能量有效数据库系统的查询处理与优化

本项目根据信息技术"绿色计算"发展需要，针对数据库管理系统进行以能效为目标的查询处理与优化的研究。结合当前计算机新硬件体系结构，从CPU、内存和磁盘的功耗特性入手，建立基于能效的查询处理代价模型，探索以能效为目标的查询处理与优化的机制，构建查询优化的模型，提出一系列能效优化方法、方案，解决其中的优化理论和技术问题，并设计相应的算法。最后，将通过理论分析和原型实验的手段评价和检验研究结果的有效性。通过本项目的研究，力争取得一批原创性成果，为"绿色数据库管理系统"研究提供理论和方法的基础，同时也为能效软件的开发提供一种思路。

能效数据库管理系统是一个崭新的研究议题，国内外尚无成熟理论可以借鉴。我们从能效（性能/瓦）角度对数据库系统的查询处理与优化进行研究，围绕所面临的议题，沿着代价模型、查询处理算子、查询优化这条路线展开。构建了能效实验环境，用于测量数据库系统、算法运行的能耗、功率，验证有关理论、方法的可行性、有效性；根据CPU、内存、硬盘以及固态盘等存取的能耗，构建了查询处理代价模型；基于能量代价模型，结合不同资源配置重新设计与分析算子级的高能效算法，与传统面向纯性能的方法进行了比较，总结出面向能效的查询处理算子设计的一些基本方法、原理，包括能效排序算法的设计、基于DVFS的查询处理能耗－性能权衡方法、QoS感知的能耗和性能权衡策略；在多存储层次(内存、闪存、硬盘)环境中，进行了面向高能效的查询处理与优化算法探索，发现若基于现有RAM+HDD，能效优化产生的最优计划与面向性能优化的最优计划基本相同，而采用SSD或新出现的存储类内存SCM（如相变存储器）则改变了这种情况。此外，提出了多存储层次中散列连接算法的设计方法，形成了查询优化器体面降级机制；设计了多存储层次中磁盘寿命与服务质量的节能缓存机制。因此，通过该项目的研究丰富和发展数据库管理系统中以能效为目标的查询处理与优化的理论和技术，建立了查询处理能效代价模型，提出了以能效为目标的查询处理与优化的机制和方法，解决了其中的一些关键性问题，设计了一系列查询处理算法，构建了试验环境，取得了一些原创性成果，形成了“绿色数据库管理系统”研究的一些理论和方法。在国内、外核心期刊与会议发表了十几篇相关论文，包括国内权威期刊《计算机研究与发展》1篇、《电子学报》1篇、计算机学会（CCF）推荐软件理论2区国际期刊《J. of Systems and Software》1篇。有一些其他成果尚在形成中，其中两篇已经提交同行评审中（数据库权威会议VLDB 1篇，CCF推荐计算机理论2区国际期刊《J. of Comp. and Sys. Sciences》1篇）。在项目中毕业了5位硕士研究生，在读的有10位，参与本项目的相关教师有4位。