CN206628271U - 光盘库开关控制装置及光盘式数据中心 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种光盘库开关控制装置及光盘式数据中心，所述光盘库开关控制装置包括：逻辑控制单元和一个或多个开关单元；其中，所述逻辑控制单元与所述数据中心的存取控制单元通信连接，根据所述存取控制单元的数据访问信号产生针对一个或多个光盘库的开关控制逻辑信号；所述一个或多个开关单元与所述逻辑控制单元通信连接，且所述一个或多个开关单元电连接在所述一个或多个光盘库与电源之间，所述一个或多个开关单元根据所述开关控制逻辑信号开启或关闭，以使所述光盘库接通或断开所述电源。本实用新型的实施例通过按需供电的方式控制光盘式数据中心中冷数据相关设备的用电，降低能耗、节省成本，使得光盘式数据中心可灵活配置和扩展。

Description

光盘库开关控制装置及光盘式数据中心

技术领域

本实用新型涉及数据存储领域，尤其涉及一种光盘库开关控制装置及光盘式数据中心。

背景技术

随着云计算、移动互联网、物联网等新一代信息技术的飞速发展，数据中心的数据量呈爆炸式增长，在大数据时代，当前企业级数据中心管理的数据量已从TB(Trillionbyte，或称Terabyte，即2的40次方字节)级上升到PB(Petabyte，即2的50次方字节)甚至EB(Exabyte，即2的60次方字节)级，大数据如何长期保存已成为迫切需要解决的问题。

在数据量增长的同时，数据构成和使用情况也越来越复杂，比如，按照被访问的频次，数据可以划分为热数据、温数据和冷数据。而对于典型的大部分数据，在产生的初期很可能是被频繁访问的热数据，随着时间的推移其被访问的频度越来越低，热数据变成温数据、最后变成基本无人访问的冷数据；就像社交网络中公开的照片，总是第一天访问的人多，慢慢地大家都不看了。然而，对于用户本人来说，即使是冷数据也不能随便丢弃，特别是与人的生活乃至生命密切相关的数据，比如健康医疗数据、银行账户信息、社保数据和成长记录等，这些数据的被访问频度虽低但有效性很长，至少需要保存七八十年甚至一百年，且一旦丢弃会对用户个人生活造成严重影响。因此，即使是冷数据，也存在长期保存的需求。事实上，现在数据中心的数据中，80％以上都是冷数据，这些冷数据有长期保存的需求但又很少会被访问，如果将冷热数据不加区分地同样处理，对数据中心的存储能力和处理能力都会造成太大的压力，不利于数据中心的扩展和维护。

现有技术中通常会根据数据的被访问频次而区别存储，以降低数据存储的成本。比如，现在主要的大型数据中心，都把热数据放在SSD(Solid State Drive，固态硬盘)上，温数据放在7200转的HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)中，把冷数据放在更低速的HDD或磁带上。但是，硬盘的平均寿命是5年，过了5年以后损坏率急速上升；而磁带容量大、价格低、能耗低，在成本方面好于硬盘，但磁带寿命也不是很长，平均寿命10年，且在潮湿的地方甚至可能发霉，也不易于保存。总之，现有的冷数据存储介质在成本和有效期方面均不太理想。

现有技术中也存在使用光盘存储冷数据的方案，光盘存储的好处在于成本低、能耗低、可靠性较高，同时随着蓝光技术的发展，光盘容量低读写速度慢的缺陷也逐渐被克服，由于蓝光盘寿命可以高达50-1000年以上，是一种非常理想的冷数据存储介质。

但是，发明人在实现本实用新型的过程中发现，现有技术中由于数据中心不能随意丢弃用户数据，存储的数据必然越来越多，而与此同时数据中心的数据容量、运营成本、电力资源却是受限的，因此即便是使用光盘存储冷数据的方案，在能耗和可扩展性方面也受到了严重的限制，急需进一步地优化系统能耗和存取管理效率。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种光盘库开关控制装置，以最大程度优化光盘存储数据中心的功耗及管理效率。

首先，在本实用新型的一个方面，本实用新型实施例提供的一种光盘库开关控制装置，应用于光盘式数据中心中，包括：

逻辑控制单元和一个或多个开关单元；其中，

所述逻辑控制单元与所述数据中心的存取控制单元通信连接，根据所述存取控制单元的数据访问信号产生针对一个或多个光盘库的开关控制逻辑信号；

所述一个或多个开关单元与所述逻辑控制单元通信连接，且所述一个或多个开关单元电连接在所述一个或多个光盘库与电源之间，所述一个或多个开关单元根据所述开关控制逻辑信号开启或关闭，以使所述光盘库接通或断开所述电源。

