感知天文应用的节能存储调度模型研究

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1、感知天文应用的节能存储调度模型研究AnApplication-AwareStorageSystemforAstronomicalObservationDataonDomeA学科专业：计算机科学与技术作者姓名：王建美指导教师：于策副教授天津大学计算机科学与技术学院2017年12月万方数据万方数据摘要近些年来，随着信息技术的飞速发展以及互联网+的出现，各个研究领域的信息资料以及相关数据也呈现出前所未有的爆炸式增长模式，随之而来的是对于大规模数据存储的迫切需求，这就导致了存储系统的能量消耗也呈现出快速增长态势，越来越多的科研人员开始

2、关注节能存储的研究课题。国内外学者提出了多种节能策略和技术，包括体系结构上的设计以及软件策略上的研究。但是，大部分研究只是提出了理论模型，而没有在真实场景中去应用与分析，所以很多情况下无法直接采用。特别是本文研究所涉及到的场景是基于南极天文观测的应用，环境特殊而复杂，传统的节能存储模型无法满足南极天文观测系统的特有限制。所以，设计一套专门应用于南极天文观测的节能存储系统是非常重要的。现有节能技术主要分为以下几类：磁盘电源管理（DPM）、基于内存缓存的节能技术、基于磁盘缓存的节能技术、负载整合技术、数据迁移技术以及数据冗余技术等

3、。结合已有的节能技术，同时充分考虑南极天文观测环境的特殊性以及天文观测数据的时空性，本文针对课题组已有的节能存储系统进行了优化改进。根据天文数据请求的时域特征和空域特征，本文设计了感知天文应用的基于多级缓存策略的节能存储系统——MCS-AA。MCS-AA将磁盘分为数据磁盘组和缓存磁盘组，通过分析请求数据之间的相关性，将关联数据提前预取到缓存磁盘。同时，根据访问请求的空闲时间间隔序列，本文提出了感知天文应用的磁盘电源管理策略，使磁盘在动态的工作负载环境下可以自适应地去调整超时阈值，最大限度地节省能源消耗。为了充分验证感知天文应用

4、的节能存储系统的节能效果，本文对MCS-AA在不同工作负载下进行了大量的仿真实验，同时将MCS-AA与传统的节能存储系统进行了多方面的实验对比与分析。实验结果显示，与没有采用感知应用策略的两种节能存储系统相比，MCS-AA的能耗分别降低了11.06%~12.82%、23.84％〜26.67％，性能分别提升了9.82%~37.93%、14.04%~40.74%。关键词：应用感知，大数据，磁盘阵列，节能，存储系统I万方数据II万方数据ABSTRACTInrecentyears,withtherapiddevelopmentofin

5、formationtechnologyandtheemergenceoftheinternetplus,variousresearchareasofinformationandrelateddatashowedanunprecedentedexplosivegrowthmodel.Asaresult,theurgentneedforlarge-scaledatastorageledtothattheenergyconsumptionofthestoragesystemalsoshowedarapidgrowthtrend,an

6、dmoreandmoreresearchersbegantofocusonenergy-savingstorageresearchtopics.Afteralotofrelatedresearch,domesticandforeignscholarsputforwardavarietyofenergy-savingstrategiesandtechnologies,includingthedesignofthearchitectureandsoftwarestrategyresearch.However,mostofthere

7、searchisonlyputforwardthetheoreticalmodel,notappliedintherealscene,sotheycan’tbedirectlyusedinmanycases.Inparticular,thepaperisbasedontheapplicationofAntarcticastronomicalobservations,wheretheenvironmentisspecialandcomplex,thetraditionalenergy-savingstoragemodelcan’

8、tmeettheuniquelimitationsoftheAntarcticastronomicalobservationsystem.Therefore,itisveryimportanttodesignasetofenergy-efficientstoragesyste