存儲(chǔ)集群中的自適應(yīng)功率保存的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年7月19日、申請(qǐng)?zhí)枮?01080043017. 5 (PCT/ US2010/042478)、發(fā)明名稱為"存儲(chǔ)集群中的自適應(yīng)功率保存"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申 請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明總的涉及功率保存。更具體地，本發(fā)明涉及存儲(chǔ)集群中的功率保存。
【背景技術(shù)】
[0003] 當(dāng)前，正在進(jìn)行普遍的努力以減小計(jì)算機(jī)的電力消耗，從而推動(dòng)所謂的"綠色"技 術(shù)并解決全球氣候變化。但是，除了這些長期目標(biāo)之外，減小的功率消耗還能夠?yàn)槠髽I(yè)主 提供立即見效的節(jié)省。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用的功率的減少不僅意味著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自身的電費(fèi) 降低，而且功率減小還將意味著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的冷卻成本減少。對(duì)于管理大量數(shù)據(jù)中心的 企業(yè)，冷卻計(jì)算機(jī)機(jī)架所需的功率的減小會(huì)具有非常重要意義。對(duì)于這些企業(yè)，冷卻容量 (capacity)的減小還意味著數(shù)據(jù)中心所需的冷卻基礎(chǔ)設(shè)置減少以及所需的不動(dòng)產(chǎn)減少。
[0004] 因此，通常理想的是保存計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)集群中的功率，以節(jié)省錢并減少必需的冷卻。 但是，在客戶應(yīng)用一直向集群寫入并從集群讀取的存儲(chǔ)集群中并且在存儲(chǔ)集群自身評(píng)價(jià)其 自己的數(shù)字對(duì)象完整性并進(jìn)行數(shù)字對(duì)象的必要拷貝時(shí)，設(shè)計(jì)功率保存方案是具有挑戰(zhàn)性 的。
[0005] 因此，需要這樣一種技術(shù)和系統(tǒng)：其將減少計(jì)算機(jī)集群中的功率消耗，同時(shí)仍允許 客戶應(yīng)用進(jìn)行必要的訪問，并將維持集群內(nèi)的對(duì)象完整性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了實(shí)現(xiàn)以上所述，并且根據(jù)本發(fā)明的目的，公開了一種功率保存技術(shù)?？梢岳斫?的是通過在卷（volume)不在使用中時(shí)使磁盤驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)減慢以及通過在節(jié)點(diǎn)不在使用中 時(shí)減少CPU使用來保存功率，對(duì)存儲(chǔ)集群是有利的。
[0007] 本發(fā)明提出了一種機(jī)制，通過該機(jī)制，使用不足的集群能夠開始使磁盤旋轉(zhuǎn)減慢， 并減少節(jié)點(diǎn)CPU的使用。目標(biāo)不是特意地減少可用的處理能力以保存功率，而是辨識(shí)處理 能力要求何時(shí)較低并采取行動(dòng)以保存功率。在夜間或周末休眠的集群或者對(duì)于寫入/讀取 /刪除操作不常使用的集群將在休眠時(shí)期期間享受到顯著的功率使用減小，或許高達(dá)80% 至90%。集群的后續(xù)訪問將自動(dòng)地喚醒一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)來執(zhí)行請(qǐng)求并最終可以恢復(fù)整個(gè)集 群。盡管在對(duì)睡眠節(jié)點(diǎn)的首次訪問時(shí)將出現(xiàn)附加的等待時(shí)間，但可得到的最大處理能力將 不受影響。
[0008] 該方法的優(yōu)點(diǎn)包括：本發(fā)明能夠根據(jù)客戶應(yīng)用的大幅變化的使用方式進(jìn)行調(diào)節(jié)； 每個(gè)節(jié)點(diǎn)和卷關(guān)于何時(shí)睡眠和蘇醒作出其自己各自的決定；以及整個(gè)集群可以完全休眠。 本發(fā)明不需要管理員設(shè)計(jì)更復(fù)雜的子集群布置以適應(yīng)功率保存；并且，存在基本為零的管 理日常支出。
[0009] 本發(fā)明的第一實(shí)施例允許存儲(chǔ)集群中的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)及其硬盤各自獨(dú)立地閑置，從 而保存功率。第二實(shí)施例允許在整個(gè)存儲(chǔ)集群閑置時(shí)對(duì)存儲(chǔ)集群中的相關(guān)節(jié)點(diǎn)的讀取或?qū)?入訪問而不需要喚醒整個(gè)集群。第三實(shí)施例使用用于存檔應(yīng)用的存檔模式，在該模式下，某 些節(jié)點(diǎn)保持閑置和空載，直至被需要。第四實(shí)施例允許在集群已經(jīng)閑置預(yù)定時(shí)間之后發(fā)生 整個(gè)集群的健康處理。第五實(shí)施例使用固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（SSD)來消除由于旋轉(zhuǎn)加快延時(shí)造成的 閑置集群的初始等待時(shí)間。
【附圖說明】
[0010] 通過參照結(jié)合附圖進(jìn)行的下面描述，本發(fā)明連同其進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)可以得到最佳的 理解，在附圖中：
