計算機磁盤存儲系統節能技術

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摘要：為了實現計算機當中磁盤設備存儲系統在節能方面效果的提升，應認識到磁盤設備儲存系統的重要性以及節能的意義，以深入的能耗分析為依據基礎，從多方面入手，推動磁盤設備儲存系統的節能發展。本文就計算機當中磁盤設備存儲系統的節能結束進行了分析。

關鍵詞：計算機；磁盤；儲存系統；節能

目前計算機已成為了社會運行中的關鍵設備，計算機的意義已經超過了機械設備的定義，計算機的運用推動了人類社會的升級、變革。但在計算機大面積推廣使用的階段中也出現了能耗方面的問題，因此現代計算機制造領域也將磁盤儲存系統方面的節能當做重要的研究方向。

1磁盤儲存系統以及能耗問題分析

在計算機以及信息技術發展飛速的現代，社會當中信息總量以爆炸的模式發展，各種信息數據顯示信息總量在以百分之三十左右的增長速度繼續增長，而在人們使用數據記錄數據的階段當中，磁盤設備是主要的信息記錄設備，社會也需要磁盤設備儲存設備在儲存效率以及儲存總量方面有所提升。在目前對磁盤設備進行優化的階段中，為了實現磁盤儲存設備性能的提升，通常會將大量的磁盤采用連接的方式組合起來，實現磁盤總容量的提升。但這種組合形式的磁盤處理方法也會使磁盤在運行中產生較大的能耗以及運行成本，對磁盤設備運行的穩定性以及數據安全性造成影響。從實際的磁盤運行方面來講，磁盤能耗和磁盤設備的性能之間聯系緊密。首先，在磁盤設備運行的時候，磁盤的溫度會隨著使用時間的延長而不斷升高。而由于磁盤設備組成結構以及材料特性因素的影響，如果磁盤設備的溫度數值升高了5攝氏度，那么磁盤設備的性能就會下降百分之十到百分之十五之間，如果磁盤設備的溫度得不到有效的控制，那么還可能導致磁盤損毀。因此現代對于磁盤設備要求較高、需求量較大的場所，在使用磁盤進行數據儲存管理的時候，會使用機房空調或者電扇等設備來控制磁盤設備的溫度，避免磁盤設備運行受到環境溫度的影響，但這種降溫處理方式在運用的階段中會致使設備整體成本增加。其次，雖然從單體磁盤設備的在運行階段的所消耗的電量較小，但由于目前磁盤設備已經成為社會運行基礎設備，因此磁盤設備的總量極為驚人，進而磁盤設備總體所產生的能量消耗也就會十分龐大。

2磁盤設備的運行原理以及能耗

目前磁盤設備的設計結構以及原理已經趨近成熟，從設備組成角度來看，完成的磁盤設備組成通常會包括磁盤片部分、設備磁頭部分、磁頭臂結構、設備永磁體部分以及音圈馬部件、設備空氣濾片部件。當磁盤設備所執行數據儲存任務的時候，也就是當磁盤響應I/O信號請求的狀態下，會經歷下面幾個階段。首先是尋道階段，在這階段中磁頭部件會發生移動，并停留在相應的柱面之上。其次是旋轉的階段，在確定了磁盤的柱面之后，磁頭就會逐漸的發生旋轉，最終旋轉到標準位置上。第三是數據信息傳輸的階段，將會以磁頭作為媒介，向磁盤中寫入相應的數據內容或者讀取磁盤當中的數據內容。最后是空閑階段，當磁盤設備接收I/O請求信號并完成上述各階段的操作之后就會進入空閑待機的狀態，直到再被下一個I/O請求信號激活。而從磁盤的工作狀態方面進行劃分的時候，通?？梢詫⒋疟P設備劃分為活動狀態、磁盤設備空閑狀態以及磁盤設備待機狀態，各個狀態下磁盤設備的運行效率以及運行功能之間差別較大，因此各個狀態之間也在能耗方面存在差別。比如磁盤設備處在活躍狀態的條件下，磁盤設備當中的盤片會保持較高的旋轉速度，而磁頭部件也會執行尋道的任務指令，并進行大量的數據信息存儲任務，這一階段中的能源的消耗量較為巨大。而當磁盤設處在空閑狀態下的時候的，雖然磁盤片會保持一定的旋轉速度，但是磁頭臂部會處在停止運行狀態，并且磁盤設備當中的其他大部分的設備也會處在停止的狀態，也使得磁盤設備在這一階段當中的能耗較。最后是磁盤設備的待機狀態，當磁盤進入到這一狀態下的時候，不但設備當中的電子器件會處在關閉的狀態的，同時設當中的磁盤部件也會停止轉動，設備磁頭部件會回歸相應的位置，因此在磁盤設備運行的各種狀態當中，磁盤設備的待機狀態是能耗最小的狀態。另外，在磁盤設備運行中，由于各個組成部件在功能、運行模式之間存在差異，在眾多組成部件當中，磁盤部件、磁盤設備磁頭部件等類型的機械部件所造成的能耗最多。在根據實際節能需要以及節能特點進行磁盤設備節能優化的時候，需要工作者能結合設備各組成部件特點以及運行狀態之間的區別進行設計，實磁盤設備運行中節能效果的提升。

