磁盘阵列级节能技术的研究与实现

【摘要】：在过去的几十年中,并行I/O系统被广泛应用于科研和商业领域。大规模存储系统在提供海量存储空间和高速访问速度的同时也带来了大量的能耗,增加了数据中心的成本。大多数已有的节能技术通过在合适的条件下关闭一部分磁盘来降低能耗,但没有考虑这种方式对系统的可靠性和性能的影响。 通过对现有节能技术研究,在级别为10的冗余磁盘阵列的基础上提出了一种使用小容量冗余磁盘阵列作为写缓存的节能阵列。系统将镜像磁盘阵列中的每个主盘保留一部分存储空间组成一个小的磁盘阵列作为写缓存,而将镜像磁盘全部设置成低能耗状态以达到节能的目的。为了提高写请求的处理速度,写缓存采用日志写的方式。在镜像盘处于低能耗状态时,以冗余阵列的方式组织缓存能够保证系统的可靠性。从主盘中保留出来的空间很小,不会降低数据的存储空间。 节能阵列在企业级iSCSI目标器的底层增加一个节能模块,使用Linux内核态磁盘阵列软件来组织磁盘数据。节能模块主要包括请求处理,磁盘控制和倒盘三个模块。请求处理模块负责接收上层数据,判断数据存储的位置然后将数据发往合适的位置。磁盘控制模块根据条件转换磁盘状态;倒盘模块在缓存空间达到阈值时将缓存中的数据写入的数据盘和镜像中盘。 通过基准测试工具和trace驱动的负载测试,验证了节能整列在写负载比较集中时能耗比Linux内的磁盘阵列软件要小50%,而性能与之相当。通过理论分析和测试可以看出,实现的节能阵列在写请求比较多的环境中节能效果明显。 【关键词】：存储 磁盘阵列 节能 可靠性
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 磁盘阵列简介9-10
• 1.3 国内外现状10-12
• 1.4 研究目的和内容组织12-14
• 2 存储系统节能技术14-24
• 2.1 较早的阵列级别节能技术14-18
• 2.2 阵列级节能前沿技术18-23
• 2.3 小结23-24
• 3 系统设计与关键技术24-35
• 3.1 系统组织结构24-27
• 3.2 软件模块27-29
• 3.3 关键技术29-34
• 3.4 小结34-35
• 4 节能系统的实现35-44
• 4.1 重要的数据结构35-37
• 4.3 节能阵列写操作37-40
• 4.4 节能阵列读操作40-42
• 4.5 节能阵列倒盘42-43
• 4.6 小结43-44
• 5 系统测试与分析44-54
• 5.1 测试环境44-46
• 5.2 工作负载46-47
• 5.3 测试结果与分析47-53
• 5.4 小结53-54
• 6 全文总结54-56
• 6.1 总结54-55
• 6.2 研究展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60

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