其中可选地，所述一个或多个开关单元与所述光盘库中的一个或多个机械手和/或一个或多个光盘驱动器电连接，根据所述开关控制逻辑信号开启或关闭以按需为所述机械手和/或光盘驱动器接通或断开电源。

可选地，所述开关单元与所述机械手和/或所述光盘驱动器对应设置。

可选地，所述对应设置的设置方式包括：

一个所述开关单元电连接一个所述机械手、

一个所述开关单元电连接一个所述光盘驱动器、

一个所述开关单元同时电连接一个所述机械手与一个所述光盘驱动器、

一个所述开关单元同时电连接一个所述机械手与多个所述光盘驱动器、

一个所述开关单元同时电连接一个所述机械手与多个光盘驱动器、

以及一个所述开关单元同时电连接多个所述机械手与多个所述光盘驱动器中的一种或多种。

可选地，所述开关单元集中设置或分布设置在对应的所述光盘库中。

可选地，所述开关单元为电子开关。

可选地，所述电子开关为模拟电子开关，所述逻辑控制单元包括数模转换器。

可选地，所述开关单元为数字式电子开关，所述逻辑控制单元为可编程逻辑器件。

在本实用新型的另一方面，还提供一种光盘式数据中心，包括：

如前所述的光盘库开关控制装置、存取控制单元以及一个或多个光盘库。

可选地，所述光盘库中包括：光盘架、机械手及光盘驱动器；其中，

所述光盘架上设置有一个或多个光盘放置槽；

所述机械手和/或所述光盘驱动器与所述光盘库开关控制装置中的开关单元电连接。

本实用新型的实施例提供了一种光盘库开关控制装置及光盘式数据中心，通过按需供电的方式控制光盘式数据中心中冷数据相关设备的用电，尤其是通过对光盘库按需供电来大幅减少光盘式数据中心的用电量，从而降低能耗，进一步节省成本，使得光盘式数据中心可灵活配置和扩展。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实一个实施例中光盘库开关控制装置及光盘式数据中心的结构示意图；

图2为本实用新型实一个实施例中开关单元与光盘库中机械手及光盘驱动器对应设置的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

光盘式数据中心充分利用了光盘的可靠性高、寿命长及成本低的优点，主要通过光盘来保存海量数据。一般对于大量的光盘，最有效的管理方式是使用光盘库，光盘库通常包括一些机械结构以完成光盘的保存、取放和读写驱动，比如光盘架、机械手和光盘驱动器等，从而可以从大量光盘中自动获取需要的光盘进行数据的读写，而数据和控制信号则通过高速SCSI或局域网接口与计算机系统相连接。

在采用光盘存储冷数据的数据中心中，由于冷数据被访问的频率极低，如果始终保持设备带电，无疑会造成巨大的能源浪费。但由于数据中心面对的是海量的用户和数据，冷数据的读写随机性极强，每个光盘库中每张光盘随时都有可能会被访问，系统又需要时刻保持可用状态，因此当前的光盘式数据中心很难在能耗和统可用性之间做出有效的平衡。

针对这种情况，发明人在实现本实用新型的过程中提出了一种光盘库开关控制装置，通过对光盘库按需供电来大幅减少光盘式数据中心的用电量，从而降低能耗，进一步节省成本，使得光盘式数据中心可灵活配置和扩展。

实施例一：

如图1所示，本实用新型一个实施例中公开了一种光盘库开关控制装置10，应用于光盘式数据中心1中，包括：

逻辑控制单元101和一个或多个开关单元102；其中，

所述逻辑控制单元101与所述数据中心1的存取控制单元20通信连接，根据所述存取控制单元20的数据访问信号产生针对一个或多个光盘库的开关控制逻辑信号；

所述一个或多个开关单元102与所述逻辑控制单元101通信连接，且所述一个或多个开关单元102电连接在所述一个或多个光盘库30与电源40之间，所述一个或多个开关单元102根据所述开关控制逻辑信号开启或关闭，以使所述一个或多个光盘库30接通或断开所述电源40。

通过上述方式，本实用新型实施例中光盘库开关控制装置可根据实际的数据访问信号按需控制指定光盘库的供电，从而使数据中心的绝大多数光盘库在未被访问时保持断电状态，降低了能源消耗，并使得数据中心可随时对断电光盘库进行调整和扩展，增强了数据中心的可维护性和灵活性。

实施例二：

在本实用新型的一个实施例中，每个光盘库还可能包括一个或多个机械手以及一个或多个光盘驱动器，因而光盘库开关控制装置中，一个或多个开关单元还进一步与光盘库中的一个或多个机械手和/或一个或多个光盘驱动器电连接，从而按需为机械手和/或光盘驱动器接通或断开电源。