3磁盤能耗的評價標準及測量方法

3.1磁盤能耗評價標準。磁盤存儲系統能量消耗的實際數值是評價磁盤存儲系統能耗的衡量標準。能耗指標可分為下列兩種：總能耗和每次I/O的平均能耗?？偰芎闹敢欢螘r間內磁盤或磁盤存儲系統消耗的能量總和，衡量標準為能量的單位焦耳；而每次I/O的平均能耗是指單次I/O消耗的能量。3.2磁盤能耗測量方法。磁盤存儲系統的能耗測試主要有下面兩種方法：實際測量和模擬仿真。使用電流計(或電壓計)測試運行時的電流(或電壓)，可以取得較為準確的測量結果，但對于大規模的磁盤存儲系統，物理測量難以實施；另一方面，由于很多節能技術是基于假想的磁盤內部工作模式的改造(如盤內并行(Intra-DiskParallelisml3))，而這些磁盤目前并沒有產品化，因此無法使用物理測量的方法。所以，通過磁盤仿真的能耗測量是普遍采用的測試方法，絕大部分能耗研究都采用了模擬仿真的方法。

4磁盤設備節能操作分析

在開展磁盤設備節能處理的時候主要從兩個方面入手。一個降低磁盤系統當中單個磁盤在運行中所消耗的能源量，另一個是降低磁盤設備運行磁盤設備的個數。4.1降低個體磁盤設備能耗的措施。為了能落實以磁盤設備個體節能帶動整個磁盤設備節能效果的提升，可以從多方面入手。首先，可以對磁盤設備的運行狀態進行詳細劃分，讓磁盤設備在其運行狀態詳細劃分條件下，更為有效的控制好磁盤設備在各階段所會消耗的能量總量。比如現代一些磁盤設備在調整的階段中，會結合磁盤設備的運行負荷以及處理需要制定相應的方案。當磁盤設備數據信息讀取量或者儲存量較大的時候，就提升磁盤片的實際運行速度，保證磁盤片的運行速度和實際需要保持一致。而當數據信息的讀取量或者是錄入量較低的時候，就可以降低磁盤設備當中磁盤片的實際旋轉速度。4.2降低磁盤設備磁頭能源消耗量。從磁盤設備運行以及能量消耗的角度來看，磁盤設備的運行效率以及能源消耗總量均要受到磁盤設備當中磁頭部件定位效率的影響，而通過調整磁頭部件的定位效率也就成了控制磁盤設備整體能源消耗總量的關鍵。在目前磁盤定位技術當中，為了能實現磁頭部件定位速度的提升，工作者會采用在磁盤當中空白位置放置標記點的方式，讓使用者在進行識別的時候保持便捷、高效，同時也能由于縮短了定位時間而降低了磁盤設備的能耗。4.3延長磁盤處于空閑狀態的周期。延長磁盤處于空閑狀態的周期是最常用、最可行的一種磁盤節能技術。在單磁盤上的延長磁盤空閑時間的節能方法也可應用到磁盤存儲系統。該技術通常與其他節能技術混合使用，比如利用Cache來緩存寫操作從而產生I/0突發周期，或將請求重定向到其他磁盤上以延長該磁盤的空閑周期。4.4減少消耗能量的磁盤個數。在由多磁盤組成的存儲系統中，減少消耗能量的磁盤個數是降低系統能耗最有效的方法之一，如PARAID，MAID和PDC等技術。它們通過利用I/o訪問的負載特性，在負載比較輕的時候關閉一部分磁盤來節能，并通過請求重定向技術或數據再分配技術響應用戶請求。另外一種方法是利用用戶訪問的熱度特性將熱點數據聚集到小部分的磁盤上，進而關閉其它磁盤來達到節能的目的，這種方法的典型代表如PDC技術。

在計算機全面普及的現代，磁盤設備節能方面的技術發展對節能環保以及計算機性能的提升都極為重要，在保證磁盤設備運行效率、降低磁盤設能耗量的階段中，要從設備特點以及設備需要出發，綜合的制定節能方案。

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作者:楊麗鴻 單位:哈爾濱職業技術學院