[发明专利]一种基于块关联的低能耗磁盘调度方法及系统

权利要求书

1.一种基于块关联的低能耗磁盘调度方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1、采用改进的数据挖掘技术对I/O请求的历史信息产生适用于磁盘调度的块关联规则；其中改进的数据挖掘技术为改进数据挖掘中的频繁项挖掘算法，具体如下：

在关联规则挖掘的过程中，对于产生的每个频繁项s，扫描频繁项s后缀数据库D_s，从中找出每一个频繁1-项集连接s和构成一个长度为|s|+1的新频繁集s’，其中然后递归地挖掘新的频繁项，直到不能产生新的频繁项为止；其中，在进行频繁项挖掘时，采用三个参数对频繁项进行剪枝，进而产生块关联规则，这三个参数分别是Min-support、Time-gap和I/O-number，具体为：

采用Min-support参数对过滤掉候选频繁项中的非频繁项；

采用Time-gap参数实现关联I/O请求间的时间间隔控制；

采用I/O-number参数限制挖掘规则期间到达的零星I/O请求数量；

当频繁度大于Min-support参数，期间的时间间隔大于Time-gap参数，并且零星I/O请求数小于I/O-number参数的候选规则，最终作为指导磁盘进行状态调度的块关联规则，这些块关联规则被形成一个块关联规则库，供步骤S2调用；

S2、采用步骤S1产生的块关联规则对磁盘状态进行切换，从而实现存储系统节能；其中，采用步骤S1产生的块关联规则对磁盘状态进行切换，具体包括：

S21、当前一个新I/O请求属于规则集中记录的请求时，将磁盘转入到standby态；

S22、若新I/O请求是读请求，系统行为会出现以下三种情况：

1)若该请求在磁盘spin down过程完成前到达，则系统将磁盘转回到active态，同时磁盘cache会缓存在磁盘spin up过程完成之前的所有I/O请求；在磁盘重返active态后，系统优先处理cache中的请求，同时缓存处理期间的I/O请求；

2)若该请求在Time-gap期间内到达，则系统重复步骤1)的工作；

3)若该请求在磁盘spin up过程完成前到达，则磁盘cache缓存在磁盘spin up过程完成之前的所有I/O请求；在磁盘重返active态后，系统优先处理cache中的请求，同时缓存处理期间的I/O请求；

S23、若新I/O请求是写请求，系统行为会出现以下三种情况：

1)若该请求在磁盘spin down过程完成前到达，则系统将磁盘转回到active态，同时磁盘cache会缓存在磁盘spin up过程完成之前的所有I/O请求；在磁盘重返active态后，系统优先处理cache中的请求，同时缓存处理期间的I/O请求；

2)若该请求在Time-gap期间内到达，则系统缓存该请求，磁盘状态不作切换；

3)若该请求在磁盘spin up过程完成前到达，则磁盘cache缓存在磁盘spin up过程完成之前的所有I/O请求；在磁盘重返active态后，系统优先处理cache中的请求，同时缓存处理期间的I/O请求。

2.根据权利要求1所述的一种基于块关联的低能耗磁盘调度方法，其特征在于：所述Min-support参数的值设定为0.1％；所述Time-gap参数的值对于低端磁盘，设定为14秒，对于高端磁盘，设定为22.4秒；所述I/O-number参数的值设定为3～5。

3.根据权利要求1所述的一种基于块关联的低能耗磁盘调度方法，其特征在于：在挖掘频繁1-项集时，采用动态平衡二叉树来组织块关联规则集，具体实现是I/O请求的起始地址作为key键值，地址出现的频数作为value值。

4.根据权利要求1所述的一种基于块关联的低能耗磁盘调度方法，其特征在于：步骤S23系统对写请求的行为中，系统通过磁盘cache缓存新I/O请求，同时向上层应用返回写操作完成信号。

5.根据权利要求1所述的一种基于块关联的低能耗磁盘调度方法，其特征在于：所述采用步骤S1产生的块关联规则对磁盘状态进行切换通过一个DFA状态机完成。

6.一种基于块关联的低能耗磁盘调度系统，其特征在于：所述系统包括块关联规则挖掘模块和磁盘驱动调度模块；

块关联规则挖掘模块，用于采用改进的数据挖掘技术对I/O请求的历史信息产生适用于磁盘调度的块关联规则；其中改进的数据挖掘技术为改进数据挖掘中的频繁项挖掘算法，具体如下：

在关联规则挖掘的过程中，对于产生的每个频繁项s，扫描频繁项s后缀数据库D_s，从中找出每一个频繁1-项集连接s和构成一个长度为|s|+1的新频繁集s’，其中然后递归地挖掘新的频繁项，直到不能产生新的频繁项为止；其中，在进行频繁项挖掘时，采用三个参数对频繁项进行剪枝，进而产生块关联规则，这三个参数分别是Min-support、Time-gap和I/O-number，具体为：

采用Min-support参数对过滤掉候选频繁项中的非频繁项；

采用Time-gap参数实现关联I/O请求间的时间间隔控制；

采用I/O-number参数限制挖掘规则期间到达的零星I/O请求数量；

当频繁度大于Min-support参数，期间的时间间隔大于Time-gap参数，并且零星I/O请求数小于I/O-number参数的候选规则，最终作为指导磁盘进行状态调度的块关联规则，这些块关联规则被形成一个块关联规则库，供磁盘驱动调度模块调用；

磁盘驱动调度模块，用于采用块关联规则挖掘模块产生的块关联规则对磁盘状态进行切换，从而实现存储系统节能；；其中，采用步骤S1产生的块关联规则对磁盘状态进行切换，具体包括：

当前一个新I/O请求属于规则集中记录的请求时，将磁盘转入到standby态；

若新I/O请求是读请求，系统行为会出现以下三种情况：

1)若该请求在磁盘spin down过程完成前到达，则系统将磁盘转回到active态，同时磁盘cache会缓存在磁盘spin up过程完成之前的所有I/O请求；在磁盘重返active态后，系统优先处理cache中的请求，同时缓存处理期间的I/O请求；

2)若该请求在Time-gap期间内到达，则系统重复步骤1)的工作；

3)若该请求在磁盘spin up过程完成前到达，则磁盘cache缓存在磁盘spin up过程完成之前的所有I/O请求；在磁盘重返active态后，系统优先处理cache中的请求，同时缓存处理期间的I/O请求；

若新I/O请求是写请求，系统行为会出现以下三种情况：

1)若该请求在磁盘spin down过程完成前到达，则系统将磁盘转回到active态，同时磁盘cache会缓存在磁盘spin up过程完成之前的所有I/O请求；在磁盘重返active态后，系统优先处理cache中的请求，同时缓存处理期间的I/O请求；

2)若该请求在Time-gap期间内到达，则系统缓存该请求，磁盘状态不作切换；

3)若该请求在磁盘spin up过程完成前到达，则磁盘cache缓存在磁盘spin up过程完成之前的所有I/O请求；在磁盘重返active态后，系统优先处理cache中的请求，同时缓存处理期间的I/O请求。