發(fā)布時(shí)間：2021-09-12 19:11

　　隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來,各個(gè)研究領(lǐng)域的數(shù)據(jù)信息呈爆炸式增長,這導(dǎo)致了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的規(guī)模和成本越來越高,存儲(chǔ)系統(tǒng)的能耗問題也越來越得到更多研究人員的關(guān)注。近年來關(guān)于磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的研究提出了很多節(jié)能方法,主要包括磁盤調(diào)度策略的研究和磁盤體系結(jié)構(gòu)的探索。但是,這些研究大部分只是提出了一個(gè)理論模型而不是應(yīng)用到真實(shí)的場景中。尤其是在本文研究的南極天文觀測(cè)的應(yīng)用場景中,會(huì)有大量的限制條件來影響通用節(jié)能模型的效果。因此設(shè)計(jì)一套專門針對(duì)南極天文觀測(cè)的節(jié)能存儲(chǔ)系統(tǒng)顯得尤為必要。通過對(duì)磁盤節(jié)能存儲(chǔ)系統(tǒng)的研究,磁盤節(jié)能技術(shù)主要包括:磁盤能量管理、負(fù)載劃分及數(shù)據(jù)預(yù)取、磁盤分組技術(shù)、數(shù)據(jù)遷移技術(shù)和RAID存儲(chǔ)技術(shù)等。結(jié)合南極天文觀測(cè)惡劣的氣象條件和嚴(yán)格的能源限制以及天文數(shù)據(jù)時(shí)序性和空間性的訪問特點(diǎn),本文專門設(shè)計(jì)了一套新的面向南極天文觀測(cè)的節(jié)能存儲(chǔ)系統(tǒng)。結(jié)合磁盤調(diào)度策略和磁盤體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),本文設(shè)計(jì)了基于邏輯塊交換的多級(jí)緩存策略的節(jié)能存儲(chǔ)系統(tǒng)（MCS-B）。根據(jù)天文數(shù)據(jù)特有的訪問模式,將數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分、聚集,然后組成相互關(guān)聯(lián)的邏輯塊,同時(shí)采用多級(jí)緩存策略將磁盤陣列分成緩存磁盤組和數(shù)據(jù)磁盤組。為了充分驗(yàn)證基于邏輯塊交換的多... 

【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：56 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

數(shù)據(jù)中心能耗分析

圖 2-1 希捷 ST2000DM001 硬盤能量模型圖 2-1 所示為希捷 ST2000DM001 硬盤能量模型[8]。如圖所示傳統(tǒng)機(jī)械種工作模式：活動(dòng)模式、空閑模式、待機(jī)模式。當(dāng)磁盤數(shù)據(jù)被訪問時(shí)，活動(dòng)模式并及時(shí)響應(yīng)數(shù)據(jù)請(qǐng)求；當(dāng)磁盤一段時(shí)間無訪問后便進(jìn)入空閑準(zhǔn)備進(jìn)入活動(dòng)模式響應(yīng)用戶請(qǐng)求；當(dāng)磁盤長時(shí)間無訪問后，磁盤將從空入能源消耗較低的待機(jī)模式。不同狀態(tài)下磁盤的能量消耗各不相同，并作模式間的狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換也需要時(shí)間。磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的節(jié)能原理為：暫據(jù)被訪問的磁盤可以進(jìn)入能耗相對(duì)較低的節(jié)能狀態(tài)，需要時(shí)再喚醒并提求服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能[9]。因此，通過增大磁盤的空閑時(shí)間可以使磁盤機(jī)會(huì)進(jìn)入能耗相對(duì)較低的狀態(tài)，從而達(dá)到節(jié)能效果。因此已有的節(jié)能策磁盤能量管理、磁盤分組技術(shù)、數(shù)據(jù)遷移技術(shù)和 RAID 存儲(chǔ)技術(shù)等，增大磁盤的空閑時(shí)間來達(dá)到磁盤節(jié)能效果。后文將對(duì)這些策略進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖 2-2 MAID 的基本結(jié)構(gòu)磁盤分組技術(shù)最先由美國科羅拉多大學(xué)的 Colarelli Dennis 等研究人員在2002 年的文章中提出，簡稱 MAID（Massive Arrays of Idle Disks for StoragArchives）[19]。MAID 基本結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示，其基本思想是將磁盤陣列分為數(shù)據(jù)磁盤組和緩存磁盤組，通過對(duì)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)訪問研究表明，被經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)僅占數(shù)據(jù)存儲(chǔ)總量的 5%[20]，因此將熱門數(shù)據(jù)緩存至緩存磁盤組，使得大部分請(qǐng)求都在緩存磁盤組響應(yīng)，這樣數(shù)據(jù)磁盤組就有更多的機(jī)會(huì)進(jìn)入能耗相對(duì)較低的節(jié)能狀態(tài)。隨著存儲(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的更快速更低功耗的存儲(chǔ)介質(zhì)不斷涌現(xiàn)，也為磁盤分組技術(shù)的優(yōu)化帶來了發(fā)展的空間。越來越多的學(xué)者將固態(tài)硬盤（SSD）引入到磁盤分組技術(shù)中，例如 E-HASH[21], FLAP[22]和 PLC-cache[23]等都將 SSD 作為緩存磁盤組來提供服務(wù)，以達(dá)到更好的節(jié)能效果。為了配合磁盤分組技術(shù)，越來越多的數(shù)據(jù)緩存替換策略和數(shù)據(jù)預(yù)取策略也不斷被提出，其中美國奧本大學(xué)的秦嘯團(tuán)隊(duì)針對(duì)并行磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)提出了 PRE-BUD 策略[24][25][26]，并進(jìn)行了長期研

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]嵌入式固態(tài)存儲(chǔ)系統(tǒng)ECC算法的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 張蕾,顧婉萱,劉娜,王衛(wèi)江.  北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2015(01)
[2]數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在天文學(xué)中的應(yīng)用[J]. 張彥霞,趙永恒.  科研信息化技術(shù)與應(yīng)用. 2011(03)

博士論文
[1]磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 謝曉玲.華南理工大學(xué) 2012



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