磁盤陣列節(jié)能技術的研究與實現

【摘要】： 隨著數據信息爆炸式的增長,存儲系統的規(guī)模在不斷的擴大,存儲系統的能耗問題引起了眾多研究者和使用者的廣泛關注。存儲系統的能耗耗費增加了系統運行維護的成本,同時隨著能耗的增加降低了系統運行的穩(wěn)定性和可擴展性,因此研究存儲系統能耗問題具有重大的實用意義和經濟價值。 通過深入研究現有存儲系統節(jié)能技術,設計了一種采用固態(tài)盤作為陣列緩存盤,基于時間窗口對陣列磁盤狀態(tài)控制的系統結構。采用事件驅動的反饋控制算法預測磁盤負載,該算法根據磁盤在當前時間窗口的負載來預測磁盤在下個時間窗口的負載。在每個時間窗口的起始時刻,根據負載預測情況決定磁盤是否進入待機狀態(tài);在時間窗口的結束時刻,所有待機狀態(tài)磁盤回到活躍狀態(tài),將緩存數據寫回磁盤。在時間窗口中,如果出現緩存寫滿或緩存中讀請求不命中的情況,可以喚醒待機狀態(tài)磁盤,完成數據寫回或數據讀取。 在自主研發(fā)的JSM350加固磁盤陣列的基礎上通過增加一個節(jié)能模塊以降低系統能耗。該模塊可完成對物理磁盤執(zhí)行讀寫操作、磁盤管理、負載預測、通訊過濾等功能。其中磁盤管理功能是節(jié)能系統的核心,在時間窗口結束時刻喚醒所有待機狀態(tài)磁盤,調用緩存寫回操作并根據負載預測決定下一個時間窗口各磁盤狀態(tài);負載預測子模塊完成對磁盤負載的預測;通訊子模塊完成更新磁盤狀態(tài)信息和過濾部分磁盤狀態(tài)變化信息。 系統采用性能測試工具IOMeter和典型應用環(huán)境的負載對節(jié)能功能的預測算法準確性、固態(tài)緩存盤對系統性能的影響、節(jié)能的效果分別進行測試。測試結果表明預測算法在負載變化緩和的情況下較準確。采用固態(tài)盤做系統緩存在隨機讀負載下性能提高不低于11%,在隨機寫負載下性能提高不低于18%,在順序讀寫負載下能提高小數據塊讀寫性能4%左右。節(jié)能模塊在對系統性能產生輕微損失的情況下實現了理想的節(jié)能效果,在在線事務處理負載下最高能實現不低于40%的節(jié)能效果,在網頁搜索負載下能實現不低于25%左右的節(jié)能效果。 【關鍵詞】：存儲 磁盤陣列 節(jié)能 固態(tài)盤
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TP333.35
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 磁盤能耗模型10-11
• 1.3 磁盤陣列11-12
• 1.4 國內外研究現狀12-14
• 1.5 課題來源14
• 1.6 本文組織結構14-15
• 2 存儲系統節(jié)能技術的一般方法15-24
• 2.1 單盤級節(jié)能技術15-18
• 2.2 陣列級節(jié)能技術18-21
• 2.3 文件系統級節(jié)能技術21-23
• 2.4 本章小結23-24
• 3 磁盤陣列中節(jié)能模塊的設計24-34
• 3.1 目標平臺24-26
• 3.2 節(jié)能模塊設計目標26
• 3.3 節(jié)能模塊的設計26-29
• 3.4 緩存數據組織29-30
• 3.5 磁盤組織管理策略30-33
• 3.6 負載預測模型33
• 3.7 本章小結33-34
• 4 磁盤陣列中節(jié)能模塊的實現34-43
• 4.1 系統狀態(tài)和全局數據結構34-35
• 4.2 磁盤管理模塊的實現35-37
• 4.3 負載預測模塊的實現37-39
• 4.4 通訊模塊的實現39-40
• 4.5 讀寫流程分析40-42
• 4.6 本章小結42-43
• 5 系統測試與分析43-50
• 5.1 測試環(huán)境43
• 5.2 測試與分析43-49
• 5.3 本章小結49-50
• 6 全文總結50-52
• 6.1 總結50
• 6.2 展望50-52
• 致謝52-53
• 參考文獻53-56

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