用于軟件定義儲(chǔ)存系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊規(guī)則控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于一種用于軟件定義儲(chǔ)存的自適應(yīng)模糊規(guī)則控制系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種用于軟件定義儲(chǔ)存，以控制特定的性能參數(shù)的自適應(yīng)模糊規(guī)則控制系統(tǒng)，該特定的性能參數(shù)是服務(wù)層級(jí)協(xié)議所要求的。
【背景技術(shù)】
[0002]云端服務(wù)在最近十年中發(fā)展得非常普及。云端服務(wù)是基于云端計(jì)算，在不增加客戶端的負(fù)擔(dān)情形下，提供相關(guān)的服務(wù)或商品。云端計(jì)算涉及了大量的計(jì)算機(jī)主機(jī)，這些計(jì)算機(jī)主機(jī)彼此經(jīng)由一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，比如因特網(wǎng)，而連接。它依賴資源的分享，以達(dá)成一致性與經(jīng)濟(jì)規(guī)模。云端計(jì)算的概念乃是融合了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施以及資源共享的服務(wù)等形成的基礎(chǔ)架構(gòu)。在所有分享的服務(wù)中，內(nèi)存與儲(chǔ)存設(shè)備絕對(duì)是兩個(gè)需求最大的項(xiàng)目。這是因?yàn)槟承衢T的應(yīng)用，比如視頻串流，需要巨大的數(shù)據(jù)量?jī)?chǔ)存。當(dāng)云端服務(wù)運(yùn)作時(shí)，內(nèi)存和儲(chǔ)存設(shè)備管理是非常重要的，以為客戶維持正常的服務(wù)質(zhì)量。
[0003]舉例而言，用來(lái)提供云端服務(wù)的服務(wù)器通常管理或連接到數(shù)個(gè)硬式磁盤上?？蛻羰褂迷摲?wù)器，數(shù)據(jù)自該硬式磁盤讀出或?qū)懭肫渲?。肇因于硬式磁盤系統(tǒng)的限制而產(chǎn)生響應(yīng)時(shí)間的延遲，會(huì)引起服務(wù)需求上的問(wèn)題。在正常的硬式磁盤系統(tǒng)的操作下，當(dāng)應(yīng)用面所需求(即工作量)的訪問(wèn)速度超過(guò)硬式磁盤系統(tǒng)所能提供時(shí)，延遲時(shí)間通常因此而產(chǎn)生。從而，硬式磁盤系統(tǒng)所能提供的最大負(fù)載量通常是整個(gè)云端服務(wù)系統(tǒng)里運(yùn)作的瓶頸。換句話說(shuō)，硬式磁盤系統(tǒng)的每秒輸入輸出操作次數(shù)無(wú)法滿足外在需求。針對(duì)此問(wèn)題，有必要移除或減少工作量以達(dá)成及改善服務(wù)器的效能。實(shí)際上，部分的工作量能由其它服務(wù)器(如果有的話)或硬式磁盤所分擔(dān)，而該些服務(wù)器或硬式磁盤會(huì)自動(dòng)或手動(dòng)地上線加入支持現(xiàn)有的硬式磁盤。不管上述哪種方法用來(lái)解決該問(wèn)題，其所增加的成本，是因應(yīng)無(wú)法預(yù)期工作情況而事先多儲(chǔ)備的大量硬式磁盤，以及為了額外的硬設(shè)備而必要增添的電力消耗。從經(jīng)濟(jì)面來(lái)看，實(shí)在不值得如此做。然而，由于系統(tǒng)的服務(wù)層級(jí)協(xié)議通常會(huì)規(guī)定最短的延遲時(shí)間或最小的每秒輸入輸出操作次數(shù)，因此必需要達(dá)成。對(duì)于以有限的資金來(lái)維持云服務(wù)的運(yùn)營(yíng)商而言，如何降低成本是一個(gè)重要的問(wèn)題。
[0004]值得注意的是服務(wù)器(硬式磁盤系統(tǒng))的工作量或多或少可以根據(jù)歷史記錄來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的演變，云端服務(wù)工作量的需求的發(fā)展趨勢(shì)是可以預(yù)見的。因此，可以借著重新配置在硬式磁盤系統(tǒng)內(nèi)的硬式磁盤，以用最小代價(jià)達(dá)到工作量的需求。然而，一臺(tái)機(jī)器是不能學(xué)會(huì)如何與何時(shí)進(jìn)行硬式磁盤的重新配置。在許多情況下，這項(xiàng)工作是由授權(quán)人員，根據(jù)及時(shí)狀態(tài)或按照固定的進(jìn)度表來(lái)完成，實(shí)行效果可能不是很好。
