½] Aº AiÐaÑaki¸ Dº º DeÏiØظ ź Dº ÀiÐи aÒd ź ËkÓÙÒaki׺

´ËÅÈ degÖee = 9µ ´# Óf ÔÖefeØcheÖ× = 8µ

ÏeaÚiÒg ÊeÐaØiÓÒ× fÓÖ Cache ÈeÖfÓÖÑaÒceº ÁÒ ÈÖÓceediÒg×

Óf Øhe ¾7Øh ÎÄDB¸ Ôage× ½69ß½8¼¸ ËeÔغ ¾¼¼½º

FigÙÖe ½9: ÁÑÔacØ Óf ÖaÒge ×caÒ ÔÖefeØchiÒg ÓÒ Øhe

[¾] Aº AiÐaÑaki¸ Dº º DeÏiØظ ź Dº ÀiÐи aÒd Dº Aº ÏÓÓdº

Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf DB¾

DBÅË× ÓÒ a ÅÓ deÖÒ ÈÖÓ ce××ÓÖ: ÏheÖe DÓ e× ÌiÑe GÓ? ÁÒ

ÈÖÓceediÒg× Óf Øhe ¾5Øh ÎÄDB¸ Ôage× ¾66ß¾77¸ ËeÔغ ½999º

[¿] ĺ Aº BaÖÖÓ×Ó¸ ú GhaÖachÓÖÐÓ Ó¸ aÒd Eº Dº BÙgÒiÓÒº

caÙ×e DB¾³× iÒdeÜ ×ØÖÙcØÙÖe× ×ÙÔÔ ÓÖØ ÖeÚeÖ×e ×caÒ× aÒd ËÅÈ

ÅeÑÓÖÝ ËÝ×ØeÑ ChaÖacØeÖiÞaØiÓÒ Óf CÓÑÑeÖciaÐ

×caÒ ÔaÖaÐÐeÐi×Ѹ Ûe added ÐiÒk× iÒ b ÓØh diÖecØiÓÒ׸ aÒd aØ

ÏÓÖkÐÓad׺ ÁÒ ÈÖÓceediÒg× Óf Øhe ¾5Øh ÁËCA¸ Ôage× ¿ß½4¸

aÐÐ ÐeÚeÐ× Óf Øhe ØÖeeº Ìhe×e ÐiÒk× aÖe adjÙ×Øed aØ eÚeÖÝ ÒÓÒ¹

ÂÙÒe ½998º

Ðeaf Ôage ×ÔÐiØ aÒd Ôage ÑeÖgeº

[4] ź Aº BeÒdeÖ¸ Eº Dº DeÑaiÒe¸ aÒd ź FaÖach¹CÓÐØÓÒº

Ïe Ô eÖfÓÖÑed eÜÔ eÖiÑeÒØ× ÓÒ aÒ ÁBÅ 7¼½5¹Ê¿¼ ÑachiÒe

Cache¹ÇbÐiÚiÓÙ× B¹ÌÖee׺ ÁÒ ÈÖÓceediÒg× Óf Øhe 4½×Ø ÁEEE

´fÖÓÑ Øhe ÊË»6¼¼¼ ÐiÒeµ ÛiØh 8 ÔÖÓ ce××ÓÖ׸ 8¼ ËËA di×k׸

FÇC˸ Ôage× ¿99ß4¼9¸ ÆÓÚº ¾¼¼¼º

aÒd ¾GB Óf ÑeÑÓÖݸ ÖÙÒÒiÒg Øhe AÁX ÓÔ eÖaØiÒg ×Ý×ØeѺ

[5] Ⱥ BÓhaÒÒÓÒ¸ Ⱥ ÅcÁÐÖÓݸ aÒd ʺ Êa×ØÓgiº ÁÑÔÖÓÚiÒg

ÅaiÒ¹ÅeÑÓÖÝ ÁÒdeÜ ÈeÖfÓÖÑaÒce ÛiØh ÈaÖØiaÐ ÃeÝ

Ïe Ô ÓÔÙÐaØed a ½¾º8 GB ØabÐe acÖÓ×× 8¼ ÖaÛ ÔaÖØiØiÓÒ× ´iºeº¸

