【摘要】：分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠適應(yīng)當(dāng)前爆炸性增長(zhǎng)的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需要，它具有高存儲(chǔ)帶寬和可擴(kuò)展性好等諸多特點(diǎn)，是當(dāng)今海量存儲(chǔ)系統(tǒng)的主流技術(shù)方向；但分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的電力能量消耗已經(jīng)成為其運(yùn)行過(guò)程中的最大開支，另外大量的電力能量消耗間接地加大了CO2排放，也加劇了全球溫室效應(yīng)。因此分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中的節(jié)能管理問(wèn)題是目前計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域中的熱點(diǎn)研究問(wèn)題，也是一個(gè)理論性和實(shí)際性非常強(qiáng)的重要研究課題；它對(duì)于減少分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中的能量消耗、降低存儲(chǔ)成本和符合國(guó)家的節(jié)能減排政策具有非常重要的實(shí)際意義。 分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的節(jié)能問(wèn)題可以通過(guò)能耗管理策略來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，然而現(xiàn)有的能耗管理策略中，存在著經(jīng)典隨機(jī)能耗管理策略不適用于分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)環(huán)境、能耗管理策略容易影響存儲(chǔ)系統(tǒng)的I/O性能以及存儲(chǔ)系統(tǒng)的冷卻能耗策略沒有進(jìn)行優(yōu)化等不足等問(wèn)題。因此，本文重點(diǎn)針對(duì)分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)能耗管理策略中的動(dòng)態(tài)負(fù)載自適應(yīng)性能耗管理策略、內(nèi)存能耗管理策略和存儲(chǔ)系統(tǒng)冷卻子系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化策略三個(gè)主要科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的研究，本文作者所做的主要工作和取得的創(chuàng)新性研究成果如下： 1）提出了一種基于迭代估計(jì)的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)能耗管理策略。針對(duì)經(jīng)典的隨機(jī)策略對(duì)動(dòng)態(tài)負(fù)載適應(yīng)性差的不足，通過(guò)使用一種隨機(jī)迭代參數(shù)估計(jì)方法對(duì)負(fù)載參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，獲得負(fù)載狀態(tài)參數(shù)后結(jié)合組件狀態(tài)建立全局靜態(tài)馬爾科夫控制鏈，然后建立基于性能、能耗的限制性滿足方程，使用線性規(guī)劃原理解出最優(yōu)化能耗策略。使用的迭代參數(shù)估計(jì)方法能快速、準(zhǔn)確、以較小的計(jì)算量得到動(dòng)態(tài)負(fù)載的狀態(tài)參數(shù)值，迭代參數(shù)估計(jì)方法為靜態(tài)馬爾科夫模型應(yīng)用于動(dòng)態(tài)環(huán)境墊定了基礎(chǔ)，能把模型計(jì)算的準(zhǔn)確性應(yīng)用于動(dòng)態(tài)負(fù)載中，克服了經(jīng)典滑動(dòng)窗口隨機(jī)能耗策略對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境適應(yīng)性差的不足。 2）提出了一種基于副本機(jī)制的高性能內(nèi)存能耗管理策略。針對(duì)能耗管理策略時(shí)通常造成性能延遲，內(nèi)存能耗管理對(duì)I/O性能影響最顯著與直接，，在已有的內(nèi)存能耗策略基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，即通過(guò)使用可編程N(yùn)IC，在其內(nèi)存中建立副本空間，把I/O過(guò)程中的高頻“只讀”熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的副本存儲(chǔ)在副本空間，并在內(nèi)存中建立副本元數(shù)據(jù)表用于指引主機(jī)對(duì)副本空間進(jìn)行操作；同時(shí)也設(shè)計(jì)了一種基于時(shí)空局部性原理的副本候選算法（DCA），以確保NIC副本數(shù)據(jù)的時(shí)效性，高性能能耗管理算法中增加令元數(shù)據(jù)表始終保持活躍狀態(tài)指令，其它內(nèi)容不需要進(jìn)行更改。在I/O過(guò)程中，高頻只讀數(shù)據(jù)不再通過(guò)總線反復(fù)傳輸，減少了總線的流量，進(jìn)而提高系統(tǒng)的吞吐率。理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新策略的NIC副本過(guò)濾了I/O過(guò)程中的高頻只讀數(shù)據(jù)，增加了內(nèi)存空閑時(shí)間，減少了總線帶寬以及數(shù)據(jù)I/O時(shí)間，能夠在有效降低能耗的條件下克服原策略對(duì)存儲(chǔ)I/O的不利影響。 3）提出了一種基于溫度均衡的冷卻子系統(tǒng)能耗管理策略。針對(duì)分布式存儲(chǔ)冷卻子系統(tǒng)已經(jīng)存在的冷卻策略中被動(dòng)適應(yīng)存在的溫度場(chǎng)的方案節(jié)能效果有限、主動(dòng)溫度均衡方案中反饋機(jī)制造成內(nèi)核冷卻冗余、基于預(yù)測(cè)的熱點(diǎn)消除影響性能的不足，在深入分析了散熱機(jī)理后，設(shè)計(jì)了基于溫度均衡的多級(jí)任務(wù)調(diào)度冷卻優(yōu)化策略，在熱源間通過(guò)反饋機(jī)制指派給各個(gè)CPU相應(yīng)的負(fù)載以平衡CPU之間熱負(fù)載，當(dāng)熱負(fù)荷相當(dāng)?shù)腃PU間存在過(guò)熱內(nèi)核時(shí)通過(guò)CPU間的線程遷移調(diào)度消除熱點(diǎn)。在CPU內(nèi)部使用平滑回歸模型預(yù)測(cè)內(nèi)核間的溫度，預(yù)測(cè)溫差達(dá)到設(shè)置的觸發(fā)值后對(duì)熱核與冷核之間進(jìn)行線程交換調(diào)度進(jìn)一步均衡溫度分布。均衡的溫度分布能獲得最小的冷卻風(fēng)扇平均轉(zhuǎn)速，從而最小化能量消耗，線程調(diào)度相對(duì)于操作系統(tǒng)任務(wù)級(jí)調(diào)度時(shí)間開銷可以忽略。理論分析與實(shí)驗(yàn)表明，新策略克服了傳統(tǒng)冷卻節(jié)能策略的冷卻效率不高的不足，在不影響性能的前提下更好地節(jié)省了冷卻能量。 4）提出了一種基于中間件的自適應(yīng)能耗管理應(yīng)用框架，所有能耗控制策略均可集成在此框架內(nèi)，平臺(tái)位于操作系統(tǒng)與用戶應(yīng)用層之間。本文提出的能耗管理應(yīng)用框架由組件級(jí)能耗策略部分與設(shè)備級(jí)能耗部分組成，通過(guò)限制滿足原理為不同任務(wù)在要求的性能條件下提供最少的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，關(guān)閉不活躍狀態(tài)節(jié)點(diǎn)節(jié)省能量；對(duì)于活躍節(jié)點(diǎn)所屬的設(shè)備，組件級(jí)模塊調(diào)用適當(dāng)?shù)慕M件能耗策略進(jìn)一步降低運(yùn)行中的設(shè)備能量；通過(guò)此能耗集成應(yīng)用框架能夠滿足用戶服務(wù)要求，并最大限度的利用能耗管理策略降低系統(tǒng)能量。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP333

