CN117376289B - 面向道路监测数据使用申请的网络磁盘数据调度方法 - Google Patents

面向道路监测数据使用申请的网络磁盘数据调度方法 Download PDF

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Abstract

面向道路监测数据使用申请的网络磁盘数据调度方法，属于数据调度领域。本发明的目的是为了解决重复的数据在本地磁盘存储器中反复的删除、输入，造成网络I/O性能低的问题。获得每个用户申请的道路动力响应数据在本地磁盘存储器中的覆盖度；对多个用户申请的回复顺序按照覆盖度从大到小进行排序，得到初始回复顺序，将初始回复顺序中覆盖度相同的并列回复顺序进行随机排序，使初始回复顺序形成多组随机回复顺序；计算每组随机回复顺序的网络I/O传输代价，从获得的多个网络I/O传输代价中选取网络I/O传输代价最小值所对应的随机回复顺序，作为最终回复顺序；按照最终回复顺序依次回复相应用户申请。本发明用于实现数据调度的网络I/O传输代价最小。

Description

面向道路监测数据使用申请的网络磁盘数据调度方法
技术领域
本发明涉及数据调度方法，属于数据调度领域。
背景技术
随着经济技术的不断发展，道路建设不断推进完善，道路基础设施规模日渐庞大。依托道路、桥梁、隧道等交通基础设施布设长期性能科学观测网，通过长周期科学观测和大数据分析，构建具有气候、环境、水文、地质特点的基础设施性能评估与设计基础理论体系，为工程结构安全、养护科学决策等提供基础数据和研发支撑。为落实上述规划中建设基础设施长期性能科学观测网的要求，多个省份布设了大量应力应变传感设备以实时监测道路服役性能。为获取高速车辆荷载作用下的道路结构瞬态响应信息，需对道路动力响应数据高频采样，应力应变传感器的采集频率通常可高达2000Hz。这意味着在长期的观测过程中，传感器每月采集的数据量将高达约6TB。存储并管理如此大体量的道路动力响应时序数据，是目前道路结构信息监测领域所面临的挑战之一。
本地磁盘存储器目前已无法满足长期性能观测数据的存储需要，而网络附加存储器(NAS，Network Attached Storage)相较于本地磁盘存储器能够更加方便地扩展存储容量以满足不断增长的数据存储需求，并且可以通过网络进行远程的监控和管理，是实现存储和管理高频应力应变响应时序数据的一个有效途径。交通运输部长期性能观测站所开发的数据中心平台软件，其数字底座正是将本地磁盘存储器与NAS相结合，进而实现数据的存储和管理。
在利用NAS进行数据存储时，需要对数据进行压缩处理。当NAS中所存储的数据被使用时，也需要对数据进行读取和解压。在用户期望使用数据平台上所存储的数据时，先向平台提出申请。平台管理员审核用户的数据使用申请，审核通过后，打包用户所需数据，并以临时链接的形式将数据发送给用户。由于平台软件所使用的本地磁盘存储器的存储空间有限，用户申请使用的数据可能被压缩存储在NAS中。这时，要从NAS中将这部分数据读取到本地磁盘存储器中存储，解压后打包发送给用户。
然而，本地磁盘存储器中已存有大量数据，从NAS中读取的数据需占用本地磁盘存储器的存储空间。若本地磁盘存储器的存储空间不足，要将部分本地磁盘存储器中的数据上传至NAS中，以满足用户申请使用的数据对本地磁盘存储器空间的需要。但在重复的数据在本地磁盘存储器中反复的删除、输入，会产生大量不必要的数据拷贝和上下文切换操作，从而降低网络I/O性能。因此，为减少网络I/O代价、尽可能避免数据的重复输入输出，需要合理设计对用户数据使用申请的回复方案。因此，如何确定用户数据申请的回复顺序，调度本地磁盘存储器与网络附加存储器中存储的道路监测数据，是道路服役性能观测数据平台减少网络I/O代价的关键。
发明内容
本发明的目的是为了解决重复的数据在本地磁盘存储器中反复的删除、输入，造成网络I/O性能低的问题，提出了面向道路监测数据使用申请的网络磁盘数据调度方法。