具体地，如图2所示，开关单元102可以与一个光盘库30中的机械手301和/或光盘驱动器302对应设置，对应方式可以是1:1(一个开关单元控制一个机械手或一个开关单元控制一个光盘驱动器)，也可以是1:1:1(一个开关单元同时控制一个机械手与一个光盘驱动器)，或者是1:1:i(一个开关单元同时控制一个机械手与i个光盘驱动器，i为大于等于1的自然数)，或者是1:j:1(一个开关单元同时控制j个机械手与一个光盘驱动器，j为大于等于1的自然数)，又或者是1:m:n(一个开关单元同时控制m个机械手与n个光盘驱动器，m、n均为大于等于1的自然数)等方式。

采用该实施例的方案，可以对光盘库中的每一个用电设备单独控制供电，从而实现更加精确的能耗控制，保证系统在可用性与能耗之间达到最佳平衡。

实施例三：

在本实用新型的一个实施例中，为实现逻辑控制单元对开关单元的自动控制，优选地，所述开关单元为电子开关，所述逻辑控制单元仅通过电子信号即可控制每个开关单元的开启/关闭，从而可实现系统的自动化控制。

更优选地，电子开关进一步分为模拟式电子开关和数字式电子开关。其中，当采用模拟式电子开关时，比如继电器、三极管等，所述逻辑控制单元包括数模转换器，所述数模转换器将数字的所述数据访问信号进行数模转换以产生所述开关控制逻辑信号；当采用数字式电子开关时，比如各类触发器等，所述逻辑控制单元为可编程逻辑器件，直接产生数字式的开关控制逻辑信号。

实施例四：

在本实用新型的一个实施例中，还同时提供了一种光盘式数据中心，包括如上所述的光盘库开关控制装置、存取控制单元以及一个或多个光盘库。其中，所述光盘库通过刻录光盘的形式来保存所述数据中心的冷数据，包括光盘架、机械手及光盘驱动器；其中，所述光盘架上设置有一个或多个光盘放置槽；所述机械手和/或所述光盘驱动器与所述光盘库开关控制装置中的开关单元电连接。优选地，所述光盘为蓝光盘，所述光盘驱动器为蓝光驱动器，且每个光盘库的蓝光驱动器中至少有一个为蓝光刻录机。所述光盘库及其中机械结构的用电设备在所述光盘库开关控制装置的控制下按需供电，以进一步降低所述数据中心的功耗。

实施例五：

在本实用新型的又一个实施例中，光盘式数据中心中还可包括用于存取热数据和/或温数据的数据存储装置，优选为SSD和/或HDD。其中，所述数据中心基于用户的数据的访问频度、最后访问时间等确定热、温、冷数据的划分，并将确定后的不同类型的数据分别存储。

优选地，所述数据中心的存取控制单元还包括时间控制逻辑，用于按照预设的策略在指定的时间进行冷热数据的转存。典型地，所述预设的策略中设置了系统空闲时间、系统空闲比例和/或用电低谷时间段等，所述时间控制逻辑在满足所述预设的策略中的条件时自动触发数据转存，比如在系统空闲或电力成本低时才进行将已变冷的数据写入光盘库、对光盘库中已有数据备份或是调整光盘库中数据光盘的存放位置(目的是优化光盘的管理，以优化用户数据的集中读写或并发式读写等的实现)等操作。该方式可以进一步节省系统的资源消耗，降低系统运营维护的成本。

而与之相对应地，由于变热的冷数据转存到高速介质中的需求实时性要求较高，通常会按需完成而不是等待空闲的机会。当然，具体操作方式可根据系统的实际情况选择，上述特例不应理解为对本实用新型具体实施方式的限制。

实施例六：

众所周知，光盘存储的几大现实问题包括：存储容量有限、读写速率慢以及更换光盘耗时过长。其中，前两个问题随着蓝光盘技术的发展已得到有效缓解；对于第二个问题，在数据中心中，还可通过多个读写设备并发式读写来进一步提高速率；但对于第三个问题，却会随着数据中心规模的扩大而急剧恶化，在海量光盘中如何准确获取数据所在光盘并及时完成光盘的更换一直是严重影响光盘式数据中心的性能的核心技术问题。

在本实用新型的一个实施例中，通过有效的数据管理和读写预测来解决上述问题。具体地，数据中心的存取控制单元通过数据识别去重来合理而高效地利用存储空间，通过分布式管理和并行读写来提高数据读写效率，通过数据读写时间预测来提前为下一阶段的数据读写预备驱动器和存储介质(即光盘)。

