面向云存儲系統(tǒng)的綠色數(shù)據(jù)管理策略研究.pdf

1、隨著數(shù)據(jù)密集型應用和服務的越來越普及，大型數(shù)據(jù)中心消耗著巨大的電力資源。其中存儲系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心的能耗大戶，能耗的占有比例達到了25～35％。而云存儲作為未來存儲發(fā)展的趨勢已經(jīng)被廣泛的應用，如何降低云存儲設備的能耗是一個迫切需要解決的問題。
　　本文旨在聯(lián)合數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)放置、數(shù)據(jù)備份和動態(tài)電壓管理等技術達到降低云存儲系統(tǒng)能耗的目的。本文介紹了存儲系統(tǒng)降耗技術的相關背景和國內(nèi)外發(fā)展狀況，簡述了云存儲降耗技術的意義。其中，著重介紹了

2、文中涉及到的神經(jīng)網(wǎng)絡模型技術、灰色關聯(lián)度分析法技術及GridSim相關技術在課題中的運用。為了解決云存儲系統(tǒng)中的能耗問題，本文的主要貢獻是：提出了預判性綠色數(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制（DGLG），該兩項工作具體闡述如下：
　　(1)設計并實現(xiàn)預判性綠色數(shù)據(jù)分類策略（AGDC）：該策略對云存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行分類，熱數(shù)據(jù)存儲于熱磁盤區(qū)域，冷數(shù)據(jù)存儲于冷磁盤區(qū)域，并且對季節(jié)熱數(shù)據(jù)進行神經(jīng)網(wǎng)絡預測，預判該數(shù)

3、據(jù)在下一時間段內(nèi)的溫度，將該數(shù)據(jù)在冷熱區(qū)域中進行季節(jié)性遷移。本文還對新數(shù)據(jù)采用關聯(lián)分析法分析它與存儲系統(tǒng)中的舊數(shù)據(jù)的關系，對該數(shù)據(jù)的溫度進行預判，同時建立了能耗模型，通過對能耗模型的分析證明：本文提出的預判性綠色數(shù)據(jù)分類策略具有降耗效果。同時基于GridSim的模擬實驗表明：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的響應時間下節(jié)省了16％左右的能耗。
　　(2)基于預判性綠色數(shù)據(jù)分類策略（

4、AGDC）的基礎上，設計并實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)分類的綠色升降檔機制（DGLG）系統(tǒng)框架：該框架設計了新的數(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)備份的基礎上提出了能耗升降檔機制：1)數(shù)據(jù)分區(qū)策略即通過預判性數(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)并將其放入相應區(qū)域。其中熱數(shù)據(jù)、預判為熱的季節(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)（相關定義見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，通過數(shù)學模型計算最小備份數(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，達到的備份區(qū)越低，預判為熱的季節(jié)熱數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)只達到熱區(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制，該機制通過神經(jīng)網(wǎng)絡模型預測后續(xù)時段任務量實現(xiàn)自動升降檔。同時根據(jù)提出的能耗升降檔機制建立了相應的能耗與性能模型，通過對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制可以達到降耗的目的?；贕ridSim的模擬實驗表明：該能耗升降檔機制在存儲小型文件的存儲系統(tǒng)中能達到較好的能效。在存儲小型文件的大規(guī)模存儲系統(tǒng)中DGLG降耗效果一般可達43％左右。在系統(tǒng)負載較輕，開啟最低檔位的情況下可節(jié)省78％左右的能耗，在系統(tǒng)負載較重時，可節(jié)省16％左右的能耗。
　　基于AG DC策略提出的D G LG升降檔機制結合了數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)放置、數(shù)據(jù)備份和動態(tài)電壓管理技術等能夠降低能耗的