[0005]另一個(gè)和云端服務(wù)一樣快速地增長(zhǎng)的需求是軟件定義儲(chǔ)存。軟件定義儲(chǔ)存指的是可從管理儲(chǔ)存基礎(chǔ)架構(gòu)的軟件中，獨(dú)立出儲(chǔ)存硬件的計(jì)算器數(shù)據(jù)儲(chǔ)存技術(shù)。在軟件定義儲(chǔ)存下，可以啟動(dòng)一些功能選項(xiàng)，如重復(fù)數(shù)據(jù)刪除、復(fù)制、自動(dòng)精簡(jiǎn)配置、快照，和備份，提供策略管理。借由軟件定義儲(chǔ)存技術(shù)，有幾個(gè)前案可提供上述問(wèn)題的解決方案。舉例而言，在美國(guó)專利公開第20130297907號(hào)中，揭露了一種用于重新配置儲(chǔ)存系統(tǒng)的方法。該方法包含兩個(gè)主要的步驟:接收用戶對(duì)儲(chǔ)存裝置的需求信息，并由用戶的需求信息，自動(dòng)產(chǎn)生儲(chǔ)存裝置的功能設(shè)定及用于該儲(chǔ)存裝置的設(shè)備配置文件；及使用該功能設(shè)定，以自動(dòng)重新配置該儲(chǔ)存裝置為一或多個(gè)具有獨(dú)立行為特征的邏輯設(shè)備。該公開案的內(nèi)容指出了一種借由軟件定義儲(chǔ)存觀念來(lái)重新配置儲(chǔ)存裝置的新方法。依照該公開案的方法與系統(tǒng)也能允許用戶動(dòng)態(tài)調(diào)整一或多個(gè)邏輯設(shè)備的配置，以更彈性地滿足用戶的需求信息。然而，該公開案并未揭露該些功能設(shè)定是如何產(chǎn)生的。同時(shí)，那些功能設(shè)定也無(wú)法依照不同應(yīng)用(即工作量)的變化而改變。
[0006]因此，本發(fā)明揭露了一種新的系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)一軟件定義儲(chǔ)存配置，以便解決上述問(wèn)題。它利用一自適應(yīng)模糊規(guī)則控制，并無(wú)需人為干預(yù)地進(jìn)行運(yùn)作。借應(yīng)用本發(fā)明，滿足任何工作量的儲(chǔ)存設(shè)備的配置能動(dòng)態(tài)地計(jì)算出，儲(chǔ)存設(shè)備的重配置能在特定的時(shí)間點(diǎn)完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]如前所述，習(xí)知技術(shù)并無(wú)提供動(dòng)態(tài)地依照不同應(yīng)用(即工作量)的變化而重新配置儲(chǔ)存裝置的方法，故需要一種新的方法與系統(tǒng)來(lái)滿足該需求。
[0008]依照本發(fā)明的一種態(tài)樣，一種用于軟件定義儲(chǔ)存系統(tǒng)，控制儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)中性能參數(shù)的自適應(yīng)模糊規(guī)則控制系統(tǒng)，包含:一流量監(jiān)測(cè)模塊，用于取得該儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)中性能參數(shù)的觀察值；一自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理模塊，用以學(xué)習(xí)于該儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)中多個(gè)儲(chǔ)存設(shè)備配置及于一段時(shí)間內(nèi)的性能參數(shù)間的一動(dòng)態(tài)關(guān)系，及輸出模糊規(guī)則，該模糊規(guī)則依照該動(dòng)態(tài)關(guān)系而建立；一流量預(yù)測(cè)模塊，用以提供在未來(lái)一特定的時(shí)間點(diǎn)的性能參數(shù)的預(yù)測(cè)值；及一模糊規(guī)則控制模塊，用以在該特定的時(shí)間點(diǎn)，于該儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)中，依照模糊規(guī)則與該預(yù)測(cè)值安排該儲(chǔ)存設(shè)備的配置，以便一特定的性能參數(shù)的特定值能在該特定的時(shí)間點(diǎn)達(dá)成。該儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)通過(guò)軟件定義儲(chǔ)存軟件所運(yùn)作。
[0009]依照本案構(gòu)想，該性能參數(shù)包含每秒輸入輸出操作次數(shù)、延遲時(shí)間，或流通量(throughput)。該自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理模塊產(chǎn)生多個(gè)隸屬函數(shù)，每一隸屬函數(shù)用以界定一性能參數(shù)的程度或在一特定的級(jí)別下該儲(chǔ)存設(shè)備的配置。該模糊規(guī)則連接用于一特定的級(jí)別下的性能參數(shù)的隸屬函數(shù)至用于另一特定的級(jí)別下的該儲(chǔ)存設(shè)備的配置的隸屬函數(shù)。一模糊推論法借由該隸屬函數(shù)界定的程度，用來(lái)以至少一給定的性能參數(shù)，獲得該儲(chǔ)存設(shè)備的配置。該模糊推論法為Mamdani推論法或Sugeno推論法。該自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理模塊進(jìn)一步檢查該特定的性能參數(shù)的特定值與該特定的性能參數(shù)的觀察值間的一差異值。
