導(dǎo)語：計(jì)算機(jī)磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)當(dāng)中磁盤設(shè)備存儲(chǔ)系統(tǒng)在節(jié)能方面效果的提升，應(yīng)認(rèn)識(shí)到磁盤設(shè)備儲(chǔ)存系統(tǒng)的重要性以及節(jié)能的意義，以深入的能耗分析為依據(jù)基礎(chǔ)，從多方面入手，推動(dòng)磁盤設(shè)備儲(chǔ)存系統(tǒng)的節(jié)能發(fā)展。本文就計(jì)算機(jī)當(dāng)中磁盤設(shè)備存儲(chǔ)系統(tǒng)的節(jié)能結(jié)束進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；磁盤；儲(chǔ)存系統(tǒng)；節(jié)能

目前計(jì)算機(jī)已成為了社會(huì)運(yùn)行中的關(guān)鍵設(shè)備，計(jì)算機(jī)的意義已經(jīng)超過了機(jī)械設(shè)備的定義，計(jì)算機(jī)的運(yùn)用推動(dòng)了人類社會(huì)的升級(jí)、變革。但在計(jì)算機(jī)大面積推廣使用的階段中也出現(xiàn)了能耗方面的問題，因此現(xiàn)代計(jì)算機(jī)制造領(lǐng)域也將磁盤儲(chǔ)存系統(tǒng)方面的節(jié)能當(dāng)做重要的研究方向。

1磁盤儲(chǔ)存系統(tǒng)以及能耗問題分析

在計(jì)算機(jī)以及信息技術(shù)發(fā)展飛速的現(xiàn)代，社會(huì)當(dāng)中信息總量以爆炸的模式發(fā)展，各種信息數(shù)據(jù)顯示信息總量在以百分之三十左右的增長(zhǎng)速度繼續(xù)增長(zhǎng)，而在人們使用數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)的階段當(dāng)中，磁盤設(shè)備是主要的信息記錄設(shè)備，社會(huì)也需要磁盤設(shè)備儲(chǔ)存設(shè)備在儲(chǔ)存效率以及儲(chǔ)存總量方面有所提升。在目前對(duì)磁盤設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化的階段中，為了實(shí)現(xiàn)磁盤儲(chǔ)存設(shè)備性能的提升，通常會(huì)將大量的磁盤采用連接的方式組合起來，實(shí)現(xiàn)磁盤總?cè)萘康奶嵘?。但這種組合形式的磁盤處理方法也會(huì)使磁盤在運(yùn)行中產(chǎn)生較大的能耗以及運(yùn)行成本，對(duì)磁盤設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)安全性造成影響。從實(shí)際的磁盤運(yùn)行方面來講，磁盤能耗和磁盤設(shè)備的性能之間聯(lián)系緊密。首先，在磁盤設(shè)備運(yùn)行的時(shí)候，磁盤的溫度會(huì)隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷升高。而由于磁盤設(shè)備組成結(jié)構(gòu)以及材料特性因素的影響，如果磁盤設(shè)備的溫度數(shù)值升高了5攝氏度，那么磁盤設(shè)備的性能就會(huì)下降百分之十到百分之十五之間，如果磁盤設(shè)備的溫度得不到有效的控制，那么還可能導(dǎo)致磁盤損毀。因此現(xiàn)代對(duì)于磁盤設(shè)備要求較高、需求量較大的場(chǎng)所，在使用磁盤進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存管理的時(shí)候，會(huì)使用機(jī)房空調(diào)或者電扇等設(shè)備來控制磁盤設(shè)備的溫度，避免磁盤設(shè)備運(yùn)行受到環(huán)境溫度的影響，但這種降溫處理方式在運(yùn)用的階段中會(huì)致使設(shè)備整體成本增加。其次，雖然從單體磁盤設(shè)備的在運(yùn)行階段的所消耗的電量較小，但由于目前磁盤設(shè)備已經(jīng)成為社會(huì)運(yùn)行基礎(chǔ)設(shè)備，因此磁盤設(shè)備的總量極為驚人，進(jìn)而磁盤設(shè)備總體所產(chǎn)生的能量消耗也就會(huì)十分龐大。