ÁÒfÓÖÑaØiÓÒº ÁÒ ÈÖÓceediÒg× Óf Øhe ËÁGÅÇD ¾¼¼½

½6¼ ÅB Ô eÖ ÔaÖØiØiÓÒµ Ù×iÒg ½¼ cÓÒcÙÖÖeÒØ ÔÖÓ ce××e× ØÓ iÒ¹

CÓÒfeÖeÒce¸ÅaÝ ¾¼¼½º

×eÖØ a ØÓØaÐ Óf ÖÓÙghÐÝ 5¼ ÑiÐÐiÓÒ ÖÓÛ× Óf ÖaÒdÓÑ daØa Óf

[6] ˺ CheÒ¸ Ⱥ Bº Gibb ÓÒ׸ aÒd ̺ Cº ÅÓÛÖݺ ÁÑÔÖÓÚiÒg ÁÒdeÜ

Øhe fÓÖÑ ´iÒظiÒظchaÖ´¾¼µ¸iÒظchaÖ´ 5½¾µµ º AÒ iÒdeÜ

ÈeÖfÓÖÑaÒce ØhÖÓÙgh ÈÖefeØchiÒgº ÁÒ ÈÖÓceediÒg× Óf Øhe

Ûa× cÖeaØed Ù×iÒg Øhe ØhÖee iÒØegeÖ cÓÐÙÑÒ×; iØ× iÒiØiaÐ ×iÞe

ËÁGÅÇD ¾¼¼½ CÓÒfeÖeÒce¸ Ôage× ¾¿5ß¾46¸ ÅaÝ ¾¼¼½º

Ûa× Ðe×× ØhaÒ ½ GB¸ bÙØ iØ gÖÓÛ× ØhÖÓÙgh Ôage ×ÔÐiØ׺ Ïe

[7] ˺ CheÒ¸ Ⱥ Bº Gibb ÓÒ׸ ̺ Cº ÅÓÛÖݸ aÒd Gº ÎaÐeÒØiÒº

·

Ù×ed Øhe ÕÙeÖÝ ËEÄECÌ CÇÍÆÌ´¶µ FÊÇÅ DAÌA¸ Ûhichi× aÒ¹

FÖacØaÐ ÈÖefeØchiÒg B ¹ÌÖee×: ÇÔØiÑiÞiÒg BÓØh Cache aÒd

×ÛeÖed Ù×iÒg Øhe iÒdeܺ FigÙÖe ½9 ×hÓÛ× Øhe Öe×ÙÐØ× Óf Øhe×e

Di×k ÈeÖfÓÖÑaÒceº ÌechÒicaÐ ÊeÔ ÓÖØ CÅ͹C˹¼¾¹½½5¸

ËchÓ ÓÐ Óf CÓÑÔÙØeÖ ËcieÒce¸ CaÖÒegie ÅeÐÐÓÒ ÍÒiÚeÖ×iØݸ

eÜÔ eÖiÑeÒØ׺

ÅaÖº ¾¼¼¾º

A× Ûe ×ee iÒ FigÙÖe ½9¸ ÓÙÖ Öe×ÙÐØ× ÓÒ aÒ iÒdÙ×ØÖiaй×ØÖeÒgØh

[8] ̺ ź ChiÐiÑbi¸ ź Dº ÀiÐи aÒd º ʺ ÄaÖÙ׺

DBÅË aÖe ×ÙÖÔÖi×iÒgÐÝ gÓ Ó d ´¾º5¹5º¼ ×Ô eed¹ÙÔ×µº Ìhe ØÓÔ

Cache¹CÓÒ×ciÓÙ× ËØÖÙcØÙÖe ÄaÝÓÙغ ÁÒ ÈÖÓceediÒg× Óf ÈÄDÁ

cÙÖÚe× iÒ b ÓØh ¬gÙÖe× aÖe fÓÖ Øhe ÔÐaiÒ ÖaÒge ×caÒ iÑÔÐeÑeÒ¹

³99¸ Ôage× ½ß½¾¸ ÅaÝ ½999º

ØaØiÓÒ ÛiØhÓÙØ jÙÑÔ¹Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝ ÔÖefeØchiÒgº Ìhe b ÓØØÓÑ

