计算机磁盘存储系统节能技术

摘要：为了实现计算机当中磁盘设备存储系统在节能方面效果的提升，应认识到磁盘设备储存系统的重要性以及节能的意义，以深入的能耗分析为依据基础，从多方面入手，推动磁盘设备储存系统的节能发展。本文就计算机当中磁盘设备存储系统的节能结束进行了分析。

关键词：计算机；磁盘；储存系统；节能

目前计算机已成为了社会运行中的关键设备，计算机的意义已经超过了机械设备的定义，计算机的运用推动了人类社会的升级、变革。但在计算机大面积推广使用的阶段中也出现了能耗方面的问题，因此现代计算机制造领域也将磁盘储存系统方面的节能当做重要的研究方向。

1磁盘储存系统以及能耗问题分析

在计算机以及信息技术发展飞速的现代，社会当中信息总量以爆炸的模式发展，各种信息数据显示信息总量在以百分之三十左右的增长速度继续增长，而在人们使用数据记录数据的阶段当中，磁盘设备是主要的信息记录设备，社会也需要磁盘设备储存设备在储存效率以及储存总量方面有所提升。在目前对磁盘设备进行优化的阶段中，为了实现磁盘储存设备性能的提升，通常会将大量的磁盘采用连接的方式组合起来，实现磁盘总容量的提升。但这种组合形式的磁盘处理方法也会使磁盘在运行中产生较大的能耗以及运行成本，对磁盘设备运行的稳定性以及数据安全性造成影响。从实际的磁盘运行方面来讲，磁盘能耗和磁盘设备的性能之间联系紧密。首先，在磁盘设备运行的时候，磁盘的温度会随着使用时间的延长而不断升高。而由于磁盘设备组成结构以及材料特性因素的影响，如果磁盘设备的温度数值升高了5摄氏度，那么磁盘设备的性能就会下降百分之十到百分之十五之间，如果磁盘设备的温度得不到有效的控制，那么还可能导致磁盘损毁。因此现代对于磁盘设备要求较高、需求量较大的场所，在使用磁盘进行数据储存管理的时候，会使用机房空调或者电扇等设备来控制磁盘设备的温度，避免磁盘设备运行受到环境温度的影响，但这种降温处理方式在运用的阶段中会致使设备整体成本增加。其次，虽然从单体磁盘设备的在运行阶段的所消耗的电量较小，但由于目前磁盘设备已经成为社会运行基础设备，因此磁盘设备的总量极为惊人，进而磁盘设备总体所产生的能量消耗也就会十分庞大。

2磁盘设备的运行原理以及能耗

目前磁盘设备的设计结构以及原理已经趋近成熟，从设备组成角度来看，完成的磁盘设备组成通常会包括磁盘片部分、设备磁头部分、磁头臂结构、设备永磁体部分以及音圈马部件、设备空气滤片部件。当磁盘设备所执行数据储存任务的时候，也就是当磁盘响应I/O信号请求的状态下，会经历下面几个阶段。首先是寻道阶段，在这阶段中磁头部件会发生移动，并停留在相应的柱面之上。其次是旋转的阶段，在确定了磁盘的柱面之后，磁头就会逐渐的发生旋转，最终旋转到标准位置上。第三是数据信息传输的阶段，将会以磁头作为媒介，向磁盘中写入相应的数据内容或者读取磁盘当中的数据内容。最后是空闲阶段，当磁盘设备接收I/O请求信号并完成上述各阶段的操作之后就会进入空闲待机的状态，直到再被下一个I/O请求信号激活。而从磁盘的工作状态方面进行划分的时候，通常可以将磁盘设备划分为活动状态、磁盘设备空闲状态以及磁盘设备待机状态，各个状态下磁盘设备的运行效率以及运行功能之间差别较大，因此各个状态之间也在能耗方面存在差别。比如磁盘设备处在活跃状态的条件下，磁盘设备当中的盘片会保持较高的旋转速度，而磁头部件也会执行寻道的任务指令，并进行大量的数据信息存储任务，这一阶段中的能源的消耗量较为巨大。而当磁盘设处在空闲状态下的时候的，虽然磁盘片会保持一定的旋转速度，但是磁头臂部会处在停止运行状态，并且磁盘设备当中的其他大部分的设备也会处在停止的状态，也使得磁盘设备在这一阶段当中的能耗较。最后是磁盘设备的待机状态，当磁盘进入到这一状态下的时候，不但设备当中的电子器件会处在关闭的状态的，同时设当中的磁盘部件也会停止转动，设备磁头部件会回归相应的位置，因此在磁盘设备运行的各种状态当中，磁盘设备的待机状态是能耗最小的状态。另外，在磁盘设备运行中，由于各个组成部件在功能、运行模式之间存在差异，在众多组成部件当中，磁盘部件、磁盘设备磁头部件等类型的机械部件所造成的能耗最多。在根据实际节能需要以及节能特点进行磁盘设备节能优化的时候，需要工作者能结合设备各组成部件特点以及运行状态之间的区别进行设计，实磁盘设备运行中节能效果的提升。