其中，数据中心通过数据库管理用户、用户数据及数据读写位置之间的对应信息，由于信息量巨大且信息变动情况复杂，传统的关系型数据库已不适用于来管理此类海量信息，因此本申请实施例优选通过NoSQL数据库来记录和管理全部信息。

在本实用新型的实施例中，用户一经登录，数据中心就开始为用户的数据访问任务进行准备，后台启动查找已存储的用户数据的存储位置并建立索引，同时在临近区域预先安排新数据的存储空间。当用户访问热数据时，直接在高速存取区(通常由SSD和/或HDD构成)内完成数据的读写；当用户访问冷数据时，本实用新型实施例中的光盘库开关控制装置开始工作。

具体地，数据中心根据用户数据存储位置的索引下发指令，该指令在存取控制单元处被转换为对具体位置的数据的数据访问信号，其中，该数据访问信号除包括数据的基本属性(包括但不限于数据类型、名称、大小、创建/修改时间等)外，还包括数据的存储位置和预测的访问时间。

光盘库开关控制装置中的逻辑控制单元根据上述数据访问信号进行转换，比如进行数模转换，将数字的数据访问信号转换为模拟的开关控制逻辑信号，进一步通过该开关控制逻辑信号来控制对应开关单元的开启/关闭。其中，根据数据的存储位置确定数据所在光盘属于哪一个光盘库，以产生控制该光盘库对应开关单元开启/关闭的信号；更优选地，还根据数据所在光盘的存放位置来确定需要哪一个机械手和光盘驱动器完成光盘的调度和读写驱动，从而产生控制该机械手/光盘驱动器对应开关单元开启/关闭的信号。

在本实用新型的一个实施例中，还通过并行读写来提高整体的读写速率，因此相应地，当用户访问的多个数据文件或一个数据文件的多个片段不在同一张光盘上时，可调度多个光盘驱动器来分别读取不同数据文件或片段并同时传输给用户终端。此外，考虑到通常情况下同一用户的用户数据会尽量集中保存，数据全部在同一张光盘的概率较大，即有较大概率会出现无法进行并行读写的情况；为此，在更优选的实施例中，为用户数据建立至少一个备份光盘，从而可通过同时读写原光盘和备份光盘中的不同文件或片段来实现并行读写。在此情况下，开关控制逻辑信号将控制多个光盘驱动器同时启动，并调度启动必要的机械手获取原光盘和备份光盘分别放入所述多个光盘驱动器中。其中，并行读写的调度逻辑可以在数据中心的存取控制单元中完成，其发出的数据访问信号是已经过调度优化后的信息，则逻辑控制单元只需进行常规的数模转换即可。

通过上述技术手段，本实用新型的技术方案可以实现高效的并行读写，从而成倍地提升了数据读写速率。当然，本领域相关技术人员可以理解，上述备份和/或调度策略同样可以在逻辑控制单元或任何其他设备中实现，上文例举的优选方式不应理解为对本实用新型具体实施方式的限制。更进一步地，并行读写的方案仅按需启动，一般根据用户带宽、数据量、系统吞吐量及功耗/空间要求等确定当前是否启动并行读写。典型地，在用户带宽允许、请求的数据量大且系统吞吐量未饱和的情况下，通过控制多个光盘驱动器并行读写多个光盘来提升数据传输速率，增强用户体验；在功耗要求严格、存储空间紧张或用户带宽不足的情况下，仅启动一个光盘驱动器依次读写各个光盘。采用该方式，可以在系统性能和运行成本之间达到一个合理而动态的平衡。

此外，在本实用新型的一个实施例中，通过数据读写时间预测来提前为下一阶段的数据读写安排相应的硬件资源。如前所述，系统在运行过程中，用户带宽、系统吞吐量、功耗及存储能力等条件总是存在着一定限制，而用户请求的数据量也是在不停的动态变化中，显然不可能仅通过一张光盘即完成全部数据读写请求，在中间过程中必然会涉及到多张光盘的读写和切换。而对于光盘库设备来说，从光盘驱动器中取出当前的光盘、将当前的光盘放回指定位置、查找定位需用到的下一张光盘、拾取下一张光盘放入光盘驱动器是一个效率极端低下的过程，全过程都无法进行任何数据操作而需要用户一直停止等待，用户体验极差，而且在大数据读写过程中切换光盘的需求往往十分频繁，会严重影响系统性能和用户体验。