[9] Zº CÚeØaÒÓÚic aÒd ʺ Eº Ãe××ÐeÖº ÈeÖfÓÖÑaÒce AÒaÐÝ×i× Óf

cÙÖÚe× ×hÓÛ Øhe ×iØÙaØiÓÒ ÛheÒ Øhe Ðeaf Ôage× ØÓ b e ×caÒÒed

Øhe AÐÔha ¾½¾64¹Ba×ed CÓÑÔaÕ EË4¼ ËÝ×ØeѺ ÁÒ

aÖe aÐÖeadÝ iÒ ÑeÑÓÖÝ; Øhi× ÔÖÓÚide× a ÐiÑiØ ØÓ Øhe Ô Ó×¹

ÈÖÓceediÒg× Óf Øhe ¾7Øh ÁËCA¸ Ôage× ½9¾ß¾¼¾¸ ÂÙÒe ¾¼¼¼º

×ibÐe Ô eÖfÓÖÑaÒce iÑÔÖÓÚeÑeÒØ׺ FigÙÖe ½9´aµ ×hÓÛ× ØhaØ

[½¼] Gº GÖaefeº Ìhe ÎaÐÙe Óf ÅeÖge¹ÂÓiÒ aÒd Àa×h¹ÂÓiÒ iÒ ËÉÄ

ËeÖÚeÖº ÁÒ ÈÖÓceediÒg× Óf Øhe ¾5Øh ÎÄDB¸ Ôage× ¾5¼ß¾5¿¸

Øhe Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf jÙÑÔ¹Ô ÓiÒØeÖ aÖÖaÝ ÔÖefeØchiÒg iÒcÖea×e×

ËeÔغ ½999º

ÛiØh Øhe ÒÙÑbeÖ Óf Á»Ç ÔÖefeØcheÖ׸ ÙÒØiÐ Øhe ÑaÜiÑÙÑ

[½½] Gº GÖaefe aÒd Ⱥ ÄaÖ×ÓÒº B¹ØÖee ÁÒdeÜe× aÒd CÈÍ Cache׺

Ô eÖfÓÖÑaÒce i× ÒeaÖÐÝ Öeachedº FigÙÖe ½9´bµ ×hÓÛ× ØhaØ iÒ¹

ÁÒ ÈÖÓceediÒg× Óf Øhe ½7Øh ÁCDE CÓÒfeÖeÒce¸ Ôage×

cÖea×iÒg Øhe degÖee Óf ÔaÖaÐÐeÐi×Ñ iÒcÖea×e× Øhe ÕÙeÖÝ Ô eÖfÓÖ¹

¿49ß¿58¸ AÔÖiÐ ¾¼¼½º

ÑaÒce¸ Ûhich agaiÒ ØÖack× Øhe ÑaÜiÑÙÑ Ô eÖfÓÖÑaÒce cÙÖÚeº

[½¾] º GÖaÝ aÒd Gº GÖaefeº Ìhe FiÚe¹ÅiÒÙØe ÊÙÐe ÌeÒ YeaÖ×

ÄaØeÖº ACÅ ËÁGÅÇD ÊecÓÖd¸ ¾6´4µ:6¿ß68¸ Decº ½997º

ÁBÅ CÓÖÔº ÁBÅ DB¾ ÍÒiÚeÖ×aÐ DaØaba×e AdÑiÒi×ØÖaØiÓÒ

5. CONCLUSIONS [½¿]

GÙide ÎeÖ×iÓÒ 7º ¾¼¼¼º

ÈÖeÚiÓÙ× ×ØÙdie× ÓÒ iÑÔÖÓÚiÒg iÒdeÜ Ô eÖfÓÖÑaÒce haÚe fÓ¹

[½4] ̺ º ÄehÑaÒ aÒd ź º CaÖeݺ A ËØÙdÝ Óf ÁÒdeÜ ËØÖÙcØÙÖe×

cÙ×ed eiØheÖ ÓÒ ÓÔØiÑiÞiÒg Øhe cache Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf ÑeÑÓÖݹ

fÓÖ ÅaiÒ ÅeÑÓÖÝ DaØaba×e ÅaÒageÑeÒØ ËÝ×ØeÑ׺ ÁÒ

Öe×ideÒØ daØaba×e׸ ÓÖ eÐ×e ÓÔØiÑiÞiÒg Øhe Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce

