收藏本站
《哈尔滨工程大学》 2013年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

用数学建模方法评价存储系统性能

刁莹  
【摘要】:作为信息化时代的重要资源,存储系统具有重大的实用价值。随着数字信息的爆炸性增长,大数量的用户群和种类繁多的应用导致了人们对大容量信息存储系统的需求。为了方便许多资源的使用,发展存储系统是首选的普遍的途径,所以存储系统是应用广泛的,并且在迅速地发展。 在当今存储系统中,由于I/O性能是存储系统性能不可或缺的一部分,因此如何构造一个高性能、低能耗、适合不同应用的I/O系统就成为了一个重要的任务。存储系统的性能无论是对存储系统自身还是基于存储系统的应用都是至关重要的。其中I/O性能是评价存储系统的重要指标,对存储系统I/O性能的研究具有很大的理论和实用价值。目前计算机的I/O性能已经成为严重制约系统整体性能的瓶颈,所以I/O性能的分析与优化方法对于提升I/O性能就显得尤为重要。 近年来,排队论方法已经成为分析和探讨存储系统性能的主要方法,因此本论文以排队论为主要工具来分析和研究有关存储系统I/O方面的性能。如今,在大规模存储系统中,由于数据的增长和大量存储设备的存在,使得几乎每天都会有存储设备发生故障,因此,存储设备的可修性也成为一个必须考虑的因素。影响存储系统性能的因素很多,本论文分析和研究的重点是前端排队方式对整个存储系统的影响。已有很多专家分析和研究了存储系统的总体特征,因此,本论文主要分析一些局部特征,而且是针对存储系统I/O的问题建立相应的模型来分析I/O的服务设备、结构布置、运作模式等等。本文使用排队论和拟生灭过程相结合的方法分析了I/O性能,主要是通过排队论的一些指数分布和拟生灭过程的Q矩阵方法,例如假设服务效率等参数服从负指数分布,提出了矩阵模式的分析方法,总结了I/O运行的具体相关性能指标表达式。然后进行仿真,经过多次仿真得到参数之间的规律关系,将用来仿真的数据用于I/O具体的操作过程中,最后总结I/O不同情况的操作规律以及所有运作模式的普遍规律,所得结果为I/O性能评价以及调度策略的确定提供了的依据。 缓存是影响存储系统性能的重要因素。本文提出一种符合局部性原理的访问序列生成过程。这个过程具有局部性、延续性和突变性等良好性质,并且可以通过几个参数的设置控制以上各性质的强弱,生成符合各种访问模式的数字流,并对比各种缓存替换算法的优劣。在此方法的基础上,针对应用服务器和存储服务器构成的一个二级buffercache结构进行了研究。现有的ULC(Unified Level-Aware Caching)机制可有效解决多级缓存的数据冗余及在存储服务器端缓存的访问弱局部性问题。但是当存储服务器连接多个应用服务器时,ULC采用LRU策略为各应用服务器在存储服务器端分配缓存容量,该方法不能使存储服务器端缓存资源的边际收益最大化,为此本文提出一种多应用共享缓存的二级buffer cache动态分配策略MG-ULC(Marginal Gain-based ULC)。该策略以ULC机制为基础,根据各应用的访问模式在二级buffer cache的边际增益动态分配缓存容量。实验结果显示,随着各应用服务器访问模式的变化,MG-ULC能比ULC更合理地分配二级缓存,从而实现更高的缓存利用率,使存储系统性能进一步提升。 I/O负载是影响存储系统性能的重要因素,响应时间是反映存储系统性能的重要指标。为了提高存储系统的性能,本文对I/O负载的特征参数和响应时间进行了研究分析。为实现根据I/O负载的一些特征参数预测系统响应时间的目的,本文利用灰色系统理论和BP人工神经网络相结合的方法建立模型,确定了特征参数和响应时间之间的非线性关系,利用disksim得出trace数据,进行仿真,并将预测结果和单纯使用灰色和神经网路预测的结果进行比较,突出其优越性。由于考虑的因素不同,本文又结合BP神经网络和马尔科夫链,建立了一种新的用于I/O负载的预测模型BP神经网络-马尔科夫链预测模型(BP-MC)。通过对训练样本的学习,利用BP神经网络实现了对负载时间序列的滚动预测,同时得到了实测值与预测值的相对误差。在此基础上利用马尔科夫链对相对误差进行修正,有效的提高了预测结果的精度。将该模型应用于存储系统I/O负载预测中,结果表明该模型预测精度高,为存储系统性能预测提供了新的途径。 I/O性能评价在存储系统的设计和应用中占有非常重要的位置,如何快速有效地评价I/O的性能是优化I/O性能的一个重要步骤。本文提出了用定性和定量相结合的方法,即层次分析方法和人工神经网络方法相结合的方法来分析和研究I/O的性能,同样用disksim得出的trace数据进行仿真,仿真结果显示了其优越性,通过实例说明了此评价方法可以有效地评价存储系统的I/O性能。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TP333

