Buffer management remains a critical component of database and operating system performance, serving as the primary mechanism for bridging the persistent latency gap between CPU processing speeds and storage access times. This paper provides a comprehensive survey of buffer management evolution spanning four decades of research. We systematically analyze the progression from foundational algorithms like LRU-K, 2Q, LIRS, and ARC to contemporary machine learning-augmented policies and disaggregated memory architectures. Our survey examines the historical OS-DBMS architectural divergence, production system implementations in PostgreSQL, Oracle, and Linux, and emerging trends including eBPF-based kernel extensibility, NVM-aware tiering strategies, and RDMA-enabled memory disaggregation. Through analysis of over 50 seminal papers from leading conferences (SIGMOD, VLDB, OSDI, FAST), we identify key architectural patterns, performance trade-offs, and open research challenges. We conclude by outlining a research direction that integrates machine learning with kernel extensibility mechanisms to enable adaptive, cross-layer buffer management for heterogeneous memory hierarchies in modern database systems.


翻译:缓冲区管理仍然是数据库与操作系统性能的关键组件,作为弥合CPU处理速度与存储访问时间之间持久延迟差距的主要机制。本文对跨越四十年的缓冲区管理演进历程进行了全面综述。我们系统性地分析了从LRU-K、2Q、LIRS、ARC等基础算法到当代机器学习增强策略及解耦内存架构的发展脉络。本综述考察了操作系统与数据库管理系统在架构上的历史性分化、PostgreSQL、Oracle及Linux等生产系统的具体实现,以及包括基于eBPF的内核可扩展性、NVM感知的分层策略和RDMA支持的内存解耦在内的新兴趋势。通过对来自SIGMOD、VLDB、OSDI、FAST等顶级会议的50余篇开创性论文的分析,我们识别出关键架构模式、性能权衡及开放研究挑战。最后,我们提出一个整合机器学习与内核可扩展机制的研究方向,旨在为现代数据库系统中的异构内存层次结构实现自适应的跨层缓冲区管理。

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