面向南極天文觀測的高效可靠專用存儲系統研究

《面向南極天文觀測的高效可靠專用存儲系統研究》是依託天津大學，由孫濟洲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：面向南極天文觀測的高效可靠專用存儲系統研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孫濟洲
• 依託單位：天津大學

項目摘要

南極DomeA是最理想的地基天文觀測台址之一，但能源、網路頻寬嚴格受限且近乎全年無人值守，觀測數據規模也在不斷增加，且需進行遠程現場數據分析。南極天文觀測數據存儲系統在節能、可靠性、性能和易用性等方面都面臨挑戰。本課題將探索上述問題的解決方案，基於可控磁碟陣列研發高效節能且易用可靠的專用存儲系統。結合存儲硬體設備和天文觀測數據特性，在對可控磁碟進行功能劃分的基礎上，研究軟硬體結合的專用存儲系統架構和設計專用檔案系統，讓數據定位、磁碟開閉、數據拷貝等操作均在後台自動完成， 使用戶和應用程式仍可通過常規檔案路徑直接訪問數據； 研究數據存儲最佳化布局方案，最大限度減少同時開啟磁碟數量和磁碟開閉次數，且保證數據檢索和讀寫性能；支持觀測與數據分析兩種工作模式，根據數據流程特點提出相應最最佳化方案。預期研究成果將可直接套用於南極天文科考，也將在節能存儲理論研究與實踐領域有所產出。

結題摘要

南極DomeA作為最理想的地基天文觀測台址之一，其能源、網路頻寬嚴格受限且近乎全年無人值守。隨著觀測數據規模的不斷增加，且需進行遠程現場數據分析，天文觀測數據存儲系統在節能、可靠性、性能和易用性等方面都面臨挑戰。本項目研究了面向此特殊天文觀測環境的節能存儲系統，以解決大規模存儲造成的能耗嚴重、海量觀測數據的快速檢索等問題。本項目專門設計並實現了一套軟硬體協同的天文數據節能存儲系統。其硬體部分基於可控磁碟陣列，由控制系統、磁碟陣列和保障系統三部分組成。軟體部分則通過結合多級快取策略和檔案預取策略，提出了相適應的存儲模型，將磁碟分為一級快取磁碟組、二級快取磁碟組和數據磁碟組。同時，本項目還研究了面向時域天文學的時空數據和長周期歸檔數據的存儲布局，並針對天文套用的特點提出了相應的存儲調度方案。面向天文觀測過程的時空數據布局方案將磁碟矩陣和觀測天區進行結合併一一對應，使用快取磁碟將原始的觀測數據從按照時間排序轉為按照空間排序，再存儲到天區對應的磁碟中。對於長周期天文觀測數據，本項目提出了相應的存儲布局轉換方案，並開發了相應的布局轉換工具AstroLayout。感知天文套用的基於多級快取策略的節能存儲調度方案將磁碟分為數據磁碟組和快取磁碟組，通過分析請求數據之間的相關性，將關聯數據提前預取到快取磁碟。同時，根據訪問請求的空閒時間間隔序列，提出了自適應的磁碟電源管理策略，使磁碟在動態的工作負載環境下可以調整逾時閾值，最大限度地節省能源消耗。