数据读写时间预测的目的就是充分利用硬件资源来降低光盘切换过程给系统性能造成的影响。具体地，当系统当前无法进一步提升数据传输速率时(比如用户的带宽有限、系统吞吐量已饱和或硬件资源受限等)，有部分用户请求的数据不在同一张光盘上，必须等待当前光盘数据传输完成后进行光盘切换才能进行传输；此时数据中心的存取控制单元会对所有可用的光盘驱动器中当前任务的完成时间进行预测，自动发现与下一任务在时间上相匹配的空闲光盘驱动器，提前将下一任务需用到的光盘换入该空闲光盘驱动器，以实现用户任务的无缝连接，避免光盘切换造成的无谓等待。

举例来说，假设系统当前有三个用户A、B、C，第一用户A请求的数据分别在第一、二光盘D1、D2上，第二用户B请求的数据在第三、四光盘D3、D4上，第三用户C请求的数据在第五光盘D5上；此时系统有3个光盘驱动器Dr1、Dr2、Dr3，第一驱动器Dr1正在对第一光盘D1的数据进行读取、第二驱动器Dr2在读取第三光盘D3的数据，第三驱动器Dr3在读取第五光盘D5的数据。其中，系统预测Dr3完成C读取D5数据的任务将在t1时间后结束，Dr1完成A读取D1数据的任务将在t2时间后结束，Dr2完成B读取D3数据的任务将在t3时间后结束，且有t1<t2<t3；根据该时间预测，控制机械手在C的数据请求任务完成后(即t1时间后)将Dr3中的D5取出并放入D2，在A对D1的数据请求任务完成后(即t2时间后)直接启动Dr3继续为A完成对D2的数据请求任务，同时将Dr1中的D1取出并放入D4，以在B对D3的数据请求任务完成后(即t3时间后)直接启动Dr1继续为B完成对D4的数据请求任务。采用该方式，需要读取多张光盘中数据的用户A、B下一阶段所需用的光盘已预先放入可用的光盘驱动器中，从而可在无需额外增加硬件资源的情况下直接实现对多张光盘数据的连续读取，而用户无需等待光盘切换时间，也不会对其他用户造成任何影响，该方式有效解决了光盘切换这一系统瓶颈问题，大幅提升了系统性能，增强了用户体验。

本实用新型的实施例提供了一种光盘库开关控制装置及光盘式数据中心，通过按需供电的方式控制光盘式数据中心中冷数据相关设备的用电，尤其是通过对光盘库按需供电来大幅减少光盘式数据中心的用电量，从而降低能耗，进一步节省成本，使得光盘式数据中心可灵活配置和扩展。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光盘库开关控制装置，应用于光盘式数据中心中，其特征在于，包括：

逻辑控制单元和一个或多个开关单元；其中，

所述逻辑控制单元与所述数据中心的存取控制单元通信连接，根据所述存取控制单元的数据访问信号产生针对一个或多个光盘库的开关控制逻辑信号；

所述一个或多个开关单元与所述逻辑控制单元通信连接，且所述一个或多个开关单元电连接在所述一个或多个光盘库与电源之间，所述一个或多个开关单元根据所述开关控制逻辑信号开启或关闭，以使所述光盘库接通或断开所述电源。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述一个或多个开关单元与所述光盘库中的一个或多个机械手和/或一个或多个光盘驱动器电连接，根据所述开关控制逻辑信号开启或关闭以按需为所述机械手和/或光盘驱动器接通或断开电源。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关单元与所述机械手和/或所述光盘驱动器对应设置。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述对应设置的设置方式包括：

一个所述开关单元电连接一个所述机械手、

一个所述开关单元电连接一个所述光盘驱动器、

一个所述开关单元同时电连接一个所述机械手与一个所述光盘驱动器、

一个所述开关单元同时电连接一个所述机械手与多个所述光盘驱动器、

一个所述开关单元同时电连接一个所述机械手与多个光盘驱动器、

以及一个所述开关单元同时电连接多个所述机械手与多个所述光盘驱动器中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关单元集中设置或分布设置在对应的所述光盘库中。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关单元为电子开关。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电子开关为模拟电子开关，所述逻辑控制单元包括数模转换器。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述开关单元为数字式电子开关，所述逻辑控制单元为可编程逻辑器件。

9.一种光盘式数据中心，其特征在于，所述数据中心包括：

如权利要求1-8中任一项所述的光盘库开关控制装置、存取控制单元以及一个或多个光盘库。

10.根据权利要求9所述的光盘式数据中心，其特征在于，所述光盘库中包括：光盘架、机械手及光盘驱动器；其中，

所述光盘架上设置有一个或多个光盘放置槽；

所述机械手和/或所述光盘驱动器与所述光盘库开关控制装置中的开关单元电连接。