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳],殷新春;并行程序設(shè)計(jì)中的消息傳遞機(jī)制[J];揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年04期

2 楊_g劍;林波;;分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中一致性哈希算法的研究[J];電腦知識(shí)與技術(shù);2011年22期

3 田榮華;盧顯良;侯孟書;王曉斌;;P2P分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)[J];計(jì)算機(jī)科學(xué);2007年06期

4 王文豐;;一種基于遺傳算法的副本優(yōu)化問(wèn)題求解方法[J];科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng);2011年05期

5 劉翔;汪海玲;;分布式存儲(chǔ)中的一種數(shù)據(jù)放置策略[J];計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程;2009年05期

6 朱慶;周艷;;分布式空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對(duì)象[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版);2006年05期

7 黎平國(guó);陳路平;陳紅琴;蔣若珊;;基于P2P的數(shù)字圖書館資源分布式存儲(chǔ)方案[J];科技廣場(chǎng);2009年05期

8 朱恒業(yè);付丹丹;;基于分布式存儲(chǔ)的數(shù)字圖書館系統(tǒng)[J];電腦學(xué)習(xí);2011年01期

9 蘇勇;周敬利;姜明華;劉鋼;;分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中元數(shù)據(jù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2006年20期

10 龔星耀;張強(qiáng);姜志寬;;基于對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2008年16期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 趙輝;何連躍;;基于異構(gòu)分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)反饋負(fù)載均衡技術(shù)[A];第15屆全國(guó)信息存儲(chǔ)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

2 周天彤;薛磊;鄭東;童天浩;;基于Reed-Solomon編碼的容災(zāi)存儲(chǔ)系統(tǒng)性能分析[A];第十一屆保密通信與信息安全現(xiàn)狀研討會(huì)論文集[C];2009年

3 周松;王意潔;;EXPyramid:一種靈活的基于陣列結(jié)構(gòu)的高容錯(cuò)低修復(fù)成本編碼方案[A];2010年第16屆全國(guó)信息存儲(chǔ)技術(shù)大會(huì)（IST2010）論文集[C];2010年

