2026CCF开源创新大赛项目申报书

当前 WebAssembly (WASM) 容器与边缘计算生态对原生、高容错、轻量级的存储方案有着迫切的需求。由于传统的 KV 引擎大多依赖于庞大的 C/C++ FFI 绑定，难以无缝编译为安全、跨平台的 WASM 模块。 本项目旨在利用我国自主研发的编程语言 MoonBit，基于经典的 Bitcask 架构设计，从零构建一个零外部依赖、数据天然隔离且拥有极高写入吞吐量的原生 K-V 数据库，填补 WASM 轻量级原生持久化存储生态的空白。

项目遵循 Bitcask 模型，设计了基于 Write-Ahead Log (WAL) 顺序写与内存哈希索引相结合的架构：

• 数据落盘：所有写操作（Put/Delete）格式化为 28-Byte Binary Header 后顺序追加写入活动日志，保障写入极低时延。
• 内存索引：内存中维护 Keydir 哈希表，存储每个 Key 对应的数据文件 ID、数据长度及文件偏移量。
• 双层校验：数据写时计算 FNV-1a 校验和，读取时重新比对，全面防范物理介质损坏造成的数据破坏。

• 原子批处理事务 (Write Batch)：设计了基于事物标记与提交确认机制的写事务。恢复时只对含有 __tx_commit__ 标记的批处理进行索引更新，保障崩溃一致性。
• 生存时间 (TTL) 定时失效：将失效时间写入二进制首部，实现 $O(1)$ 的内存延迟清理策略，并在 compaction 时物理回收。
• Hint File 加速冷启动：日志合并时生成只包含 Key 元数据的 Hint 索引文件。冷启动时直接扫描 Hint 文件重建索引，大幅缩短数据库启动时延。

项目遵循严谨、有迹可循的软件开发模式，共划分为 12 个 Commit：

• Commit 1: 初始化项目目录与构建配置文件。
• Commit 2-3: 定义全局错误类型；实现数据序列化基础工具。
• Commit 4-5: 完成二进制 Record 结构体与 Keydir 内存索引。
• Commit 6-7: 实现日志追加器、解析器以及 Core DB 主引擎。
• Commit 8-9: 扩展 TTL 功能与原子事务 WriteBatch 支持。
• Commit 10: 实现日志合并压缩 (Compaction) 与 Hint 文件。
• Commit 11-12: 完成命令行 CLI 封装；添加完整集成测试。