知网文化
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田志斌;田乃硕;金顺福;;基于休假排队的消息驱动组件性能分析[J];北京工业大学学报;2011年10期
2 李伟;牛东晓;;基于灰色神经网络的短期电力负荷预测分析[J];科技和产业;2008年10期
3 陈淑燕,王炜;交通量的灰色神经网络预测方法[J];东南大学学报(自然科学版);2004年04期
4 王会青,王婷,谷志红;基于灰色神经网络法的高峰负荷预测[J];华东电力;2005年04期
5 李兆虎;李战怀;张晓;;网络存储系统仿真研究综述[J];计算机研究与发展;2012年S1期
6 朱立谷;阳小珊;罗洪元;胡怀湘;鄢楚平;;网络存储综合测评技术研究[J];计算机工程与应用;2010年36期
7 周延年;朱怡安;;基于灰熵绝对关联分析在嵌入式计算机性能评价中的应用[J];计算机科学;2011年11期
8 朱翼隽;张继国;王伟;;基于可变服务率M/M/S/K+M可修排队的呼叫中心性能分析[J];江苏大学学报(自然科学版);2006年04期
9 朱瑞祥;黄玉祥;杨晓辉;;用灰色神经网络组合模型预测农机总动力发展[J];农业工程学报;2006年02期
10 张益;霍珊珊;;网络存储系统可生存性量化评估[J];清华大学学报(自然科学版);2009年S2期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 徐茂华;我国政府以人为本评价指标研究[D];西南大学;2011年
2 陆承涛;存储系统性能管理问题的研究[D];华中科技大学;2010年
3 杨学利;基于可持续发展视角的中国粮食安全评价研究[D];吉林大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郑浩,王全凤;L-M算法在高层结构体系选型中的应用[J];四川建筑科学研究;2003年03期
2 崔旖娜;王苏岩;李宏男;;基于BP神经网络时间序列方法的辽宁省建筑业经济技术指标预测[J];四川建筑科学研究;2008年02期
3 余慧;刘晓;;基于灰色聚类法的历史建筑综合价值评价[J];四川建筑科学研究;2009年05期
4 洪文,朱广斌;排课问题及其数学模型[J];安徽电力职工大学学报;2002年03期
5 洪文,朱广斌;整数规划下的最小生成树模型[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2004年01期
6 齐新安;朱祖林;;安徽电大远程开放教育专业招生规模与发展态势的灰关联分析[J];安徽广播电视大学学报;2007年03期
7 董晓霞;李干琼;刘自杰;;农产品市场价格短期预测方法的选择及应用——以鲜奶零售价格为例[J];山东农业科学;2010年01期
8 翟葵,朱军;抢占优先级业务量链路性能评价[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2005年02期
9 洪文;利用LINDO求解目标规划[J];安徽大学学报(自然科学版);2001年02期
10 陈华友;固定资产投资动态模型及优化分析[J];安徽大学学报(自然科学版);2002年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 冯羽;马凤山;魏爱华;赵海军;郭捷;;灰色系统与神经网络组合模型在地下水水位预测中的应用[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
