[发明专利]一种并行存储系统检查点功耗优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及并行存储系统的功耗优化方法，尤指通过对存储服务器设置多级功耗状态，对并行存储系统检查点操作进行功耗优化的方法。

背景技术

并行存储系统是大规模并行计算机系统中的重要组成部分，大量的文件读写操作产生的功耗占整个计算机系统功耗的很大部分。检查点是增强高性能计算系统可用性的重要手段。在高性能计算系统中，大规模科学计算应用往往运行时间较长，且由于规模较大，占用大量的计算资源，使得系统出现硬件故障的可能性大幅增加。为了保证程序能够正常运行，提高程序运算的有效性，通常会在应用程序运行过程中执行检查点操作，保存应用中每个进程的运行状态以及所占用的内存。一旦系统运行出现故障，可以利用最近保存的映像文件恢复应用的运行，提高系统的可用性。检查点操作为每个计算进程创建独立的映像文件，每个映像文件伴随着大量数据的读写，大量的读写操作使得对象存储服务器的功耗急剧上升。因此，针对检查点操作的特性，对存储服务器实施功耗优化是十分必要且有效的。

检查点操作执行具有间隔性的特点，用户每隔一定时间对整个应用执行一次检查点操作。这种间隔性特点使得保存检查点映像文件的存储服务器并不是一直处于工作状态，存在一定时间的存储服务器零服务的状态。本发明中所涉及的检查点映像文件被保存在并行存储系统的一个独立分区中(称为检查点映像分区)，其操作和其他的文件读写分开，非检查点操作的文件读写不会使用该检查点映像分区下的对象存储服务器，因此，当某个对象存储服务器无检查点操作需要处理时，服务器处于空闲状态，存在功耗浪费，可以将此阶段的对象存储服务器设置到低功耗状态，以节约功耗。

利用检查点映像分区，以及检查点操作的时间间隔特点，通过降低处理器频率、将存储设备设为低功耗状态等手段降低处于空闲状态的对象存储服务器的功耗，减少存储系统运行过程中的能量消耗，是实现存储系统功耗优化的重要手段之一。

目前，针对存储系统的功耗优化方法主要体现在存储设备级，包括设置设备休眠、调节设备转速、减少磁盘寻道次数，此外还有针对数据备份服务器的功耗控制，在有备份需求时降低数据备份期间服务器的功耗。很少有针对检查点操作特点进行功耗优化的工作，面向检查点的优化也主要是面向性能优化方面的。目前，许多存储系统都配备专门进行检查点操作的对象存储服务器，忽视对其的功耗优化将是对存储资源的一大浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何基于检查点操作特性对并行存储系统实施功耗优化。具体包括：如何插入功耗状态设定指令，如何解决涉及多个检查点操作的多个功耗状态指令设定的冲突问题：当应用规模较大或者作业较多时，检查点映像文件数大于对象存储服务器数量，多个映像文件保存在同一个对象存储服务器上，不同的计算节点会发送多次功耗状态设定指令，产生冲突。

本发明的技术方案为：为每个对象存储服务器构造一个服务器工作状态集合，用于表示该对象存储服务器的工作状态，服务器工作状态集合中的每个元素代表一个服务器提供服务的进程，集合中的元素越多，代表该对象存储服务器为越多的进程提供检查点服务。当某个对象存储服务器收到一个功耗状态设定请求后，根据服务器工作状态集合的状态，判断是否需要执行该请求，以避免多个功耗状态指令设定的重复与冲突问题。具体技术方案为：

第一步、为对象存储服务器定义两个功耗状态：正常功耗状态和低功耗状态。在执行检查点操作前，将对象存储服务器设定为正常功耗状态。检查点操作执行完成后，计算节点向对象存储服务器发送低功耗状态设定指令，将对象存储服务器设置为低功耗状态。

第二步、对于有N个对象存储服务器的并行存储系统，为对象存储服务器j(1≤j≤N)构造一个服务器工作状态集合G_j，集合G_j体现了当前对象存储服务器的工作状态，N为正整数。集合G_j中的每个元素是由作业号和进程号拼接得到的进程标识I，代表对象存储服务器j为之提供检查点服务的进程。初始时G_j为空。

下面每一步都是针对每个对象存储服务器j展开的。

第三步、对象存储服务器j等待即将到来的功耗状态设定请求R，R∈{R_normal，R_down}，其中R_normal表示将对象存储服务器设定为正常功耗状态的请求，R_down表示将对象存储服务器设定为低功耗状态的请求。