2磁盤設(shè)備的運(yùn)行原理以及能耗

目前磁盤設(shè)備的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及原理已經(jīng)趨近成熟，從設(shè)備組成角度來看，完成的磁盤設(shè)備組成通常會(huì)包括磁盤片部分、設(shè)備磁頭部分、磁頭臂結(jié)構(gòu)、設(shè)備永磁體部分以及音圈馬部件、設(shè)備空氣濾片部件。當(dāng)磁盤設(shè)備所執(zhí)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存任務(wù)的時(shí)候，也就是當(dāng)磁盤響應(yīng)I/O信號(hào)請(qǐng)求的狀態(tài)下，會(huì)經(jīng)歷下面幾個(gè)階段。首先是尋道階段，在這階段中磁頭部件會(huì)發(fā)生移動(dòng)，并停留在相應(yīng)的柱面之上。其次是旋轉(zhuǎn)的階段，在確定了磁盤的柱面之后，磁頭就會(huì)逐漸的發(fā)生旋轉(zhuǎn)，最終旋轉(zhuǎn)到標(biāo)準(zhǔn)位置上。第三是數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)碾A段，將會(huì)以磁頭作為媒介，向磁盤中寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容或者讀取磁盤當(dāng)中的數(shù)據(jù)內(nèi)容。最后是空閑階段，當(dāng)磁盤設(shè)備接收I/O請(qǐng)求信號(hào)并完成上述各階段的操作之后就會(huì)進(jìn)入空閑待機(jī)的狀態(tài)，直到再被下一個(gè)I/O請(qǐng)求信號(hào)激活。而從磁盤的工作狀態(tài)方面進(jìn)行劃分的時(shí)候，通?？梢詫⒋疟P設(shè)備劃分為活動(dòng)狀態(tài)、磁盤設(shè)備空閑狀態(tài)以及磁盤設(shè)備待機(jī)狀態(tài)，各個(gè)狀態(tài)下磁盤設(shè)備的運(yùn)行效率以及運(yùn)行功能之間差別較大，因此各個(gè)狀態(tài)之間也在能耗方面存在差別。比如磁盤設(shè)備處在活躍狀態(tài)的條件下，磁盤設(shè)備當(dāng)中的盤片會(huì)保持較高的旋轉(zhuǎn)速度，而磁頭部件也會(huì)執(zhí)行尋道的任務(wù)指令，并進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)任務(wù)，這一階段中的能源的消耗量較為巨大。而當(dāng)磁盤設(shè)處在空閑狀態(tài)下的時(shí)候的，雖然磁盤片會(huì)保持一定的旋轉(zhuǎn)速度，但是磁頭臂部會(huì)處在停止運(yùn)行狀態(tài)，并且磁盤設(shè)備當(dāng)中的其他大部分的設(shè)備也會(huì)處在停止的狀態(tài)，也使得磁盤設(shè)備在這一階段當(dāng)中的能耗較。最后是磁盤設(shè)備的待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)磁盤進(jìn)入到這一狀態(tài)下的時(shí)候，不但設(shè)備當(dāng)中的電子器件會(huì)處在關(guān)閉的狀態(tài)的，同時(shí)設(shè)當(dāng)中的磁盤部件也會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)備磁頭部件會(huì)回歸相應(yīng)的位置，因此在磁盤設(shè)備運(yùn)行的各種狀態(tài)當(dāng)中，磁盤設(shè)備的待機(jī)狀態(tài)是能耗最小的狀態(tài)。另外，在磁盤設(shè)備運(yùn)行中，由于各個(gè)組成部件在功能、運(yùn)行模式之間存在差異，在眾多組成部件當(dāng)中，磁盤部件、磁盤設(shè)備磁頭部件等類型的機(jī)械部件所造成的能耗最多。在根據(jù)實(shí)際節(jié)能需要以及節(jié)能特點(diǎn)進(jìn)行磁盤設(shè)備節(jié)能優(yōu)化的時(shí)候，需要工作者能結(jié)合設(shè)備各組成部件特點(diǎn)以及運(yùn)行狀態(tài)之間的區(qū)別進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)磁盤設(shè)備運(yùn)行中節(jié)能效果的提升。

3磁盤能耗的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)量方法

3.1磁盤能耗評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)能量消耗的實(shí)際數(shù)值是評(píng)價(jià)磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)能耗的衡量標(biāo)準(zhǔn)。能耗指標(biāo)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(shí)間內(nèi)磁盤或磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)消耗的能量總和，衡量標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量方法。磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的能耗測(cè)試主要有下面兩種方法：實(shí)際測(cè)量和模擬仿真。使用電流計(jì)(或電壓計(jì))測(cè)試運(yùn)行時(shí)的電流(或電壓)，可以取得較為準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，但對(duì)于大規(guī)模的磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)，物理測(cè)量難以實(shí)施；另一方面，由于很多節(jié)能技術(shù)是基于假想的磁盤內(nèi)部工作模式的改造(如盤內(nèi)并行(Intra-DiskParallelisml3))，而這些磁盤目前并沒有產(chǎn)品化，因此無法使用物理測(cè)量的方法。所以，通過磁盤仿真的能耗測(cè)量是普遍采用的測(cè)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(shè)備節(jié)能操作分析

