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  • 描述

    研究人員實現直接在DNA上執行SQL操作 并通過PostgreSQL驗證

    法國通信系統工程師學校與研究中心(Eurecom)數據科學系助理教授Appuswamy和倫敦帝國理工學院SCALE實驗室負責人Heinis等人近期發表了一篇關于在DBMS存儲層操作&amp;amp;nbsp;DNA的論文。

    論文研究了在數據庫存儲層次結構中集成 DNA 的問題。更具體地,其提出了以下兩個問題:

    • 數據庫經驗如何幫助優化 DNA 編碼和解碼?

    • 生化機制如何應用于對 DNA 操作進行體外、近數據的 SQL 查詢處理?


    為了回答這兩個問題,該研究引入了一個叫 OligoArchive 的架構,這是一種使用基于 DNA 的存儲系統作為關系數據庫歸檔層的架構。

    DNA存儲

    DNA 的存儲系統簡單講也就是指 ATCG 這些堿基所組成的一套存儲信息的方案,類比 0/1 二進制,這種存儲系統具有四進制。用 DNA 作為存儲介質,優勢是容量大與存儲時間長,有數據指出 1 克 DNA 能夠存儲大約 2 拍字節,相當于大約 300 萬張 CD;同時用 DNA 存儲數據保存時間可能長達數千年;此外與硬盤、磁帶等存儲介質不同,DNA 不需要經常維護,而且在讀取方式上,DNA 存儲不涉及兼容性問題。


    天然存在的 DNA 是有兩條核苷酸鏈的雙螺旋結構,而用于數據存儲的 DNA 是單鏈核苷酸序列,又叫寡核苷酸(oligo),它是使用每次一個核苷酸來組裝 DNA 的化學過程合成的。


    OligoArchive 架構通過將基于磁帶的歸檔層替換為基于 DNA 的歸檔層來改變 DBMS 存儲層次結構,論文具體介紹了數據庫發動機和 DNA 存儲設備之間的分工,以及 DNA 存儲設備應在 OligoArchive 中使用的接口。


    數據庫與 DNA 存儲分工是這樣的:數據庫系統執行關系數據和寡核苷酸序列之間的轉換。在 put 操作期間,DNA 存儲系統合成 DNA 鏈并將它們存儲在庫中;在 get 操作期間,對 DNA 鏈進行測序并將讀數返回。


    研究人員通過為 PostgreSQL 構建歸檔和恢復工具(pg_oligo_dump 與 pg_oligo_restore)證明 OligoArchive 可以在實踐中實現,這些工具執行模式識別編碼和解碼 DNA 上的關系數據,并使用這些工具將 12KB TPC-H 數據庫歸檔到 DNA,進行體外計算,并將其恢復。


    論文中的實驗表明,使用合成 DNA 存檔和恢復數據不僅可行,而且還可以利用數據庫知識經驗優化 DNA 編碼和解碼過程,甚至直接在 DNA 上執行 SQL 操作。

    當前位置:

    研究人員實現直接在DNA上執行SQL操作 并通過PostgreSQL驗證

    時間 :2022-05-26 來源: 瀏覽 : 分類 :行業動態

    論文研究了在數據庫存儲層次結構中集成 DNA 的問題。更具體地,其提出了以下兩個問題:

    • 數據庫經驗如何幫助優化 DNA 編碼和解碼?

    • 生化機制如何應用于對 DNA 操作進行體外、近數據的 SQL 查詢處理?


    為了回答這兩個問題,該研究引入了一個叫 OligoArchive 的架構,這是一種使用基于 DNA 的存儲系統作為關系數據庫歸檔層的架構。

    DNA存儲

    DNA 的存儲系統簡單講也就是指 ATCG 這些堿基所組成的一套存儲信息的方案,類比 0/1 二進制,這種存儲系統具有四進制。用 DNA 作為存儲介質,優勢是容量大與存儲時間長,有數據指出 1 克 DNA 能夠存儲大約 2 拍字節,相當于大約 300 萬張 CD;同時用 DNA 存儲數據保存時間可能長達數千年;此外與硬盤、磁帶等存儲介質不同,DNA 不需要經常維護,而且在讀取方式上,DNA 存儲不涉及兼容性問題。


    天然存在的 DNA 是有兩條核苷酸鏈的雙螺旋結構,而用于數據存儲的 DNA 是單鏈核苷酸序列,又叫寡核苷酸(oligo),它是使用每次一個核苷酸來組裝 DNA 的化學過程合成的。


    OligoArchive 架構通過將基于磁帶的歸檔層替換為基于 DNA 的歸檔層來改變 DBMS 存儲層次結構,論文具體介紹了數據庫發動機和 DNA 存儲設備之間的分工,以及 DNA 存儲設備應在 OligoArchive 中使用的接口。


    數據庫與 DNA 存儲分工是這樣的:數據庫系統執行關系數據和寡核苷酸序列之間的轉換。在 put 操作期間,DNA 存儲系統合成 DNA 鏈并將它們存儲在庫中;在 get 操作期間,對 DNA 鏈進行測序并將讀數返回。


    研究人員通過為 PostgreSQL 構建歸檔和恢復工具(pg_oligo_dump 與 pg_oligo_restore)證明 OligoArchive 可以在實踐中實現,這些工具執行模式識別編碼和解碼 DNA 上的關系數據,并使用這些工具將 12KB TPC-H 數據庫歸檔到 DNA,進行體外計算,并將其恢復。


    論文中的實驗表明,使用合成 DNA 存檔和恢復數據不僅可行,而且還可以利用數據庫知識經驗優化 DNA 編碼和解碼過程,甚至直接在 DNA 上執行 SQL 操作。

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