【摘要】：目前,數(shù)據(jù)中心存儲容量逐年增加,能耗消耗也在逐年提高。雖然對于節(jié)能存儲研究也一直在繼續(xù),但是節(jié)能存儲技術(shù)仍然面臨著許多問題。首先,能量節(jié)省與可靠性的對立面難以打破;其次,在節(jié)能的同時保證系統(tǒng)的可靠性也是一個研究難點(diǎn)。本文通過對現(xiàn)有技術(shù)的分析,以及開源系統(tǒng)的利用,提出了一個面向節(jié)能與可靠性的混合存儲方案,并實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的原型系統(tǒng)。主要工作如下:第一,本文設(shè)計(jì)并提出了一個面向節(jié)能與可靠性的混合存儲方案。本方案將基于固態(tài)硬盤的文件系統(tǒng)以及基于機(jī)械磁盤的文件系統(tǒng)無縫整合在一起,并通過一個統(tǒng)一的中間層系統(tǒng),為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)訪問支持。因?yàn)閮蓚�文件系統(tǒng)之間相互獨(dú)立,所以對于系統(tǒng)可靠性影響并不大。本方案可以根據(jù)數(shù)據(jù)的訪問頻率,將數(shù)據(jù)分發(fā)到不同的文件系統(tǒng)中,以達(dá)到加速文件讀取的目的。此外,通過調(diào)整基于機(jī)械磁盤的文件系統(tǒng)所在節(jié)點(diǎn)的功率,可以達(dá)到節(jié)點(diǎn)級的節(jié)能效果。第二,本文實(shí)現(xiàn)了一個面向節(jié)能與可靠性的混合存儲方案的原型系統(tǒng)。此系統(tǒng)的核心是一個用戶態(tài)文件系統(tǒng),對上通過FUSE掛載在操作系統(tǒng)上,可以為用戶提供POSIX的標(biāo)準(zhǔn)接口,對下通過調(diào)用并行文件系統(tǒng)接口,將數(shù)據(jù)存儲在物理設(shè)備上。此系統(tǒng)配置了兩個底層的并行文件系統(tǒng),一個是基于固態(tài)硬盤的并行文件系統(tǒng),它可以存儲訪問頻率較高的數(shù)據(jù),另外一個是基于機(jī)械磁盤的并行文件系統(tǒng),它用來存儲訪問頻率較低的數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)整體工作負(fù)載處于較低的水平時,可以通過調(diào)整基于機(jī)械磁盤的文件系統(tǒng)所在節(jié)點(diǎn)功率,來達(dá)到節(jié)能的效果。通過對于試驗(yàn)結(jié)果的分析,系統(tǒng)性能基本達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期。實(shí)驗(yàn)的I/O性能曲線顯示,與對照組系統(tǒng)模型相比,此系統(tǒng)的帶寬提高了 60%左右。在能耗方面,兩個底層文件系統(tǒng)同時提供數(shù)據(jù)訪問支持時,可以節(jié)省大約30%-40%的能量消耗,如果只對訪問頻率較高的數(shù)據(jù)提供支持,則可以節(jié)省70%以上的能量消耗。由于采用了調(diào)整功率的節(jié)能措施,此系統(tǒng)在可靠性方面付出了大約15%的代價(jià)。
【圖文】：

文件系統(tǒng)邐內(nèi)核驅(qū)動逡逑圖２．３邋ＦＵＳＥ模塊整體結(jié)構(gòu)［４７］逡逑如圖２．３所展示的ＦＵＳＥ的整體結(jié)構(gòu)。當(dāng)一個進(jìn)程對通過ＦＵＳＥ掛載的系統(tǒng)進(jìn)逡逑行操作時，Ｌｉｎｕｘ的虛擬文件系統(tǒng)（ＶＦＳ）會捕獲這些操作，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給ＦＵＳＥ的逡逑內(nèi)核驅(qū)動。此驅(qū)動會分配一個ＦＵＳＥ請求結(jié)構(gòu)體，并將其壓入到ＦＵＳＥ隊(duì)列中。一逡逑般情況下，剛壓入隊(duì)列的ＦＵＳＥ請求被標(biāo)記為等待狀態(tài)。然后用戶態(tài)守護(hù)進(jìn)程通過逡逑讀�。洌澹觯妫酰螅鍓K設(shè)備，獲得內(nèi)核隊(duì)列中的ＦＵＳＥ請求，并對此請求進(jìn)行相應(yīng)的處理。逡逑１８逡逑

以及Ｎ－１段頁（Ｎ－ｌ邋Ｓｅｇｍｅｎｔ）模式，這兩個Ｎ－１模式都是多個進(jìn)程共享同一個逡逑檢查點(diǎn)文件，但在細(xì)節(jié)上又各有不同，下面就具體介紹這種三種檢查點(diǎn)文件模式。逡逑如圖２．４所示，，每個子圖中的矩形區(qū)域代表一個計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)，矩形內(nèi)的圓形代逡逑表進(jìn)程，進(jìn)程下方的陰影部分代表該進(jìn)程的數(shù)據(jù)塊，節(jié)點(diǎn)下方的圓柱體為底層并行逡逑文件系統(tǒng)。每個子圖描述了三個節(jié)點(diǎn)，一共六個進(jìn)程，每個進(jìn)程三個數(shù)據(jù)塊，進(jìn)行逡逑檢查點(diǎn)寫入的過程。在Ｎ－Ｎ模式下，每個進(jìn)程都擁有自己獨(dú)立的檢查點(diǎn)文件，并按逡逑照時間的順序?qū)⑦M(jìn)程的數(shù)據(jù)塊寫入到各自的文件中，因此六個進(jìn)程就需要在文件系逡逑統(tǒng)中創(chuàng)建六個文件。在Ｎ－１邋Ｓｅｇｍｅｎｔ模式下，所有進(jìn)程共享同一個檢查點(diǎn)文件，此文逡逑件會為每個進(jìn)程預(yù)先分配各自的數(shù)據(jù)區(qū)域，每個進(jìn)程只允許將各自的數(shù)據(jù)塊寫入到逡逑分配好的區(qū)域內(nèi)，各個進(jìn)程的數(shù)據(jù)塊之間不會出現(xiàn)交叉重疊的現(xiàn)象。在Ｎ－ｌｓｔｒｉｄｅｄ逡逑模式下
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP333

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2662893