面向數(shù)據(jù)中心的能耗同比性關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、信息時代的發(fā)展使得越來越多的數(shù)據(jù)需要被存儲以及處理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心的數(shù)量以及規(guī)模越來越大。數(shù)據(jù)中心數(shù)量與規(guī)模的不斷擴(kuò)大使得其能耗開銷也快速上升（當(dāng)前數(shù)據(jù)中心能耗開銷已占數(shù)據(jù)中心每月運行總開銷四分之一以上）。但是，由于數(shù)據(jù)中心并不是持續(xù)處于高負(fù)載狀態(tài)，因此研究者提出了“能耗同比性”設(shè)想，即數(shù)據(jù)中心的能耗與其所承擔(dān)負(fù)載成正比例關(guān)系。如果系統(tǒng)負(fù)載低，我們可以關(guān)閉部分服務(wù)器來降低能耗;如果系統(tǒng)負(fù)載高，則可以開啟大部分服務(wù)器保證性能。如果能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)

2、據(jù)中心能耗同比性，則預(yù)期可以極大地節(jié)約數(shù)據(jù)中心能耗開銷。因此，數(shù)據(jù)中心的能耗同比性技術(shù)具有十分重要的研究意義，也成為近年來的一個研究熱點。
　　數(shù)據(jù)中心通常包含了由多個服務(wù)器構(gòu)成的集群系統(tǒng)，并且使用了磁盤陣列等存儲設(shè)備。因此，本文著重圍繞數(shù)據(jù)中心的集群架構(gòu)和磁盤陣列存儲這兩個方面展開能耗同比性研究。論文著重研究了數(shù)據(jù)中心能耗同比性控制中的兩個關(guān)鍵問題:存儲設(shè)備能耗同比性與服務(wù)器集群能耗同比性。在存儲設(shè)備能耗同比性方面，我們研究了如

3、何根據(jù)文件訪問負(fù)載的變化動態(tài)切換磁盤電源狀態(tài)以實現(xiàn)節(jié)能的問題。由于數(shù)據(jù)中心文件訪問請求具有傾斜性，即絕大部分文件訪問請求針對少部分文件，因此我們對冷熱文件分別進(jìn)行存儲，從而使得存放冷文件的存儲設(shè)備可以在恰當(dāng)時機切換到休眠狀態(tài)。在服務(wù)器集群能耗同比性方面，我們研究基于服務(wù)器集群負(fù)載變化的節(jié)點電源控制和任務(wù)調(diào)度技術(shù)。Google等企業(yè)的實踐表明，數(shù)據(jù)中心負(fù)載在大多數(shù)情況下是較低的，只有在高峰期才需要用到全部服務(wù)器資源。因此我們設(shè)計了一種服務(wù)

4、器集群負(fù)載及電源調(diào)度策略，使得在保證性能前提下能夠根據(jù)負(fù)載情況動態(tài)調(diào)整服務(wù)器節(jié)點電源狀態(tài)是必要的。
　　本文的主要貢獻(xiàn)可總結(jié)為下面兩點:
　　(1)提出了一種基于冷熱分組和動態(tài)文件重組策略的磁盤存儲系統(tǒng)節(jié)能控制方法。該方法根據(jù)文件訪問歷史將全部磁盤劃分成一個冷磁盤組與一個熱磁盤組。通過在冷熱磁盤組之間進(jìn)行文件遷移交換操作，將熱文件集中存放在熱磁盤組上，從而可以將冷磁盤組電源關(guān)閉以降低存儲系統(tǒng)能耗。為了降低冷熱磁盤組之間的遷移

5、操作，我們設(shè)計了一種可以可以根據(jù)文件訪問模式的變化動態(tài)進(jìn)行磁盤文件重組的方法。我們引入了熱文件訪問率和熱磁盤訪問率來度量文件訪問模式的變化度，并基于變化度來決定是否執(zhí)行文件重組操作。我們在9個仿真trace和2個真實trace上開展了實驗。結(jié)果表明，我們的方法在取得與現(xiàn)有方法相當(dāng)?shù)臅r間性能的基礎(chǔ)上，可以有效地節(jié)約能耗。
　　(2)提出了一種基于負(fù)載預(yù)測的服務(wù)器集群能耗同比性控制方法。我們在一個時間窗口內(nèi)采樣服務(wù)器集群負(fù)載信息，然后