[0011] 圖1示出了用于本發(fā)明的操作的環(huán)境。
[0012] 圖2是流程圖，描繪了在正常操作中客戶應(yīng)用如何將文件寫入到存儲(chǔ)集群中。
[0013] 圖3是流程圖，描繪了節(jié)點(diǎn)如何從活動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到閑置狀態(tài)。
[0014]圖4是流程圖，描繪了閑置的集群如何處理讀取請(qǐng)求。
[0015] 圖5是流程圖，描繪了閑置的集群如何處理寫入請(qǐng)求。
[0016] 圖6A和6B示出了適于執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明可以利用任何合適的計(jì)算機(jī)硬件和軟件來執(zhí)行。存儲(chǔ)集群可以包括任何數(shù) 量的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)。優(yōu)選地，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括CPU(或多個(gè)CPU)、操作系統(tǒng)、通向其他節(jié)點(diǎn)（或至 少中央路由器）的通信鏈路、以及任何數(shù)量的內(nèi)部硬盤驅(qū)動(dòng)器或固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（即，從零到N 個(gè)）。一般地，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，并且可以存在硬盤驅(qū)動(dòng)器與固態(tài)驅(qū)動(dòng)器的任 何組合。集群一般為固定內(nèi)容存儲(chǔ)集群，這意味著其用于備份、長期存儲(chǔ)、存檔等，并且一般 不用于對(duì)計(jì)算機(jī)文件的每日訪問。通常稱為WORM(-次寫入，多次讀?。┐鎯?chǔ)器，這意味著 一旦計(jì)算機(jī)文件或數(shù)字對(duì)象被寫入到集群中，便不能被改變。（當(dāng)然，計(jì)算機(jī)文件的修改版 本也可以存儲(chǔ)在集群內(nèi)）。集群可以執(zhí)行為獨(dú)立節(jié)點(diǎn)冗余陣列（RAIN)，這意味著每個(gè)節(jié)點(diǎn) 運(yùn)行其自己的操作系統(tǒng)并作出關(guān)于集群內(nèi)的存儲(chǔ)的獨(dú)立的決定。存儲(chǔ)集群可以構(gòu)建在片式 機(jī)、塔式機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)和服務(wù)器上。可替代地，單個(gè)計(jì)算機(jī)箱內(nèi)的多核處理器可以支持在 每個(gè)核上運(yùn)行的虛擬存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，這意味著具有多個(gè)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)集群可以存在于單個(gè)計(jì)算機(jī) 箱內(nèi)。另外，單個(gè)物理箱內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以包括多個(gè)CPU，在這種情況下，每個(gè)CPU可以表 示節(jié)點(diǎn)，并且存儲(chǔ)集群可以在該單個(gè)物理箱內(nèi)執(zhí)行。
[0018] 圖1示出了用于本發(fā)明的操作的環(huán)境10。包括有存儲(chǔ)集群20、客戶應(yīng)用30、管理 控制臺(tái)40、任何數(shù)量的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)51-54、以及中央路由器70。如上所述，計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)是物 理文件服務(wù)器，其優(yōu)選地包括至少一個(gè)CPU和任何數(shù)量的磁盤驅(qū)動(dòng)器、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器或具有 這兩種類型的混合驅(qū)動(dòng)器。每個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行諸如Debian Linux的操作系統(tǒng)，并執(zhí)行處理以管 理節(jié)點(diǎn)之間的對(duì)等通信，從而執(zhí)行健康的處理，并代表節(jié)點(diǎn)及其卷作出獨(dú)立的決定。每個(gè)節(jié) 點(diǎn)還包括管理軟件，并且其狀態(tài)能夠通過網(wǎng)頁瀏覽器在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行觀察。
[0019]在一個(gè)特別的RAIN實(shí)施例中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)是1U服務(wù)器（例如，x86服務(wù)器），具有帶 標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)能力的1太拉字節(jié)（terabyte)或更多字節(jié)的串口 ATA磁盤存儲(chǔ)容量。每 個(gè)節(jié)點(diǎn)具有IP地址并可以利用基于IP的LAN、MAN或WAN物理地相互連接。因此，每個(gè)節(jié) 點(diǎn)可以與單個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)話并可以利用路由器70或其他類似的網(wǎng)絡(luò)開關(guān)將信息廣播至存 儲(chǔ)集群內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)（組播）。
