【摘要】：數(shù)字信息的爆炸性增長、大數(shù)量的用戶群和種類繁多的多媒體應(yīng)用導(dǎo)致了人們對海量信息存儲系統(tǒng)的需求。大量的用戶和數(shù)據(jù)對于數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的需求各有不同,有些用戶和應(yīng)用需要提供更高的數(shù)據(jù)可靠性,有些用戶和應(yīng)用則需要存儲系統(tǒng)提供更快的訪問時間,類似這樣的需求使得存儲系統(tǒng)面臨著管理大量不同類型數(shù)據(jù)的壓力,而且要求存儲系統(tǒng)具備極高的可用性。此外,由于海量信息存儲系統(tǒng)規(guī)模的增長,使得企業(yè)在能耗、散熱管理以及機(jī)房空間管理等方面也承受了巨大的壓力。在當(dāng)今存儲系統(tǒng)中,由于磁盤是構(gòu)成海量存儲系統(tǒng)不可或缺的存儲介質(zhì),因此,如何構(gòu)造一個高可靠、高性能、低能耗、適合不同應(yīng)用的磁盤存儲系統(tǒng)就成為了一個重要的任務(wù)。 磁盤掃描檢測操作最重要的作用就是盡早發(fā)現(xiàn)磁盤上潛在扇區(qū)錯誤。對磁盤的掃描檢測越頻繁,磁盤的可靠性越高。掃描一個磁盤需要花費(fèi)一定的時間,在這個時間內(nèi),會降低磁盤的性能。從性能方面考慮,需要盡可能減少磁盤掃描頻率。因此,如何選擇掃描頻率成了系統(tǒng)管理者的一個難題。提出了一種新的掃描方案來解決這個難題。在該方案中,最優(yōu)的掃描頻率由數(shù)據(jù)丟失代價、掃描頻率、磁盤失效率、磁盤潛在扇區(qū)失效率以及RAID的修復(fù)率這幾者來決定。相比每個月對磁盤進(jìn)行一次掃描檢測操作方案,研究結(jié)果顯示,從磁盤開始運(yùn)行到17520個小時時,最優(yōu)磁盤掃描檢測方案的最大開銷降幅達(dá)到了73.3%；在各種磁盤掃描檢測方案中,本方案的可靠性也最高。 如今,大規(guī)模存儲系統(tǒng)中,由于數(shù)據(jù)的增長,經(jīng)常需要增加新的設(shè)備；另外,由于大量存儲設(shè)備的存在,使得幾乎每天都會有存儲設(shè)備發(fā)生故障,因此,在采用磁盤陣列作為存儲設(shè)備的存儲系統(tǒng)中,系統(tǒng)擴(kuò)容和數(shù)據(jù)重建比較常見。系統(tǒng)擴(kuò)容和數(shù)據(jù)重建過程對前端應(yīng)用的性能影響很大。為了保障前端應(yīng)用的性能,提出了一種基于灰色預(yù)測理論的方案(Seesaw)來保障前端應(yīng)用的性能。在該方案中,首先監(jiān)控前端應(yīng)用的I/O請求規(guī)律,然后預(yù)測前端應(yīng)用在接下來的時間段內(nèi)的帶寬需求,在盡量滿足前端應(yīng)用帶寬需求的前提下,利用剩余的帶寬能力來服務(wù)磁盤陣列的擴(kuò)容和重建請求。實(shí)驗(yàn)顯示,所提方案對于Financiall,相比沒有采取本方案時,前端應(yīng)用平均請求響應(yīng)時間與磁盤陣列處于重建時期相比有明顯提升。 隨著海量數(shù)據(jù)中心規(guī)模的增加,由潛在扇區(qū)錯誤導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失情況越來越常見。為了防止單盤內(nèi)由潛在扇區(qū)錯誤導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失,現(xiàn)有的做法一是采用磁盤內(nèi)掃描檢測技術(shù),二是采用磁盤內(nèi)扇區(qū)間編碼方案。磁盤內(nèi)扇區(qū)間編碼方案以降低磁盤性能為代價來獲得更高的可靠性。該方案并不適合于高性能高可靠性要求的應(yīng)用環(huán)境。由于頻繁訪問的數(shù)據(jù)區(qū)域更可能會發(fā)生潛在扇區(qū)錯誤,提出了一種利用冗余熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的方法來提高磁盤的性能和可靠性方案。該方案利用副本技術(shù)來提高磁盤的可靠性,利用磁頭預(yù)測定位算法來選擇離磁頭最近的副本數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問來提高性能。理論分析結(jié)果顯示,該方案大大降低了磁盤發(fā)生潛在扇區(qū)錯誤導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失的概率。性能測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,采用該方案時,磁盤的訪問時間會降低20%左右。 在采用Shamir門限方案的歸檔存儲系統(tǒng)中,將需要存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割存放,在恢復(fù)原始數(shù)據(jù)時則只需要分割后的一部分?jǐn)?shù)據(jù)即可恢復(fù)。在一個(k,n)門限方案中,只需要任何k份數(shù)據(jù)即可恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。構(gòu)建了一個節(jié)能的歸檔存儲系統(tǒng)GreenArc。GreenArc利用門限方案對所存儲的數(shù)據(jù)在各個存儲節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行分發(fā),存儲節(jié)點(diǎn)在獲取分發(fā)的數(shù)據(jù)后,選擇其中k個存儲節(jié)點(diǎn)保持服務(wù)狀態(tài),而其他n-k個存儲節(jié)點(diǎn)保持待機(jī)狀態(tài),使得歸檔存儲系統(tǒng)最大化的節(jié)約能耗。實(shí)驗(yàn)表明,在同一門限方案下,系統(tǒng)負(fù)載越輕,采用GreenArc方案的節(jié)能效果越好。在增加門限方案中的k值時,密集型負(fù)載能獲得更高的節(jié)能百分比,取得的節(jié)能效果更顯著。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TP333.35

【引證文獻(xiàn)】

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1 郭群;;磁盤陣列數(shù)據(jù)安全預(yù)警技術(shù)研究[J];計算機(jī)時代;2013年10期

2 郭群;;IP網(wǎng)絡(luò)備份系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J];廊坊師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年02期

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2 湯家興;網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)存儲子系統(tǒng)軟件設(shè)計[D];浙江大學(xué);2013年

3 朱坤化;部隊營區(qū)安全防范監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D];廈門大學(xué);2014年

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本文編號：2640944