Hybrid^2-Indexstrukturen für Hauptspeicherdatenbanken

Das Ziel des Projektes ist die Beschleunigung des Indexzugriffs von Datenbankmanagementsystemen (DBMS) zur Steigerung der Gesamtsystemperformanz. Da der Indexzugriff Ausgangspunkt für alle nachfolgenden Verarbeitungsschritte von Anfragen eines DBMS ist, ist ein schneller Indexzugriff wesentlich für die Gesamtperformanz der DBMS. Zur Beschleunigung des Indexzugriffs wollen wir neue Hardware-/Softwarestrukturen von Indexen untersuchen und entwickeln, welche strukturhybride Indexe, d.h. Kombinationen von statischen und dynamischen Indexen, auf hybriden Shared-Memory Systemarchitekturen bestehend aus einer CPU und einem FPGA oder GPU als Hardwarebeschleuniger realisieren. Solche Hybrid^2-Indexe wurden in der Literatur bisher nicht betrachtet, wodurch die Möglichkeiten aktueller hybrider Shared-Memory Systemarchitekturen nicht genutzt werden können. Durch die Reduktion des Kommunikationsaufwands zwischen CPU und Hardwarebeschleunigern bei Shared-Memory Systemen gehen wir davon aus, dass viele bestehende Entwurfsregeln für den Einsatz von Hardwarebeschleunigern in Datenbanksystemen neu überdacht werden müssen, was insbesondere auch die Komplexität der auf dem Hardwarebeschleuniger ausgelagerten Aufgaben betrifft.Im Rahmen des Projektes wollen wir daher erforschen, welche statischen oder dynamischen Indexstrukturen sich effizient und performant auf hybriden Systemen wie realisieren lassen. Auch wollen wir untersuchen, wie durch einen dynamischen Wechsel zwischen Indexstrukturen oder einen Austausch der Hardwarerealisierung zur Laufzeit auf unterschiedliche Zugriffsmuster reagiert werden kann. Im Ergebnis dieses Projektes erwarten wir neuartige, adaptive struktur- und hardwarehybride Indexstrukturen, welche gegenüber bestehenden Systemen zu einer signifikanten Leistungssteigerung bei Indexzugriffen in Datenbanken führen.

Aim of this project is to speed up index accesses of database management systems (DBMS) in order to improve the total performance. As index accesses are starting points for all succeeding processing steps of database queries, fast index accesses are the key to a superior total performance of DBMS. For the purpose of speeding up index accesses we propose to investigate and develop new hardware-/software index structures, which realize structure-hybrid indexes, i.e., the combination of static and dynamic indexes, on hybrid shared-memory system architectures consisting of a CPU and an FPGA or GPU as hardware accelerator. Such hybrid^2-indexes are not considered so far in literature, such that the possibilities of current hybrid shared-memory system architectures are not utilized in an optimal way. Because of the reduction of the communication costs between CPU and hardware accelerator many existing design rules for utilizing hardware accelerators must be rethought, especially concerning the complexities of tasks taken over by the hardware accelerators.Within this project we will hence research on which and how static and dynamic index structures can be realized in an efficient way with high performance on hybrid systems. Furthermore, we will investigate how to react on changing access patterns by dynamically swapping used index structures on the hardware accelerators. We expect novel, adaptive structure- and hardware-hybrid index structures, which significantly improve the performance of index accesses in DBMS in comparison to existing traditional systems.