ÈÖÓceediÒg× Óf Øhe ½¾Øh ÎÄDB¸ Ôage× ¾94ß¿¼¿¸ AÙgº ½986º

Óf di×k¹Öe×ideÒØ daØaba×e׺ ÏhaØ ha× b eeÒ ÐackiÒg ÔÖiÓÖ ØÓ

[½5] Dº ÄÓÑeغ B¹ØÖee Èage ËiÞe ÛheÒ CachiÒg i× CÓÒ×ideÖedº

Øhi× ×ØÙdÝ i× aÒ iÒdeÜ ×ØÖÙcØÙÖe ØhaØ achieÚe× gÓ Ó d Ô eÖfÓÖ¹

ACÅ ËÁGÅÇD ÊecÓÖd¸ ¾7´¿µ:¾8ß¿¾¸ ËeÔº ½998º

ÑaÒce fÓÖ b ÓØh Óf Øhe×e iÑÔ ÓÖØaÒØ ÐeÚeÐ× Óf Øhe ÑeÑÓÖÝ

[½6] Dº ÄÓÑeغ Ìhe EÚÓÐÙØiÓÒ Óf E«ecØiÚe B¹ØÖee: Èage

hieÖaÖchݺ ÇÙÖ eÜÔ eÖiÑeÒØaÐ Öe×ÙÐØ× iÒ Øhi× ÔaÔ eÖ deÑÓÒ¹

ÇÖgaÒiÞaØiÓÒ aÒd ÌechÒiÕÙe×: A ÈeÖ×ÓÒaÐ AccÓÙÒغ ACÅ

·

ËÁGÅÇD ÊecÓÖd¸ ¿¼´¿µ:64ß69¸ ËeÔº ¾¼¼½º

×ØÖaØe ØhaØ FÖacØaÐ ÈÖefeØchiÒg B ¹ÌÖee× aÖe ×Ùch a ×ÓÐÙØiÓÒº

[½7] ˺ ÅcFaÖÐiÒgº CÓÑbiÒiÒg BÖaÒch ÈÖedicØÓÖ׺ ÌechÒicaÐ

ÌheÝ achieÚe ÐaÖge gaiÒ× iÒ cache Ô eÖfÓÖÑaÒce cÓÑÔaÖed

·

ÊeÔ ÓÖØ ÏÊÄ ÌechÒicaÐ ÆÓØe Ìƹ¿6¸ DigiØaÐ EÕÙiÔÑeÒØ

ÛiØh di×k¹ÓÔØiÑiÞed B ¹ÌÖee× fÓÖ ×eaÖche׸ ÖaÒge ×caÒ׸ aÒd

CÓÖÔ ÓÖaØiÓÒ¸ ÂÙÒe ½99¿º

ÙÔ daØe× ÓÒ ÑÓ deÖÒ ×Ý×ØeÑ׺ ÅÓÖeÓÚeÖ¸ ØheÝ ÔÖÓÚide ÙÔ

[½8] º ÊaÓ aÒd ú Aº ÊÓ×׺ Cache CÓÒ×ciÓÙ× ÁÒdeÜiÒg fÓÖ

ØÓ a ¬ÚefÓÐd iÑÔÖÓÚeÑeÒØ iÒ Øhe Á»Ç Ô eÖfÓÖÑaÒce Óf ÖaÒge

Deci×iÓÒ¹ËÙÔÔ ÓÖØ iÒ ÅaiÒ ÅeÑÓÖݺ ÁÒ ÈÖÓceediÒg× Óf Øhe

×caÒ× ÓÒ a cÓÑÑeÖciaÐ DBÅË ´DB¾µº CÓÑÔaÖiÒg Øhe ØÛÓ

¾5Øh ÎÄDB¸ Ôage× 78ß89¸ ËeÔغ ½999º

·

·

fÔB ¹ÌÖee aÔÔÖÓache׸ Ûe ÖecÓÑÑeÒd iÒ geÒeÖaÐ Øhe di×k¹

[½9] º ÊaÓ aÒd ú Aº ÊÓ×׺ ÅakiÒg B ¹ÌÖee× Cache CÓÒ×ciÓÙ×

¬Ö×Ø aÔÔÖÓach¸ fÓÖ iØ× ÑiÒiÑaÐ Á»Ç iÑÔacغ BÙØ if ØheÖe

iÒ ÅaiÒ ÅeÑÓÖݺ ÁÒ ÈÖÓceediÒg× Óf Øhe ËÁGÅÇD ¾¼¼¼

CÓÒfeÖeÒce¸ Ôage× 475ß486¸ ÅaÝ ¾¼¼¼º

ÒÓØ b e iÒØeÖÔÖeØed a× ×Ùchº Ìhe fÓÐÐÓÛiÒg ØeÖÑ× aÖe ØÖadeÑaÖk× ÓÖ

[¾¼] ú Cº YeageÖº Ìhe ÅÁÈË Ê½¼¼¼¼ ËÙÔ eÖ×caÐaÖ

Öegi×ØeÖed ØÖadeÑaÖk× Óf Øhe ÁBÅ CÓÖÔ ÓÖaØiÓÒ iÒ Øhe ÍÒiØed ËØaØe×

ÅicÖÓÔÖÓ ce××ÓÖº ÁEEE ÅicÖÓ¸ ½6´¾µ:¾8ß4¼¸ AÔÖiÐ ½996º

aÒd»ÓÖ ÓØheÖ cÓÙÒØÖie×: ÁBŸ DB¾¸ DB¾ ÍÒiÚeÖ×aÐ DaØaba×eº ÇØheÖ

cÓÑÔaÒݸ ÔÖÓ dÙcØ ÓÖ ×eÖÚice ÒaÑe× ÑaÝ b e Øhe ØÖadeÑaÖk× ÓÖ ×eÖÚice ÑaÖk× Óf ÓØheÖ׺