软件学报

作者：印钰杰，史浩洋，范自豪，周华辉，刘晟驰，胡卉芪，魏星，陈河堆，屠要峰，蔡鹏，周烜

单位：印钰杰，华东师范大学 数据科学与工程学院, 上海 20006211,史浩洋，华东师范大学 数据科学与工程学院, 上海 20006202,范自豪，华东师范大学 数据科学与工程学院, 上海 20006203,周华辉，华东师范大学 数据科学与工程学院, 上海 20006204,刘晟驰，华东师范大学 数据科学与工程学院, 上海 20006205,胡卉芪，华东师范大学 数据科学与工程学院, 上海 20006206,魏星，中兴通讯股份有限公司, 江苏 南京 21001207,陈河堆，中兴通讯股份有限公司, 江苏 南京 21001208,屠要峰，中兴通讯股份有限公司, 江苏 南京 21001209,蔡鹏，华东师范大学 数据科学与工程学院, 上海 200062010,周烜，华东师范大学 数据科学与工程学院, 上海 200062011

关键词：云原生数据库;共享缓存数据库;缓存一致性协议;事务处理

基金：国家自然科学基金(92270202); 上海市自然科学基金(23ZR1418300); 中兴通讯研究基金(HC-CN-20220721010)

云原生数据库的主流设计采用一主多从架构, 集群中从节点可以分担主节点的只读请求, 写请求由主节点处理. 在此基础上, 为了进一步满足大规模交易扩展的需求, 一些云数据库尝试实现多写事务扩展. 多写扩展的一种实现路径是在计算节点间实现共享缓存, 支持跨节点的数据访问. 在基于共享缓存的数据库系统中, 跨节点远程访问的开销远大于本地访问, 因此缓存协议的设计是影响系统性能和可扩展性的关键因素. 对缓存协议提出了两个创新性改进, 并基于PostgreSQL实现了支持多写事务处理的共享缓存数据库PG-RAC. 一方面, PG-RAC提出一种新型的分布式链式路由策略, 将路由信息分散在各计算节点. 相比单点目录管理的路由策略, 事务平均延迟降低了约20%. 另一方面, 还改进了副本页失效机制, 将失效操作从事务路径分离, 减小了事务处理关键路径的延迟. 在此基础上, PG-RAC利用多版本并发控制的特性, 进一步提出推迟副本页失效时机, 有效提高了缓存利用率. TPC-C实验结果显示, 在配备4台计算节点的集群中, 吞吐率为PostgreSQL的近2倍, 为分布式数据库Citus的1.5倍.

来源：2025年第3期

《软件学报》期刊编辑部

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