[0020] 每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括管理模塊，該管理模塊用于處理來自客戶應(yīng)用的外部請(qǐng)求（例如， SCSP請(qǐng)求）、節(jié)點(diǎn)間的復(fù)制請(qǐng)求（例如，SCSP間請(qǐng)求）、以及其他節(jié)點(diǎn)間協(xié)議通信（競標(biāo) (bidding)、用于信息的請(qǐng)求，等等）。健康處理模塊（將在下面描述）管理每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)字 內(nèi)容。管理控制臺(tái)40優(yōu)選是鏈接到存儲(chǔ)集群的網(wǎng)頁服務(wù)器，其允許通過任何合適的互聯(lián)網(wǎng) 連接訪問每個(gè)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行能夠用來觀察和管理整個(gè)集群的冗余管理控制臺(tái)。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施例中，利用可以從德州奧斯丁的Caringo公司得到的CAStor內(nèi)容存儲(chǔ) 軟件或任何合適的計(jì)算機(jī)硬件來執(zhí)行存儲(chǔ)集群。在該實(shí)施例中，存儲(chǔ)集群是固定內(nèi)容存儲(chǔ) 器并且每個(gè)數(shù)字對(duì)象在集群內(nèi)通過隨機(jī)的數(shù)字（通用唯一標(biāo)識(shí)符，或UUID)被唯一地尋址， 該UUID是利用真隨機(jī)數(shù)字生成器對(duì)該數(shù)字對(duì)象生成的。利用散列函數(shù)對(duì)每個(gè)數(shù)字對(duì)象的 內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證?？蛻糗浖?yīng)用在將數(shù)字對(duì)象存儲(chǔ)在集群中時(shí)接收UUID并通過將該UUID提 供至集群來檢索該數(shù)字對(duì)象。軟件應(yīng)用利用標(biāo)準(zhǔn)HTTP 1.1，更具體地，利用稱為簡單內(nèi)容 存儲(chǔ)協(xié)議（SCSP)的標(biāo)準(zhǔn)的簡化子集與CAStor集群進(jìn)行通信。利用該標(biāo)準(zhǔn)接口，客戶應(yīng)用 (例如電子郵件、企業(yè)內(nèi)容管理、健康護(hù)理應(yīng)用、網(wǎng)頁瀏覽器、Web 2.0、圖片共享、社交媒體 網(wǎng)站、安全視頻、視頻編輯，等等）可以訪問CAStor存儲(chǔ)集群。另外，直接HTTP訪問對(duì)瀏覽 器、JAVA、Python、C++和其他軟件環(huán)境是可用的。
[0022]
[0023] 本發(fā)明允許集群中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)和卷基于該集群在可配置時(shí)期內(nèi)實(shí)際處理來自外 部客戶應(yīng)用的請(qǐng)求以及節(jié)點(diǎn)之間的復(fù)制請(qǐng)求的頻率關(guān)于是否減少其功耗作出獨(dú)立的決定。 使用稱為"休眠后（sle印After)"和"醒來后（wakeAfter)"的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)配置參數(shù)，這兩個(gè) 參數(shù)例如都是整數(shù)秒（這些參數(shù)不需要對(duì)于集群中的所有節(jié)點(diǎn)都具有相同的值）。
[0024] 如果節(jié)點(diǎn)沒有在最后的sle印After秒內(nèi)處理過來自客戶應(yīng)用的請(qǐng)求（讀取或?qū)?入）或來自另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的類似請(qǐng)求，其將開始休息。如果繼續(xù)沒有要求讀取或?qū)懭氲耐獠?要求（例如，如在夜間或周末所預(yù)見的那樣），那么最終節(jié)點(diǎn)及所有其卷將變?yōu)橥耆菝摺?當(dāng)客戶應(yīng)用一旦重新開始發(fā)送請(qǐng)求時(shí)，集群中的節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)將醒來，以處理這些 請(qǐng)求。即使長時(shí)間沒有檢測到外部活動(dòng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)也將在已經(jīng)閑置了 wakeAfter秒之后醒 來，使其能夠周期性地執(zhí)行其健康處理事務(wù)（確保數(shù)字對(duì)象的至少最小數(shù)量的指定拷貝存 在于集群內(nèi)）。
[0025] 使用競標(biāo)處理，每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過該競標(biāo)處理計(jì)算競標(biāo)值，該競標(biāo)值反映了該節(jié)點(diǎn)寫 入數(shù)字對(duì)象、讀取數(shù)字對(duì)象或復(fù)制數(shù)字對(duì)象（在該節(jié)點(diǎn)上保留拷貝的成本）的成本是多少。 通常，節(jié)點(diǎn)通過向請(qǐng)求來自所有可用節(jié)點(diǎn)的競標(biāo)的初次訪問節(jié)點(diǎn)投標(biāo)而對(duì)這些寫入、讀取 和復(fù)制請(qǐng)求進(jìn)行競標(biāo)。競標(biāo)是數(shù)值，并且競標(biāo)