如何使用SSD数据库负载进行SQL能耗感知模型的详细资料说明

　　面对大数据带来的能耗及环境方面的严峻问题，构建节能的绿色数据库系统已成为关键需求和重要挑战。针对现有数据库系统主要以性能优化为目标，缺少对能耗的感知及优化的问题，提出基于数据库负载的能耗感知模型，并将模型应用于基于固态硬盘（SSD）的数据库系统中。首先，将数据库负载执行过程中对主要系统资源（CPU、固态硬盘）的消耗解析为时间开销和功耗开销，并基于SSD数据库负载的基本I/0类型构建时间开销模型和功耗开销模型，实现为数据库构建资源开销单位统一的能耗感知模型;然后，利用多元线性回归实现对模型的求解，并分别在独占环境和竞争环境下，验证模型对不同IV0类型的数据库负载能耗估算的准确性;最后，分析实验结果，并讨论了影响模型准确性的因素。经实验验证模型准确度较高，在DBMS独占系统资源情况下的平均误差为5.15%，绝对误差不超过9.8%;竞争环境下的准确率相对下降，但平均误差也低于12.21%，可有效构建能耗感知的绿色数据库系统。

　　目前，由于固态硬盘（Solid-StateDrive，SSD）具有高性能。低能耗等特点，因此为构建低能耗的绿色数据库系统提供了新思路，许多相关研究学者也相继提出了在绿色数据库系统中应当考虑SSD的使用（7-83 ，但现有针对基于SSD的数据库系统的研究主要以提高性能为目标，缺少对系统能耗的感知与处理［9-10］。与此同时，现有数据库系统的查询计划往往是基于机械磁盘（ Hard Disk Drive， HDD）进行设计与优化，简单用SSD替换HDD，并不能够选择最有效地权衡性能和能耗的执行计划，因此，本文基于SSD数据库系统，以降低系统能耗为首要目标，重点关注如何有效估算执行计划的能耗进而优化DBMS的SQL语句执行计划的选择来实现数据库节能。通过对固态硬盘顺序读、随机读。顺序写和随机写的不同操作进行区分，建立基于SSD数据库不同IO操作类型的SQL语句能耗感知模型。模型只需要从SQL语句的执行计划中获取CPU指令总数、固态硬盘读写次数等资源消耗信息，通过相应算法就可得出CPU、固态硬盘等主要能耗部件的能量消耗，最终估算出相应执行计划在系统中的总能耗。本文主要工作是在对直接影响数据库能耗的SQL资源消耗分析基础上，为基于SSD的数据库系统构建了基于数据库/0操作类型、单位开销统一 的能耗感知模型，通过实验验证模型的有效性，并进行了优化分析。实验结果表明，提出的能耗感知模型在理想情况下，平均误差为5.15% ，绝对误差不超过98%，证明了该模型可有效应用于构建能耗感知的绿货能数据库系统。模型主要基于读写两种不同操作类型，将CPU和SSD的资源开销统一转化为顺序读或顺序店的单位资源开销，在查询优化器中仅通过读与次数就可预测资源开销和能量消耗。