2 王丽英;方攸同;苏丽颖;刘宝友;;劣化系统的故障诊断和检测策略的综合研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 王孝红;吴姝芹;申涛;范勇;;灰色预测控制及在篦冷机系统中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 李琨;王晓东;刘会景;张云生;苗琦;;瓦斯“冒大数”及其神经网络滤波器的研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 陈士成;李桥兴;何丽红;;线性规划决策模型Excel求解的简化方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 李辉;王永建;侯燕杰;;矿井排水系统可靠性模型研究及应用[A];矿山企业节能减排与循环经济高峰论坛论文集[C];2010年
7 张黔生;谢贤平;;矿井通风系统可靠性优化研究[A];中国职业安全健康协会2007年学术年会论文集[C];2007年
8 段书凯;刘光远;;网络参数对混沌联想记忆特性的影响[A];第十一届全国信号处理学术年会(CCSP-2003)论文集[C];2003年
9 郑蝉蝉;郭明珠;贾连军;赵芳;孟紫阳;;供水系统抗震可靠性算法比较分析[A];第八届全国地震工程学术会议论文集(Ⅱ)[C];2010年
10 陆相林;;SOFM方法在山东省17地市旅游综合实力评价中的应用[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙明;基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 苏晓宏;海杂波的特性分析与目标检测处理[D];大连海事大学;2010年
3 朱松;随机回归神经网络的动力学行为研究[D];华中科技大学;2010年
4 李明;农村生态住区建设系统耦合研究[D];华中科技大学;2010年
5 李博;固态硬盘写效率及能耗优化研究[D];华中科技大学;2010年
6 郭丽娜;修理工可休假的可修复系统的可靠性研究[D];北京信息控制研究所;2010年
7 乔兴;一类可修复系统的可靠性研究[D];北京信息控制研究所;2010年
8 杨红;污水生化处理的智能建模与优化控制策略应用研究[D];华南理工大学;2010年
9 陈文正;保险公司债券投资研究[D];南开大学;2010年
10 房霄虹;城市轨道交通网络化运输组织协调理论及方法研究[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
2 杜武青;西部大气环境中聚酯玻璃钢老化及室内外老化相关性研究[D];南昌航空大学;2010年
3 王永;消防单兵综合信息采集系统研究[D];山东科技大学;2010年
4 滕景忠;智能瓦斯传感器的研制[D];山东科技大学;2010年
5 程慧;基于神经网络的两类问题研究[D];广西师范学院;2010年
6 江达秀;基于HMAX模型的人脸表情识别研究[D];浙江理工大学;2010年
7 李朋勇;基于全矢高阶谱的故障诊断方法及其应用研究[D];郑州大学;2010年
8 王岩;混凝土受氯离子侵蚀劣化的ANFIS分析[D];郑州大学;2010年
9 张华杰;模糊神经网络在肺癌诊断中的应用[D];郑州大学;2010年
10 肖鸿;异向介质基本结构分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郝红海;刘志强;刘畅;;城市雨水资源利用研究[J];安徽农业科学;2007年01期
2 陈志尚;准确把握以人为本的科学内涵[J];北京大学学报(哲学社会科学版);2005年02期
3 朱晓俊;呼和;;内蒙古全面建设小康社会指标体系的建立和实现程度的评价[J];北方经济;2008年21期
4 杨孟辉;廖建新;王纯;张成;;移动智能网中消息中间件的性能建模与分析[J];北京邮电大学学报;2006年03期
5 王海斌;我国粮食流通体制改革的回顾及进一步深化的思路[J];商业研究;2000年03期
6 赵镇;;市场经济下科技进步与经济发展互动综合评价研究[J];商业研究;2009年01期
7 管怀鎏;;浅议构建和谐社会评价指标体系问题[J];中共长春市委党校学报;2006年06期
8 汤正刚;;科学发展观与科学的发展评价指标[J];长江论坛;2006年01期
9 王双正;;粮食流通体制改革30年:回顾与反思[J];财贸经济;2008年11期
10 丁向阳;走人才兴农之路[J];中国人才;2004年11期
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 庞元正 辛鸣;[N];北京日报;2001年
2 陈阜 中国农业大学农学与生物技术学院农学系主任 文字整理/王平;[N];东方城乡报;2009年
