【摘要】： 隨著存儲系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大,存儲系統(tǒng)的訪問性能、能量消耗及數(shù)據(jù)可靠性等問題變得越來越顯著突出。為了針對上述問題提出有效的解決方案,研究者需要搭建不同結(jié)構(gòu)的磁盤陣列進(jìn)行研究。基于模擬方法的磁盤陣列研究具有成本低、搭建和更改靈活方便、研究周期短、并可以模擬真實(shí)環(huán)境難以搭建的磁盤陣列結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)被研究者廣泛采用。本文著重研究磁盤陣列的模擬方法,并基于目前使用廣泛的磁盤陣列模擬器提出磁盤陣列能耗的模擬方法、高容錯磁盤陣列的模擬方法及高可靠性磁盤陣列的模擬方法。 磁盤陣列的能量消耗一直是存儲領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),在保證不會降低磁盤陣列性能的前提下,研究者已經(jīng)提出了多種磁盤能耗控制算法,力圖通過降低磁盤轉(zhuǎn)速,來達(dá)到有效降低磁盤陣列能耗的目的。本文基于磁盤陣列子系統(tǒng)的工作原理,提出一種能夠模擬多種能耗控制算法的磁盤陣列模擬器,為磁盤陣列的能耗研究提供了試驗(yàn)平臺。同時在此模擬器的基礎(chǔ)上研究了I/O訪問的長相關(guān)性對磁盤陣列性能及能耗的影響。研究表明,1)I/O訪問的長相關(guān)性對磁盤陣列的性能影響不大,I/O訪問的短相關(guān)性對磁盤陣列的性能影響很大。2)I/O訪問的長相關(guān)性對磁盤陣列能耗的影響不大。 磁盤陣列的數(shù)據(jù)可靠性同樣也是存儲領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),近些年各種高容錯糾刪碼以及其他高可靠性方案被相繼提出。本文在可靠性方面進(jìn)行了兩種不同的研究,1)基于二進(jìn)制矩陣編碼技術(shù)提出一種高容錯磁盤陣列的模擬方法,該模擬方法應(yīng)用二進(jìn)制矩陣編碼技術(shù)作為輸入?yún)?shù),能夠模擬各種基于異或操作的高容錯磁盤陣列,為高容錯磁盤陣列的研究提供了研究平臺。同時本文還發(fā)現(xiàn)高容錯磁盤陣列的寫請求過程中,校驗(yàn)單元的更新會產(chǎn)生多余的I/O單元讀取請求。針對這一問題,本文提出了兩種解決途徑,從研究結(jié)果可以看出基于整條帶校驗(yàn)的更新機(jī)制能夠在保證校驗(yàn)單元被正確更新的同時,有效提高了磁盤陣列的響應(yīng)性能。2)提出一種高可靠性磁盤陣列的模擬方法,該模擬方法能夠模擬磁盤數(shù)據(jù)掃描及內(nèi)部磁盤冗余校驗(yàn)兩種機(jī)制,為高可靠性的磁盤陣列研究提供了實(shí)驗(yàn)平臺。同時還分析了不同高可靠性機(jī)制對磁盤陣列的糾錯能力、響應(yīng)性能及能耗的影響。從研究結(jié)果可以看出,交叉內(nèi)部磁盤冗余校驗(yàn)機(jī)制為幾種高可靠性機(jī)制中最好的,其次為機(jī)會掃描。
【學(xué)位授予單位】：遼寧師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TP333
【圖文】：

圖2.1磁盤陣列子系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖在磁盤陣列子系統(tǒng)中，最重要的組成部分是磁盤，它對不同的請求類型會采用不同方式進(jìn)行處理，磁盤設(shè)備處理請求的過程如圖2.2所示。(l)當(dāng)磁盤請求為讀請求時，磁盤設(shè)備斷開外部總線連接，開始進(jìn)行尋道及旋轉(zhuǎn)操作。磁臂定位到要讀取的扇區(qū)后，磁盤控制器便將磁盤上的數(shù)據(jù)讀入磁盤緩沖區(qū)中。當(dāng)磁盤緩沖區(qū)被填滿時，磁盤設(shè)備申請總線連接，將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)通過外部總線向設(shè)備驅(qū)動傳輸。如果讀取的磁盤扇區(qū)比較多，可能會涉及到磁頭切換，之后繼續(xù)向總線傳輸數(shù)據(jù)。(2)當(dāng)磁盤請求為寫請求時，總線向磁盤緩沖區(qū)內(nèi)寫數(shù)據(jù)的過程與磁盤設(shè)備的尋道和旋轉(zhuǎn)操作同時進(jìn)行，磁盤定位到更新扇區(qū)后

圖3.1不同磁盤陣列模式下的磁盤能耗分布情況(R4，R5和R10分別對應(yīng)RAID4，RAIDS和RAIDro三種磁盤陣列)〔，4]文獻(xiàn)「14]的實(shí)驗(yàn)(圖3.1)表明，磁盤陣列使用TPc一c及TPc一H兩種應(yīng)用Trace時，大部分時間均處于空閑(Idle)狀態(tài)。為了解決單速磁盤消耗能量過多的問題，雙速磁盤的TPM算法被提了出來。應(yīng)用這種算法的磁盤只有在處理FO請求過程(active狀態(tài))中全速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁盤空閑一段時間后，便降速到低速轉(zhuǎn)速 (standby狀態(tài))下來節(jié)省能量。下一個請求到來時，磁盤立即恢復(fù)到全速狀態(tài)處理磁盤請求。由于磁盤提速過程需要消耗大量的時間，而應(yīng)用多速TPM算法的磁盤是在下一個磁盤請求已經(jīng)到來的情況下才開始提速，因此多速TMP算法與單速TPM算法相比

圖3.2D即M算法中LO砰不外了值的變化情況I20]3.3磁盤能耗模擬的模擬方法磁盤處理請求的過程如圖3.3所示，從圖中可以看出，當(dāng)內(nèi)部磁盤請求到制器后，入磁盤隊(duì)列和出磁盤隊(duì)列之間消耗的時間便是一個內(nèi)部磁盤請求的響這個過程涉及到磁盤尋道、磁盤扇區(qū)的讀寫及請求總線交互過程，除了總線操其他兩個過程都是磁盤處理請求消耗的時間，也就是磁盤處于活躍狀態(tài)的時間如果該磁盤控制器帶有預(yù)取功能，那么在當(dāng)前請求處理完成以后，還涉及到磁過程，該過程消耗的時間也是包含在磁盤活躍狀態(tài)的時間中的。因此如圖3.3分所示，磁盤活躍狀態(tài)下消耗的時間，即磁盤尋道、扇區(qū)讀取及當(dāng)前請求處理預(yù)取時間。預(yù)取結(jié)束后直到下一個請求到達(dá)磁盤控制器之前，磁盤控制器所消即為空閑狀態(tài)消耗的時間。因此，我們在模擬磁盤能耗時，也同樣分為活躍狀狀態(tài)兩種情況進(jìn)行模擬。請請求到達(dá)達(dá)達(dá)達(dá)

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