面向道路监测数据使用申请的网络磁盘数据调度方法，所述方法包括以下内容：
步骤1、数据平台接收到多个用户申请后，将每个用户申请中请求回复的道路动力响应数据与本地磁盘中存储的道路动力响应数据比较，获得每个用户申请的道路动力响应数据在本地磁盘存储器中的覆盖度；
步骤2、对多个用户申请的回复顺序按照覆盖度从大到小进行排序，得到初始回复顺序，将初始回复顺序中覆盖度相同的并列回复顺序进行随机排序，使初始回复顺序形成多组随机回复顺序；
步骤3、计算每组随机回复顺序的网络I/O传输代价，从获得的多个网络I/O传输代价中选取网络I/O传输代价最小值所对应的随机回复顺序，作为最终回复顺序；
步骤4、按照最终回复顺序依次回复相应用户申请，其中回复每个用户申请的过程均相同，以回复其中一个用户申请为例，说明回复过程为：
从网络附加存储器中调取对应用户申请中请求回复的道路动力响应数据覆盖掉本地磁盘存储器中的非请求数据后，将本地磁盘存储器中请求回复的道路动力响应数据回复给对应用户，所述的非请求数据指与对应用户申请所请求回复的道路动力响应数据非相关的数据。
优选地，步骤4中，采用贪心算法按照最终回复顺序依次回复相应用户申请。
优选地，步骤4中，从网络附加存储器中调取对应用户申请中请求回复的道路动力响应数据覆盖掉本地磁盘存储器中的非请求数据后，将本地磁盘存储器中请求回复的道路动力响应数据回复给对应用户，具体过程为：
若请求回复的道路动力响应数据一部分存在于网络附加存储器中，另一部分存在于本地磁盘存储器中，从网络附加存储器中读取压缩的一部分道路动力响应数据到本地磁盘存储器中覆盖掉本地磁盘存储器中的非请求数据，经过本地磁盘存储器对压缩的一部分道路动力响应数据解压后，与本地磁盘存储器中存储的另一部分道路动力响应数据一同进行打包，生成临时链接发给用户。
本发明的有益效果是：
本发明采用网络附加存储器存储数据，既减小了本地磁盘存储器存储数据的压力，又可通过网络进行远程监控和管理。
本发明优先回复与本地磁盘存储器中的数据覆盖度最大的用户申请，避免不必要的数据输入/输出，降低了回复用户申请过程中的I/O代价。
本发明是针对交通运输部长期性能观测站所开发的数据中心平台软件所提出的数据调度方法，本发明为了实现高效的回复效率、合理使用本地磁盘存储器和网络附加存储器的存储空间、实现网络I/O代价最小化，将回复多个用户申请的顺序按照数据覆盖度由大到小排序，并确保回复所有用户的顺序的网络I/O传输代价最小，因此，按照此顺序回复用户可避免重复的数据在本地磁盘存储器中反复的删除、输入，造成网络I/O性能低的问题，实现用户数据使用申请的高效处理，提高了软件平台的运行效率。
附图说明
图1为本申请的数据调度框图；
图2为面向道路监测数据使用申请的网络磁盘数据调度方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1：
结合图1和图2说明本实施例所示的面向道路监测数据使用申请的网络磁盘数据调度方法，所述方法包括以下内容：
步骤1、数据平台接收到多个用户申请后，将每个用户申请中请求回复的道路动力响应数据与本地磁盘中存储的道路动力响应数据比较，获得每个用户申请的道路动力响应数据在本地磁盘存储器中的覆盖度；
步骤2、对多个用户申请的回复顺序按照覆盖度从大到小进行排序，得到初始回复顺序，将初始回复顺序中覆盖度相同的并列回复顺序进行随机排序，使初始回复顺序形成多组随机回复顺序；
步骤3、计算每组随机回复顺序的网络I/O传输代价，从获得的多个网络I/O传输代价中选取网络I/O传输代价最小值所对应的随机回复顺序，作为最终回复顺序；
步骤4、按照最终回复顺序依次回复相应用户申请，其中回复每个用户申请的过程均相同，以回复其中一个用户申请为例，说明回复过程为：
从网络附加存储器中调取对应用户申请中请求回复的道路动力响应数据覆盖掉本地磁盘存储器中的非请求数据后，将本地磁盘存储器中请求回复的道路动力响应数据回复给对应用户，所述的非请求数据指与对应用户申请所请求回复的道路动力响应数据非相关的数据。