3 薛德震;[N];光明日报;2004年
4 龙新;[N];农民日报;2009年
5 农业部农村经济研究中心 曹力群;[N];农民日报;2009年
6 庞元正;[N];人民日报;2003年
7 庞元正 辛鸣;[N];人民日报;2003年
8 李兴山;[N];人民日报;2004年
9 本报记者 蒋建科;[N];人民日报;2009年
10 中国社会科学院马克思主义研究院当代部副主任 冯颜利;[N];人民日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴志华;中国粮食安全研究——以合理成本保障粮食安全[D];河海大学;2002年
2 张聚华;区域经济非均衡状态下的可持续发展研究[D];天津大学;2003年
3 向东;iSCSI-SAN网络异构存储系统管理策略的研究[D];华中科技大学;2004年
4 孔华锋;基于主动网络技术的存储网络关键技术的研究[D];华中科技大学;2004年
5 于永德;科技组织制度与农业技术进步研究[D];山东农业大学;2005年
6 纪绍勤;我国农业科技创新体系研究[D];中国农业科学院;2005年
7 孙凯;科技进步与经济增长相关性研究[D];西北大学;2006年
8 杨巍;我国粮食作物技术进步模式的经济学分析[D];中国农业科学院;2007年
9 龙方;新世纪中国粮食安全问题研究[D];湖南农业大学;2007年
10 潘鸿;中国农业科技进步与农业发展[D];吉林大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈婧;四川省城市可持续发展的综合评价[D];西南财经大学;2004年
2 张纯和;以人为本:科学发展观的核心理念[D];安徽大学;2004年
3 刘先进;人本主义与以人为本社会的建构[D];西安电子科技大学;2005年
4 文玉忠;科学发展观视野中的以人为本理念[D];首都师范大学;2005年
5 李广胜;以人为本是科学发展观的必然要求[D];河南大学;2005年
6 宫维明;马克思人学对西方人本主义的超越[D];安徽师范大学;2005年
7 白立群;论科学发展观的核心:以人为本[D];西南交通大学;2005年
8 高宝珍;论以人为本[D];山西大学;2005年
9 代山庆;论邓小平以人为本的发展思想[D];云南师范大学;2005年
10 杜敏;以人为本与和谐社会[D];云南师范大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨春燕;用SAN构筑现代企业信息存储系统的优势[J];内蒙古电力技术;2002年S1期
2 ;专家观点[J];中国计算机用户;2006年43期
3 ;HDS AMS 2000系列的创新之道[J];通信世界;2009年08期
4 金文新;;大型高校图书馆计算机网络集成系统建设[J];情报科学;2009年04期
5 李静;;浅谈HIS系统对服务器和存储设备的要求及设计方案[J];信息与电脑(理论版);2009年11期
6 刘刚;张海涛;李瑞东;张强;;一种基于模块化设计的NAS集群存储系统[J];微计算机信息;2011年05期
7 于耳;;建立面向应用的存储系统[J];中国教育网络;2011年06期
8 ;数字视频存储系统[J];光学精密工程;1977年06期
9 张明明;;为信息传输设备保驾护航——访EMC公司中国区产品经理马永亨先生[J];上海微型计算机;1998年Z1期
10 赵晨;;EMC Symmetrix优化SAP R/3系统[J];计算机与网络;1998年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵志刚;;存储系统在企业信息化中的应用[A];2005年安徽通信论文集[C];2006年
2 朱平;朱建涛;高剑刚;蒋金虎;;高性能计算存储关键技术研究[A];2010年第16届全国信息存储技术大会(IST2010)论文集[C];2010年
3 周博;宿绍莹;陈曾平;;基于CPCI总线的宽带雷达数据传输存储系统设计[A];全国第二届信号处理与应用学术会议专刊[C];2008年
4 周功业;周江;陈希;陈进才;;寄生存储原理及实现机制[A];第15届全国信息存储技术学术会议论文集[C];2008年
5 汪黎;章文嵩;杨学军;;Cfslight:一个新型的轻量级对象存储集群文件系统[A];2006年全国开放式分布与并行计算学术会议论文集(一)[C];2006年