[0010]依照本發(fā)明，如果該差異值超過(guò)一允許值，該自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理模塊學(xué)習(xí)新的模糊規(guī)則與隸屬函數(shù)。該段時(shí)間范圍由數(shù)十秒到整個(gè)歷史記錄期間。該觀察值在該段時(shí)間內(nèi)不是連續(xù)地被記錄。該學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)關(guān)系是由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法達(dá)成。該特定值為一服務(wù)層級(jí)協(xié)議(Service Level Agreement)或一服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service)需求的要求。該儲(chǔ)存設(shè)備是硬式磁盤、固態(tài)硬盤、隨機(jī)存取裝置，或其混成組合。該配置為不同型態(tài)儲(chǔ)存設(shè)備的百分比或單一型態(tài)儲(chǔ)存設(shè)備使用中的固定數(shù)量。該流量監(jiān)測(cè)模塊、自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理模塊、流量預(yù)測(cè)模塊及/模糊規(guī)則控制模塊是硬件，或是在該儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)處理器上執(zhí)行的軟件。
[0011]本發(fā)明利用一自適應(yīng)模糊規(guī)則控制，并無(wú)需人為干預(yù)地進(jìn)行運(yùn)作。滿足任何工作量的儲(chǔ)存設(shè)備讀的配置能動(dòng)態(tài)地計(jì)算出，儲(chǔ)存設(shè)備的重配置能在特定的時(shí)間點(diǎn)完成。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1說(shuō)明依照本發(fā)明的實(shí)施例，一自適應(yīng)模糊規(guī)則控制系統(tǒng)的方框圖；
[0013]圖2顯示一儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)的架構(gòu)；
[0014]圖3說(shuō)明用于每秒輸入輸出操作次數(shù)的隸屬函數(shù)；
[0015]圖4說(shuō)明用于流通量的隸屬函數(shù)；
[0016]圖5說(shuō)明用于固態(tài)硬盤百分比的隸屬函數(shù)；
[0017]圖6表列由自適應(yīng)模糊規(guī)則控制系統(tǒng)使用的模糊規(guī)則；
[0018]圖7顯示當(dāng)每秒輸入輸出操作次數(shù)為70，000及流通量為7GB/s時(shí)，用于計(jì)算固態(tài)硬盤百分比的一面積；
[0019]圖8以4個(gè)分拆的子面積描述圖7中的面積；
[0020]圖9表列基于圖8的子面積及用于固態(tài)硬盤百分比的計(jì)算步驟。
[0021]附圖標(biāo)記說(shuō)明:10_自適應(yīng)模糊規(guī)則控制系統(tǒng)；100-儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)；102_管理服務(wù)器；104_硬式磁盤；106-固態(tài)硬盤；120_流量監(jiān)測(cè)模塊；140-自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理模塊；160-流量預(yù)測(cè)模塊；180_模糊規(guī)則控制模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明將借由參照下列的實(shí)施方式而更具體地描述。
[0023]請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖9。依照本發(fā)明的一實(shí)施例揭露于此。圖1為一自適應(yīng)模糊規(guī)則控制系統(tǒng)10的方框圖。系統(tǒng)10能被用來(lái)于一網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)一軟件定義儲(chǔ)存系統(tǒng)，控制性能參數(shù)于可接受區(qū)間。在本實(shí)施例中，性能參數(shù)包括每秒輸入輸出操作次數(shù)、延遲時(shí)間，與流通量(throughput)。該網(wǎng)絡(luò)可以是因特網(wǎng)。如此一來(lái)