面向云存儲(chǔ)系統(tǒng)的綠色數(shù)據(jù)管理策略研究.pdf

1、隨著數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用和服務(wù)的越來(lái)越普及，大型數(shù)據(jù)中心消耗著巨大的電力資源。其中存儲(chǔ)系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心的能耗大戶，能耗的占有比例達(dá)到了25～35％。而云存儲(chǔ)作為未來(lái)存儲(chǔ)發(fā)展的趨勢(shì)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用，如何降低云存儲(chǔ)設(shè)備的能耗是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。
　　本文旨在聯(lián)合數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)放置、數(shù)據(jù)備份和動(dòng)態(tài)電壓管理等技術(shù)達(dá)到降低云存儲(chǔ)系統(tǒng)能耗的目的。本文介紹了存儲(chǔ)系統(tǒng)降耗技術(shù)的相關(guān)背景和國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，簡(jiǎn)述了云存儲(chǔ)降耗技術(shù)的意義。其中，著重介紹了

2、文中涉及到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型技術(shù)、灰色關(guān)聯(lián)度分析法技術(shù)及GridSim相關(guān)技術(shù)在課題中的運(yùn)用。為了解決云存儲(chǔ)系統(tǒng)中的能耗問(wèn)題，本文的主要貢獻(xiàn)是：提出了預(yù)判性綠色數(shù)據(jù)分類策略（AGDC）以及基于數(shù)據(jù)分類的綠色升降檔機(jī)制（DGLG），該兩項(xiàng)工作具體闡述如下：
　　(1)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)預(yù)判性綠色數(shù)據(jù)分類策略（AGDC）：該策略對(duì)云存儲(chǔ)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，熱數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于熱磁盤區(qū)域，冷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于冷磁盤區(qū)域，并且對(duì)季節(jié)熱數(shù)據(jù)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)，預(yù)判該數(shù)

3、據(jù)在下一時(shí)間段內(nèi)的溫度，將該數(shù)據(jù)在冷熱區(qū)域中進(jìn)行季節(jié)性遷移。本文還對(duì)新數(shù)據(jù)采用關(guān)聯(lián)分析法分析它與存儲(chǔ)系統(tǒng)中的舊數(shù)據(jù)的關(guān)系，對(duì)該數(shù)據(jù)的溫度進(jìn)行預(yù)判，同時(shí)建立了能耗模型，通過(guò)對(duì)能耗模型的分析證明：本文提出的預(yù)判性綠色數(shù)據(jù)分類策略具有降耗效果。同時(shí)基于GridSim的模擬實(shí)驗(yàn)表明：該分類算法在滿足用戶性能需求的前提下具有良好的降耗效果，其中在平均犧牲0.005s的響應(yīng)時(shí)間下節(jié)省了16％左右的能耗。
　　(2)基于預(yù)判性綠色數(shù)據(jù)分類策略（

4、AGDC）的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)分類的綠色升降檔機(jī)制（DGLG）系統(tǒng)框架：該框架設(shè)計(jì)了新的數(shù)據(jù)分區(qū)策略、數(shù)據(jù)備份策略，并基于數(shù)據(jù)分區(qū)備份的基礎(chǔ)上提出了能耗升降檔機(jī)制：1)數(shù)據(jù)分區(qū)策略即通過(guò)預(yù)判性數(shù)據(jù)分類策略（AGDC）將數(shù)據(jù)分為冷數(shù)據(jù)、熱數(shù)據(jù)、季節(jié)熱數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)并將其放入相應(yīng)區(qū)域。其中熱數(shù)據(jù)、預(yù)判為熱的季節(jié)熱數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)依次放入源熱數(shù)據(jù)區(qū)，冷數(shù)據(jù)、預(yù)判為冷的季節(jié)熱數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)依次放入源冷數(shù)據(jù)區(qū)（相關(guān)定義見(jiàn)4.1)。2)數(shù)據(jù)備份策略

5、根據(jù)數(shù)據(jù)性質(zhì)的不同，通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算最小備份數(shù)并據(jù)此確定了備份數(shù)及備份的放置位置。其中越熱的數(shù)據(jù)含有的備份數(shù)越多，能達(dá)到的備份區(qū)越高，越冷的數(shù)據(jù)含有的備份數(shù)越少，達(dá)到的備份區(qū)越低，預(yù)判為熱的季節(jié)熱數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)只達(dá)到熱區(qū)中的最小備份區(qū)。3)基于上述的數(shù)據(jù)分區(qū)、備份策略，本文提出了能耗升降檔機(jī)制，該機(jī)制通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)后續(xù)時(shí)段任務(wù)量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降檔。同時(shí)根據(jù)提出的能耗升降檔機(jī)制建立了相應(yīng)的能耗與性能模型，通過(guò)對(duì)能耗模型的分析證明，本文提出

6、的基于數(shù)據(jù)分類的綠色升降檔機(jī)制可以達(dá)到降耗的目的。基于GridSim的模擬實(shí)驗(yàn)表明：該能耗升降檔機(jī)制在存儲(chǔ)小型文件的存儲(chǔ)系統(tǒng)中能達(dá)到較好的能效。在存儲(chǔ)小型文件的大規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)中DGLG降耗效果一般可達(dá)43％左右。在系統(tǒng)負(fù)載較輕，開(kāi)啟最低檔位的情況下可節(jié)省78％左右的能耗，在系統(tǒng)負(fù)載較重時(shí)，可節(jié)省16％左右的能耗。
　　基于AG DC策略提出的D G LG升降檔機(jī)制結(jié)合了數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)放置、數(shù)據(jù)備份和動(dòng)態(tài)電壓管理技術(shù)等能夠降低能耗的