6 聂明;;构建海量存储系统 提升媒体竞争力[A];中国新闻技术工作者联合会2008年学术年会论文集(下)[C];2008年
7 黄晓峰;张杰;;矿井信息中心存储系统设计[A];安全高效矿井机电装备及信息化技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C];2011年
8 王克敏;张玺;胡江凯;王毅涛;;NWP资料归档方法及其存储系统的应用[A];中国气象学会2006年年会“中尺度天气动力学、数值模拟和预测”分会场论文集[C];2006年
9 刘湛明;吴柳坚;;数字电视台的建设[A];2007第二届全国广播电视技术论文集2(下)[C];2007年
10 罗香玉;李传佑;汪芸;;纠删码容错组的布局策略研究[A];第18届全国多媒体学术会议(NCMT2009)、第5届全国人机交互学术会议(CHCI2009)、第5届全国普适计算学术会议(PCC2009)论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 朗飞;IBM“冰立方”就像搭积木[N];中国计算机报;2006年
2 郭涛;MediaGrid既不是SAN也不是NAS[N];中国计算机报;2007年
3 本报记者  张峰;知己知彼建存储(上)[N];网络世界;2006年
4 森林;NAS资源存储系统[N];中国电脑教育报;2002年
5 Hifn(汉帆)杭州信息技术有限公司 马剑杰;自动精简配置:提升存储利用率有绝招[N];中国计算机报;2009年
6 ;IBM收购存储解决方案公司[N];计算机世界;2007年
7 本报记者 徐恒;面临机遇 中国新型存储业合作求创新[N];中国电子报;2011年
8 李想 徐晋;福州电业局研发个人文件安全存储系统[N];中国电力报;2006年
9 ;HDS推出企业入门级存储系统[N];计算机世界;2005年
10 ;戴尔EMC打造新一代高容量存储系统[N];人民邮电;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刁莹;用数学建模方法评价存储系统性能[D];哈尔滨工程大学;2013年
2 陆承涛;存储系统性能管理问题的研究[D];华中科技大学;2010年
3 聂雪军;内容感知存储系统中信息信息生命周期管理关键技术研究[D];华中科技大学;2011年
4 罗东健;大规模存储系统高可靠性关键技术研究[D];华中科技大学;2011年
5 聂雪军;内容感知存储系统中信息生命周期管理关键技术研究[D];华中科技大学;2010年
6 王玉林;多节点容错存储系统的数据与缓存组织研究[D];电子科技大学;2010年
7 王鹏;低密度奇偶校验码应用于存储系统的关键技术研究[D];华中科技大学;2013年
8 施展;基于本体的存储系统管理研究[D];华中科技大学;2011年
9 黄继鹏;高速高可靠小型数字视频存储系统的设计与实现[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
10 刘科;内容感知存储系统中的信息检索关键技术研究[D];华中科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陆正武;面向流媒体应用存储系统的研究与实现[D];华中科技大学;2004年
2 杜睿;基于IP-SAN技术的石化企业数据集中存储系统的设计与实现[D];华东理工大学;2010年
3 金强;基于HBase的RDF存储系统的研究与设计[D];浙江大学;2011年
4 余智敏;数字化图书馆的数据存储技术的研究[D];武汉理工大学;2006年
5 陶博舟;磁盘阵列快照系统的设计与实现[D];华中科技大学;2007年
6 张小艳;基于嵌入式技术的USB存储系统的设计与实现[D];内蒙古大学;2011年
7 蒋亚群;基于DLX体系结构的微处理器核的设计与实现[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
8 亓伟;关系数据库存储子系统研究与实现[D];清华大学;2005年
9 宋迎迎;数字馆藏评价指标体系研究[D];郑州大学;2006年
10 袁晓铭;磁盘阵列系统的快照技术研究[D];华中科技大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026