在网络附加存储器内数据调度过程中，回复用户的临时链接中所包含的数据只能由本地磁盘中的数据构成，因此用户申请使用的数据占用的存储空间不能超过本地磁盘的存储空间。若用户申请使用的数据仅有部分存储在本地磁盘存储器中，剩余部分的数据则需从网络附加存储器中进行调度。用户申请使用的数据中存储在本地磁盘存储器上的数据所占的比例即为本地磁盘存储器中存储的数据对用户申请使用的数据的覆盖度。由于本地磁盘存储器的存储空间有限，在回复用户申请的过程中，网络附加存储器中存储的数据需要覆盖掉本地磁盘存储器的部分数据。
需要注意的是，网络I/O传输代价是指从网络磁盘存储器调度数据到本地磁盘存储器过程中产生的I/O传输代价，而不是指将数据传输给用户所产生的代价。由此可见，网络I/O传输代价大小与调度的数据量呈正比。
本实施例的核心思想是根据回复用户申请所进行的数据调度产生的网络I/O代价的大小，优先选择产生网络I/O代价最小的申请进行处理，最后实现整个工作的网络I/O代价最小。其中，网络I/O代价指完成所有用户申请的回复后的总代价，此代价与总的传输数据量有关。
图2中，通过计算本地磁盘存储器中的动力响应数据对用户申请使用的数据的覆盖度和网络I/O传输代价，选择优先回复的用户数据使用申请，在数据调度后，更新本地磁盘存储器和用户申请集合，并再次计算数据覆盖度和网络I/O传输代价，直到处理完所有的用户使用申请。
例如：若NAS内的数据为：Q4、Q5、Q6；本地磁盘存储器内的数据为Q1、Q2、Q3、Q7、Q8；
假设：用户1需要的数据为：Q1、Q2、Q3、Q4、Q5
用户2需要的数据为：Q1、Q2、Q3、Q5
用户3需要的数据为：Q2、Q3、Q4、Q5
用户4需要的数据为：Q1、Q2、Q3、Q6
由于用户4需要的数据Q1、Q2、Q3存在于本地磁盘存储器中、用户1需要的数据Q1、Q2、Q3存在于本地磁盘存储器中、用户2需要的数据Q1、Q2、Q3存在于本地磁盘存储器中，因此，用户4、用户1和用户2的覆盖度相同，对用户4、用户1和用户2随机排序，使发送给用户1、用户2、用户3和用户4的顺序的网络I/O传输代价最小，若最终的回复顺序为：回复用户4、回复用户2、回复用户1、回复用户3，以下给出数据在本地磁盘存储器中删除、输入的过程：
回复用户4时，需要将本地磁盘存储器中一个数据替换成Q6，若将本地磁盘存储器中的Q7删除，再从网络附加存储器中倒入Q6，此时本地磁盘存储器中数据为Q1、Q2、Q3、Q6、Q8；
回复用户2时，需要将本地磁盘存储器中一个数据替换成Q5，若将本地磁盘存储器中的Q8删除，再从网络附加存储器中倒入Q5，此时本地磁盘存储器中数据为Q1、Q2、Q3、Q6、Q5；
回复用户1时，需要将本地磁盘存储器中一个数据替换成Q4，若将本地磁盘存储器中的Q6删除，再从网络附加存储器中倒入Q4，此时本地磁盘存储器中数据为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5；
回复用户3时，不需要从网络附加存储器中倒入数据，因为此时本地磁盘存储器中存储有用户3需要的数据Q2、Q3、Q4、Q5，所以，可直接回复用户。
本实施例中，步骤4中，采用贪心算法按照最终回复顺序依次回复相应用户申请。
本实施例中，网络I/O传输代价指从网络磁盘存储器调度数据到本地磁盘存储器中产生的数据传输量。
利用贪心算法思想，优先选择产生网络I/O代价最小的用户申请进行回复，以实现局部最优。用户申请使用的数据与其他用户申请使用的数据可能会出现重叠。若给定两个目前已回复的申请集合Qa和Qb，一个待回复的申请Qx，当Qa是Qb的子集时，回复Qa后再回复Qx所产生的代价将大于等于回复Qb后再回复Qx所产生的代价，由此可通过理论证明该问题具有次模性。因此，在利用贪心算法对用户申请进行回复时，由于该问题具有次模性，求得的近似解能够满足最优解的(1-1/e)近似。
