存储子系统能效计算研究

发布时间：2020-03-31 03:39

【摘要】：在计算机系统中,存储子系统的能耗占据着相当大的比重,降低存储子系统的能耗对于降低整个系统的能耗具有十分重要的意义;同时,存储系统的性能也是整个计算机系统性能的瓶颈之一。因此,存储子系统的能效成为当前值得重视的研究课题。 在存储子系统节能方面,已有了一系列的研究,包括各种节能措施、策略和算法等。但已有的工作都是单纯从节能的角度来进行,未能结合性能做综合性的研究。当前新型存储介质--固态盘的出现也为提高系统能效提供了的机会。鉴于此,本文提出了结合固态盘的存储子系统节能算法,分别以磁盘块和文件为粒度进行调度,在降低能耗的同时,也大幅提高了存储系统的性能。本研究的主要贡献如下: 1.使用固态盘作为缓存,与硬盘组合形成“异构盘”,以磁盘数据块的方式进行调度,达到改善系统能效的目的。其主要思想是,通过把访问的“热块”缓存进固态盘,从而创造出足够的磁盘空闲时间使之关闭以减少能耗。此外,籍由固态盘的性能优势,“异构盘”还可以改进存储系统的性能。为了提高缓存命中率,本文提出了“衰减-增强”替换算法。用存储追踪(traces)开展的一系列实验,表明所提方案在两类追踪实验中,读、写速率分别约提高了265%和25%,能耗平均约减少了28%左右。 2.在以整个文件为访问单位的应用场景下,通过把固态盘和磁盘结合起来,把常用的文件迁移到固态盘以延长硬盘处于空闲状态的时间,进而关闭磁盘来达到节能目的。为了把“热文件”缓存到固态盘,本文首先使用“指数平均法”计算文件的访问频率,并据此对文件进行优化配置;其次,通过对磁盘的工作模式建立数学模型,计算磁盘关闭时间临界值,同时根据历史数据使用指数平均法预测磁盘的下一个工作状态,从而使磁盘在各种工作状态之间进行有效合理的切换,减少磁盘子系统的能耗。实验表明,所提方案在有效提升系统性能,平均访问时延比原来约减少了75%。同时,降低存储系统能耗达40%左右。
【图文】：

浙江工业大学硕士学位论文能耗和性能的代价很大，并且这种少数粗粒度的磁盘工作负载的状态多样性的需求。[3]提出可以使磁盘在 4 个状态（active mode、idle mo转换的策略。四个状态之间的转换关系如图 2-1[3]所示。

图 2-1 磁盘状态转换关系图了类似的可以使磁盘在 4 个状态（Read/write meep/Halt mode）之间转换的策略。出了另一种磁盘状态转换方案。见图 2-2[25]。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP333

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本文编号：2608503