基于逻辑块交换与多级缓存策略的节能存储调度模型与算法研究
发布时间：2021-09-12 19:11
随着大数据时代的到来,各个研究领域的数据信息呈爆炸式增长,这导致了数据存储的规模和成本越来越高,存储系统的能耗问题也越来越得到更多研究人员的关注。近年来关于磁盘存储系统的研究提出了很多节能方法,主要包括磁盘调度策略的研究和磁盘体系结构的探索。但是,这些研究大部分只是提出了一个理论模型而不是应用到真实的场景中。尤其是在本文研究的南极天文观测的应用场景中,会有大量的限制条件来影响通用节能模型的效果。因此设计一套专门针对南极天文观测的节能存储系统显得尤为必要。通过对磁盘节能存储系统的研究,磁盘节能技术主要包括:磁盘能量管理、负载划分及数据预取、磁盘分组技术、数据迁移技术和RAID存储技术等。结合南极天文观测恶劣的气象条件和严格的能源限制以及天文数据时序性和空间性的访问特点,本文专门设计了一套新的面向南极天文观测的节能存储系统。结合磁盘调度策略和磁盘体系结构的优点,本文设计了基于逻辑块交换的多级缓存策略的节能存储系统（MCS-B）。根据天文数据特有的访问模式,将数据进行划分、聚集,然后组成相互关联的逻辑块,同时采用多级缓存策略将磁盘阵列分成缓存磁盘组和数据磁盘组。为了充分验证基于逻辑块交换的多...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据中心能耗分析
图 2-1 希捷 ST2000DM001 硬盘能量模型图 2-1 所示为希捷 ST2000DM001 硬盘能量模型[8]。如图所示传统机械种工作模式：活动模式、空闲模式、待机模式。当磁盘数据被访问时，活动模式并及时响应数据请求；当磁盘一段时间无访问后便进入空闲准备进入活动模式响应用户请求；当磁盘长时间无访问后，磁盘将从空入能源消耗较低的待机模式。不同状态下磁盘的能量消耗各不相同，并作模式间的状态相互转换也需要时间。磁盘存储系统的节能原理为：暂据被访问的磁盘可以进入能耗相对较低的节能状态，需要时再唤醒并提求服务，从而实现节能[9]。因此，通过增大磁盘的空闲时间可以使磁盘机会进入能耗相对较低的状态，从而达到节能效果。因此已有的节能策磁盘能量管理、磁盘分组技术、数据迁移技术和 RAID 存储技术等，增大磁盘的空闲时间来达到磁盘节能效果。后文将对这些策略进行详细说明。
图 2-2 MAID 的基本结构磁盘分组技术最先由美国科罗拉多大学的 Colarelli Dennis 等研究人员在2002 年的文章中提出，简称 MAID（Massive Arrays of Idle Disks for StoragArchives）[19]。MAID 基本结构如图 2-2 所示，其基本思想是将磁盘阵列分为数据磁盘组和缓存磁盘组，通过对数据中心数据访问研究表明，被经常访问的数据仅占数据存储总量的 5%[20]，因此将热门数据缓存至缓存磁盘组，使得大部分请求都在缓存磁盘组响应，这样数据磁盘组就有更多的机会进入能耗相对较低的节能状态。随着存储技术的不断发展，新的更快速更低功耗的存储介质不断涌现，也为磁盘分组技术的优化带来了发展的空间。越来越多的学者将固态硬盘（SSD）引入到磁盘分组技术中，例如 E-HASH[21], FLAP[22]和 PLC-cache[23]等都将 SSD 作为缓存磁盘组来提供服务，以达到更好的节能效果。为了配合磁盘分组技术，越来越多的数据缓存替换策略和数据预取策略也不断被提出，其中美国奥本大学的秦啸团队针对并行磁盘存储系统提出了 PRE-BUD 策略[24][25][26]，并进行了长期研
【参考文献】：
期刊论文
[1]嵌入式固态存储系统ECC算法的研究与实现[J]. 张蕾,顾婉萱,刘娜,王卫江. 北京理工大学学报. 2015(01)
[2]数据挖掘技术在天文学中的应用[J]. 张彦霞,赵永恒. 科研信息化技术与应用. 2011(03)
博士论文
[1]磁盘存储系统节能关键技术研究[D]. 谢晓玲.华南理工大学 2012
本文编号：3394786
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据中心能耗分析
图 2-1 希捷 ST2000DM001 硬盘能量模型图 2-1 所示为希捷 ST2000DM001 硬盘能量模型[8]。如图所示传统机械种工作模式：活动模式、空闲模式、待机模式。当磁盘数据被访问时，活动模式并及时响应数据请求；当磁盘一段时间无访问后便进入空闲准备进入活动模式响应用户请求；当磁盘长时间无访问后，磁盘将从空入能源消耗较低的待机模式。不同状态下磁盘的能量消耗各不相同，并作模式间的状态相互转换也需要时间。磁盘存储系统的节能原理为：暂据被访问的磁盘可以进入能耗相对较低的节能状态，需要时再唤醒并提求服务，从而实现节能[9]。因此，通过增大磁盘的空闲时间可以使磁盘机会进入能耗相对较低的状态，从而达到节能效果。因此已有的节能策磁盘能量管理、磁盘分组技术、数据迁移技术和 RAID 存储技术等，增大磁盘的空闲时间来达到磁盘节能效果。后文将对这些策略进行详细说明。
图 2-2 MAID 的基本结构磁盘分组技术最先由美国科罗拉多大学的 Colarelli Dennis 等研究人员在2002 年的文章中提出，简称 MAID（Massive Arrays of Idle Disks for StoragArchives）[19]。MAID 基本结构如图 2-2 所示，其基本思想是将磁盘阵列分为数据磁盘组和缓存磁盘组，通过对数据中心数据访问研究表明，被经常访问的数据仅占数据存储总量的 5%[20]，因此将热门数据缓存至缓存磁盘组，使得大部分请求都在缓存磁盘组响应，这样数据磁盘组就有更多的机会进入能耗相对较低的节能状态。随着存储技术的不断发展，新的更快速更低功耗的存储介质不断涌现，也为磁盘分组技术的优化带来了发展的空间。越来越多的学者将固态硬盘（SSD）引入到磁盘分组技术中，例如 E-HASH[21], FLAP[22]和 PLC-cache[23]等都将 SSD 作为缓存磁盘组来提供服务，以达到更好的节能效果。为了配合磁盘分组技术，越来越多的数据缓存替换策略和数据预取策略也不断被提出，其中美国奥本大学的秦啸团队针对并行磁盘存储系统提出了 PRE-BUD 策略[24][25][26]，并进行了长期研
【参考文献】：
期刊论文
[1]嵌入式固态存储系统ECC算法的研究与实现[J]. 张蕾,顾婉萱,刘娜,王卫江. 北京理工大学学报. 2015(01)
[2]数据挖掘技术在天文学中的应用[J]. 张彦霞,赵永恒. 科研信息化技术与应用. 2011(03)
博士论文
[1]磁盘存储系统节能关键技术研究[D]. 谢晓玲.华南理工大学 2012
本文编号：3394786
本文链接：https://www.wllwen.com/shekelunwen/ljx/3394786.html