本实施例中，步骤4中，从网络附加存储器中调取对应用户申请中请求回复的道路动力响应数据覆盖掉本地磁盘存储器中的非请求数据后，将本地磁盘存储器中请求回复的道路动力响应数据回复给对应用户，具体过程为：
若请求回复的道路动力响应数据一部分存在于网络附加存储器中，另一部分存在于本地磁盘存储器中，从网络附加存储器中读取压缩的一部分道路动力响应数据到本地磁盘存储器中覆盖掉本地磁盘存储器中的非请求数据，经过本地磁盘存储器对压缩的一部分道路动力响应数据解压后，与本地磁盘存储器中存储的另一部分道路动力响应数据一同进行打包，生成临时链接发给用户。
实施例2：
面向道路监测数据使用申请的网络磁盘数据调度装置，包括存储设备、处理器以及存储在所述存储设备中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实现如实施例1所述方法。
实施例3：
一种计算机可读的存储设备，所述存储设备存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如实施例1所述方法。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (5)

1.面向道路监测数据使用申请的网络磁盘数据调度方法，其特征在于，所述方法包括以下内容：
步骤1、数据平台接收到多个用户申请后，将每个用户申请中请求回复的道路动力响应数据与本地磁盘中存储的道路动力响应数据比较，获得每个用户申请的道路动力响应数据在本地磁盘存储器中的覆盖度；
步骤2、对多个用户申请的回复顺序按照覆盖度从大到小进行排序，得到初始回复顺序，将初始回复顺序中覆盖度相同的并列回复顺序进行随机排序，使初始回复顺序形成多组随机回复顺序；
步骤3、计算每组随机回复顺序的网络I/O传输代价，从获得的多个网络I/O传输代价中选取网络I/O传输代价最小值所对应的随机回复顺序，作为最终回复顺序；
步骤4、按照最终回复顺序依次回复相应用户申请，其中回复每个用户申请的过程均相同，回复一个用户申请的过程为：
从网络附加存储器中调取对应用户申请中请求回复的道路动力响应数据覆盖掉本地磁盘存储器中的非请求数据后，将本地磁盘存储器中请求回复的道路动力响应数据回复给对应用户，所述的非请求数据指与对应用户申请所请求回复的道路动力响应数据非相关的数据；
网络I/O传输代价指从网络附加存储器调度数据到本地磁盘存储器中产生的数据传输量。
2.根据权利要求1所述的面向道路监测数据使用申请的网络磁盘数据调度方法，其特征在于，步骤4中，采用贪心算法按照最终回复顺序依次回复相应用户申请。
3.根据权利要求1所述的面向道路监测数据使用申请的网络磁盘数据调度方法，其特征在于，步骤4中，从网络附加存储器中调取对应用户申请中请求回复的道路动力响应数据覆盖掉本地磁盘存储器中的非请求数据后，将本地磁盘存储器中请求回复的道路动力响应数据回复给对应用户，具体过程为：
若请求回复的道路动力响应数据一部分存在于网络附加存储器中，另一部分存在于本地磁盘存储器中，从网络附加存储器中读取压缩的一部分道路动力响应数据到本地磁盘存储器中覆盖掉本地磁盘存储器中的非请求数据，经过本地磁盘存储器对压缩的一部分道路动力响应数据解压后，与本地磁盘存储器中存储的另一部分道路动力响应数据一同进行打包，生成临时链接发给用户。
4.一种计算机可读的存储设备，所述存储设备存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1至3任一所述方法。
5.面向道路监测数据使用申请的网络磁盘数据调度装置，包括存储设备、处理器以及存储在所述存储设备中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序实现如权利要求1至3任一所述方法。
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