4 黃韌;羅記龍;;綠色通信能耗專家系統(tǒng)[A];通信電源新技術(shù)論壇2011通信電源學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

5 ;紙品生產(chǎn)過(guò)程能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[A];電子信息節(jié)能技術(shù)與產(chǎn)品推廣應(yīng)用專集[C];2009年

6 朱超群;;采用模擬量監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)綠色平安基站的探討[A];通信電源新技術(shù)論壇——2008通信電源學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

7 姜寧;;通信局站能源管理系統(tǒng)的實(shí)踐[A];通信電源新技術(shù)論壇2011通信電源學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

8 劉群;馮丹;;基于層次結(jié)構(gòu)的元數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)管理方法的研究[A];第15屆全國(guó)信息存儲(chǔ)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

9 鄒云鵬;康雁;;基于CPU的光線投射算法的并行計(jì)算方法[A];中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)成立30周年紀(jì)念大會(huì)暨2010中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)青年優(yōu)秀論文[C];2010年

10 陳天洲;吳心亮;黃江偉;胡威;;操作系統(tǒng)協(xié)同的嵌入式節(jié)能框架研究[A];第二屆和諧人機(jī)環(huán)境聯(lián)合學(xué)術(shù)會(huì)議(HHME2006)——第2屆中國(guó)普適計(jì)算學(xué)術(shù)會(huì)議(PCC'06)論文集[C];2006年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 記者 張陸龍;我市推行更嚴(yán)格能耗管理制度[N];紹興日?qǐng)?bào);2010年

2 郗海才;齊魯煉廠能耗管理效果顯著[N];中國(guó)石化報(bào);2004年

3 崔文昭;可擴(kuò)展存儲(chǔ) 簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò) 優(yōu)化能耗管理[N];人民郵電;2011年

4 記者 孫小和　程啟婕 通訊員 耿暄;江蘇移動(dòng)今年推廣26個(gè)節(jié)能項(xiàng)目[N];人民郵電;2009年

5 本報(bào)記者:林玉 實(shí)習(xí)生:韓曉東;焦炭業(yè)：能耗管理竟然“放任自流”[N];經(jīng)濟(jì)參考報(bào);2006年

6 陳賽;EnergyWise實(shí)現(xiàn)高水平能耗管理[N];人民郵電;2011年

7 記者 張平陽(yáng)邋實(shí)習(xí)生 李寧 康榜進(jìn);今年節(jié)能減排目標(biāo)確定[N];西安日?qǐng)?bào);2007年

8 特約記者 李繼紅;大港采油四廠優(yōu)化天然氣能耗管理[N];中國(guó)石油報(bào);2008年

9 記者 汪雅X　通訊員 王珊;天津移動(dòng)能耗下降超10%[N];人民郵電;2009年

10 劉楠;我國(guó)首個(gè)電廠能耗實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)問(wèn)世[N];中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào);2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉霖;分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中的能耗管理策略研究[D];華南理工大學(xué);2013年

2 王禹;分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)冗余與維護(hù)技術(shù)研究[D];華南理工大學(xué);2011年

3 萬(wàn)亞平;基于P2P的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)可靠性及故障檢測(cè)研究[D];華中科技大學(xué);2010年

4 姚杰;分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)文件級(jí)連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2009年

5 宋瑋;分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)自主性問(wèn)題研究[D];華南理工大學(xué);2010年

6 張帆;面向公路交通的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

7 盧宇彤;面向高效能計(jì)算的大規(guī)模資源管理技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

8 牛中盈;并行文件系統(tǒng)安全性研究[D];華中科技大學(xué);2010年

9 袁博;基于可重構(gòu)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)節(jié)能問(wèn)題關(guān)鍵技術(shù)研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2012年

10 葛海通;32位高性能嵌入式CPU及平臺(tái)研發(fā)[D];浙江大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王偉娜;分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中容錯(cuò)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];東北大學(xué);2008年

2 王秀芬;對(duì)等網(wǎng)絡(luò)分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的研究[D];天津大學(xué);2010年

3 張凱;分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)修復(fù)問(wèn)題研究[D];西南交通大學(xué);2012年

4 馮光曦;分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)安全關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2011年

5 劉飛;基于云計(jì)算的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用[D];西安工業(yè)大學(xué);2012年

6 張明;基于網(wǎng)絡(luò)編碼的一種分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)[D];南京理工大學(xué);2013年

7 孫程;基于糾刪碼的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2010年

8 舒敏;分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制與優(yōu)化方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2013年

9 陳希棠;面向計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用[D];華東理工大學(xué);2012年

10 何潤(rùn)潤(rùn);網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2517620