在開展磁盤設(shè)備節(jié)能處理的時(shí)候主要從兩個(gè)方面入手。一個(gè)降低磁盤系統(tǒng)當(dāng)中單個(gè)磁盤在運(yùn)行中所消耗的能源量，另一個(gè)是降低磁盤設(shè)備運(yùn)行磁盤設(shè)備的個(gè)數(shù)。4.1降低個(gè)體磁盤設(shè)備能耗的措施。為了能落實(shí)以磁盤設(shè)備個(gè)體節(jié)能帶動(dòng)整個(gè)磁盤設(shè)備節(jié)能效果的提升，可以從多方面入手。首先，可以對(duì)磁盤設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)劃分，讓磁盤設(shè)備在其運(yùn)行狀態(tài)詳細(xì)劃分條件下，更為有效的控制好磁盤設(shè)備在各階段所會(huì)消耗的能量總量。比如現(xiàn)代一些磁盤設(shè)備在調(diào)整的階段中，會(huì)結(jié)合磁盤設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷以及處理需要制定相應(yīng)的方案。當(dāng)磁盤設(shè)備數(shù)據(jù)信息讀取量或者儲(chǔ)存量較大的時(shí)候，就提升磁盤片的實(shí)際運(yùn)行速度，保證磁盤片的運(yùn)行速度和實(shí)際需要保持一致。而當(dāng)數(shù)據(jù)信息的讀取量或者是錄入量較低的時(shí)候，就可以降低磁盤設(shè)備當(dāng)中磁盤片的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度。4.2降低磁盤設(shè)備磁頭能源消耗量。從磁盤設(shè)備運(yùn)行以及能量消耗的角度來看，磁盤設(shè)備的運(yùn)行效率以及能源消耗總量均要受到磁盤設(shè)備當(dāng)中磁頭部件定位效率的影響，而通過調(diào)整磁頭部件的定位效率也就成了控制磁盤設(shè)備整體能源消耗總量的關(guān)鍵。在目前磁盤定位技術(shù)當(dāng)中，為了能實(shí)現(xiàn)磁頭部件定位速度的提升，工作者會(huì)采用在磁盤當(dāng)中空白位置放置標(biāo)記點(diǎn)的方式，讓使用者在進(jìn)行識(shí)別的時(shí)候保持便捷、高效，同時(shí)也能由于縮短了定位時(shí)間而降低了磁盤設(shè)備的能耗。4.3延長(zhǎng)磁盤處于空閑狀態(tài)的周期。延長(zhǎng)磁盤處于空閑狀態(tài)的周期是最常用、最可行的一種磁盤節(jié)能技術(shù)。在單磁盤上的延長(zhǎng)磁盤空閑時(shí)間的節(jié)能方法也可應(yīng)用到磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)。該技術(shù)通常與其他節(jié)能技術(shù)混合使用，比如利用Cache來緩存寫操作從而產(chǎn)生I/0突發(fā)周期，或?qū)⒄?qǐng)求重定向到其他磁盤上以延長(zhǎng)該磁盤的空閑周期。4.4減少消耗能量的磁盤個(gè)數(shù)。在由多磁盤組成的存儲(chǔ)系統(tǒng)中，減少消耗能量的磁盤個(gè)數(shù)是降低系統(tǒng)能耗最有效的方法之一，如PARAID，MAID和PDC等技術(shù)。它們通過利用I/o訪問的負(fù)載特性，在負(fù)載比較輕的時(shí)候關(guān)閉一部分磁盤來節(jié)能，并通過請(qǐng)求重定向技術(shù)或數(shù)據(jù)再分配技術(shù)響應(yīng)用戶請(qǐng)求。另外一種方法是利用用戶訪問的熱度特性將熱點(diǎn)數(shù)據(jù)聚集到小部分的磁盤上，進(jìn)而關(guān)閉其它磁盤來達(dá)到節(jié)能的目的，這種方法的典型代表如PDC技術(shù)。

在計(jì)算機(jī)全面普及的現(xiàn)代，磁盤設(shè)備節(jié)能方面的技術(shù)發(fā)展對(duì)節(jié)能環(huán)保以及計(jì)算機(jī)性能的提升都極為重要，在保證磁盤設(shè)備運(yùn)行效率、降低磁盤設(shè)能耗量的階段中，要從設(shè)備特點(diǎn)以及設(shè)備需要出發(fā)，綜合的制定節(jié)能方案。

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作者:楊麗鴻 單位:哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院