面向數(shù)據(jù)庫集群的節(jié)能查詢技術研究.pdf

1、隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)據(jù)中心需要處理的數(shù)據(jù)量越來越多，全球數(shù)據(jù)中心的數(shù)量與規(guī)模都在高速擴張。數(shù)據(jù)中心擴張帶來了更高處理性能的同時，也引發(fā)了一系列問題，其中不可忽視的是數(shù)據(jù)中心巨大的能耗。企業(yè)每年必須支付高額的能耗費用來支持數(shù)據(jù)中心的運轉。另一方面，為了達到最高的性能需求，數(shù)據(jù)中心往往會配置多個服務器集群，每個集群由多臺服務器組成。這導致在很多時間里，大量服務器會處在空閑或低利用率的狀態(tài)，存在明顯的能耗浪費現(xiàn)象。最后，巨大的能耗還會引起

2、能源快速消耗、碳排放過多等嚴重的環(huán)境問題。因此無論從企業(yè)的角度還是環(huán)保的角度，針對集群環(huán)境提出有效的能耗管理方法都是非常有必要的。
　　數(shù)據(jù)庫集群作為數(shù)據(jù)中心里普遍存在的集群系統(tǒng)，其能耗管理問題也亟待深入探討。伴隨全球能源的日益緊張和當前以數(shù)據(jù)為主導的計算模式，政府、企業(yè)和學術界都將節(jié)能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究納入了重點考慮的范疇。本文主要研究數(shù)據(jù)庫集群環(huán)境下查詢操作相關的能耗管理方法。因為查詢操作是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最常見也最重要的操作，重新

3、審視集群的查詢處理過程，針對查詢處理提出相應的節(jié)能技術，對降低集群的能耗具有重要的意義。目前衡量集群系統(tǒng)能耗表現(xiàn)的兩種重要指標分別是能耗均衡性和能耗有效性，二者追求的目標和實現(xiàn)方式都存在區(qū)別。然而這兩種方法在面向數(shù)據(jù)庫集群上的研究還相對缺乏，現(xiàn)有的算法直接移植到數(shù)據(jù)庫集群中也會明顯削弱集群的查詢處理能力。因此本文針對數(shù)據(jù)庫集群的獨特性，在保證數(shù)據(jù)庫查詢性能的前提下，研究實現(xiàn)集群的能耗均衡性和能耗有效性的方法。
　　本文主要內(nèi)容與貢

4、獻點總結如下:
　　(1)針對能耗均衡性的研究，首先提出了一種新的查詢處理框架:將共享存儲架構和無共享架構相結合，并且引入了查詢流緩沖池。該框架能保證在實現(xiàn)能耗均衡控制時最大化減少服務器狀態(tài)改變對集群查詢性能的影響。其次結合查詢流緩沖池提出負載傾斜的分配策略，使集群中更多的服務器能有更大的概率轉為空閑從而被關閉?；谠摬樵兲幚砜蚣?，還提出了緩存驅動的能耗均衡控制方法，該方法較之于現(xiàn)有算法，能大大減少誤判現(xiàn)象。最后在真實的Postg

5、reSQL集群上利用多種不同類型的負載進行實驗，結果表明該方法能在基本滿足集群查詢性能要求的前提下有效減少集群能耗。
　　(2)針對能耗有效性的研究，我們將單節(jié)點的DVFS(Dynamic voltage andfrequency scaling，動態(tài)電壓頻率調(diào)整)思想應用到集群上，提出了集群上的協(xié)同DVFS算法，克服了單節(jié)點DVFS并發(fā)查詢性能差的缺陷。算法首先將集群劃分為不同CPU運行頻率的節(jié)點結合，并且將查詢按照CPU密集型