[发明专利]一种基于块关联的低能耗磁盘调度方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁盘调度方法及系统，尤其是一种基于块关联的低能耗磁盘调度方法及系统，属于计算机磁盘节能领域。

背景技术

节能已成为未来计算机系统设计的重要研究方面。同时，存储系统在整个计算机系统架构中，在能量消耗方面占比较大的比重。因此如何有效的降低系统能耗已成为一个国际炙手可热的问题。近年来，研究界更是热衷于高端存储系统的能量节约方案研讨。这主要也是因为存储系统能耗已成为影响企业数据中心服务器密度和成本的不容忽视的因素。

一些计算机系统的组件已经支持了部分的能量管理功能，例如一些高端服务器的CPUs可以支持低能耗状态，也能在空闲态动态改变时钟频率和电压已达到降低能耗的目的。AMD近年来就推出了一种基于其多核产品的动态超频技术Turbo CORE，目的是解决处理器核心间不同负载下的实际功耗差别较大的问题。其解决方案是由功耗监视器实时测量每个处理器核心的功耗，由北桥汇总，然后统一报告给P-State电源状态管理器，再由其根据需要让处理器的各个核心运行在适当的电源状态下，或者降速或者提速，特别是提速的时候能短时间超过原始频率，并且保证始终不超过整体热设计功耗。

在过去的十年，很多研究工作都投注在移动系统的存储子系统的节能方面。Lu and Micheli提出了一个可适应性算法来动态管理能量，通过自适应得调整来预测将来的请求，算法可以预测一定时间的系统空闲，同时在此段时间挂起磁盘，从而达到减少能量消耗。Li et al.通过定量分析估算挂起磁盘所带来的潜在代价，得出在较小系统性能损失的前提下的系统节能方案的可行性结论。

在高端存储领域，提出了许多节能方案，如Popular Data ConcentratI/On(PDC)方案通过对频繁访问数据的迁移实现磁盘子集的节能。国际上现在普遍采用的降低磁盘能量消耗的方案为MAID技术。该技术数使用了一些额外的磁盘高速缓存，使其在活跃的状态下执行保存最近访问的数据块，其他磁盘可以放在低功耗状态，由此这些磁盘子集的空闲时间延长，从而达到节能目的。MAID技术非常适合write-once/read-occasI/Onally访问模式的数据存，主要用于诸如远程备份系统。MAID技术的节能依赖于数缓存磁盘驱动器并行工作。另外，Active Disk首次被提出采取个别磁盘驱动器的处理能力来运行应用程序级代码，一个应用程序的执行过程中如果其中某一部分直接在磁盘驱动器运行可以显着减少数据流量。这样减少数据交换从另一个方面减少了磁盘的能量消耗。但由于散热和热限制，很难进一步提高磁盘驱动器的数据速率。类似Active Disk，Gurumurthi建议，提供更强大的磁盘驱动器的处理能力来扩展的计算能力，从而减少了数据传输速率的要求，克服制约因素和提高热性能。

然而在高端服务器的存储系统中实现节能是一件非常有挑战的事情。如果只是简单地为服务器配置更少的磁盘来节约成本，显然是不可取的。同样，服务器系统和移动设备应用的数据访问模式有很大的不同，移动系统的存储子系统的节能方案就不能应用于服务器的存储系统。从上面的介绍可以看出，目前对服务器端的存储系统的节能方案更多的是立足于上层应用的优化，当数据请求下变成底层的I/O数据流时，还没有相应的磁盘调度算法是基于磁盘能耗设计的。而传统的观点认为在服务器的工作负荷中，空闲时间太短以至于不能抵消掉磁盘因状态切换所带来的额外能量开销。但根据M.G.Baker的研究表明主存cache能有效地命中读请求，这启发了基于块级数据的磁盘节能具有可行性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种基于块关联的低能耗磁盘调度方法，该方法从磁盘的数据历史访问记录中挖掘数据块之间的块关联规则，进而磁盘驱动器利用产生的关联规则指导磁盘的状态切换，实现磁盘尽可能多的在低能耗状态下工作，以此实现磁盘节能的目的，同时保证了系统的性能不会因为此类调度而受到太大影响。

本发明的另一目的在于提供一种基于块关联的低能耗磁盘调度系统。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于块关联的低能耗磁盘调度方法，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：