3磁盘能耗的评价标准及测量方法

3.1磁盘能耗评价标准。磁盘存储系统能量消耗的实际数值是评价磁盘存储系统能耗的衡量标准。能耗指标可分为下列两种：总能耗和每次I/O的平均能耗。总能耗指一段时间内磁盘或磁盘存储系统消耗的能量总和，衡量标准为能量的单位焦耳；而每次I/O的平均能耗是指单次I/O消耗的能量。3.2磁盘能耗测量方法。磁盘存储系统的能耗测试主要有下面两种方法：实际测量和模拟仿真。使用电流计(或电压计)测试运行时的电流(或电压)，可以取得较为准确的测量结果，但对于大规模的磁盘存储系统，物理测量难以实施；另一方面，由于很多节能技术是基于假想的磁盘内部工作模式的改造(如盘内并行(Intra-DiskParallelisml3))，而这些磁盘目前并没有产品化，因此无法使用物理测量的方法。所以，通过磁盘仿真的能耗测量是普遍采用的测试方法，绝大部分能耗研究都采用了模拟仿真的方法。

4磁盘设备节能操作分析

在开展磁盘设备节能处理的时候主要从两个方面入手。一个降低磁盘系统当中单个磁盘在运行中所消耗的能源量，另一个是降低磁盘设备运行磁盘设备的个数。4.1降低个体磁盘设备能耗的措施。为了能落实以磁盘设备个体节能带动整个磁盘设备节能效果的提升，可以从多方面入手。首先，可以对磁盘设备的运行状态进行详细划分，让磁盘设备在其运行状态详细划分条件下，更为有效的控制好磁盘设备在各阶段所会消耗的能量总量。比如现代一些磁盘设备在调整的阶段中，会结合磁盘设备的运行负荷以及处理需要制定相应的方案。当磁盘设备数据信息读取量或者储存量较大的时候，就提升磁盘片的实际运行速度，保证磁盘片的运行速度和实际需要保持一致。而当数据信息的读取量或者是录入量较低的时候，就可以降低磁盘设备当中磁盘片的实际旋转速度。4.2降低磁盘设备磁头能源消耗量。从磁盘设备运行以及能量消耗的角度来看，磁盘设备的运行效率以及能源消耗总量均要受到磁盘设备当中磁头部件定位效率的影响，而通过调整磁头部件的定位效率也就成了控制磁盘设备整体能源消耗总量的关键。在目前磁盘定位技术当中，为了能实现磁头部件定位速度的提升，工作者会采用在磁盘当中空白位置放置标记点的方式，让使用者在进行识别的时候保持便捷、高效，同时也能由于缩短了定位时间而降低了磁盘设备的能耗。4.3延长磁盘处于空闲状态的周期。延长磁盘处于空闲状态的周期是最常用、最可行的一种磁盘节能技术。在单磁盘上的延长磁盘空闲时间的节能方法也可应用到磁盘存储系统。该技术通常与其他节能技术混合使用，比如利用Cache来缓存写操作从而产生I/0突发周期，或将请求重定向到其他磁盘上以延长该磁盘的空闲周期。4.4减少消耗能量的磁盘个数。在由多磁盘组成的存储系统中，减少消耗能量的磁盘个数是降低系统能耗最有效的方法之一，如PARAID，MAID和PDC等技术。它们通过利用I/o访问的负载特性，在负载比较轻的时候关闭一部分磁盘来节能，并通过请求重定向技术或数据再分配技术响应用户请求。另外一种方法是利用用户访问的热度特性将热点数据聚集到小部分的磁盘上，进而关闭其它磁盘来达到节能的目的，这种方法的典型代表如PDC技术。

在计算机全面普及的现代，磁盘设备节能方面的技术发展对节能环保以及计算机性能的提升都极为重要，在保证磁盘设备运行效率、降低磁盘设能耗量的阶段中，要从设备特点以及设备需要出发，综合的制定节能方案。

参考文献

[1]郭晓丹.浅析计算机磁盘存储系统节能技术[J].黑龙江科技信息,2011(7):83.

[2]孙英新.浅析计算机磁盘存储系统节能技术[J].科技创业家,2013(14):59.

[3]谢晓玲.磁盘存储系统节能关键技术研究[D].广州：华南理工大学,2012.

[4]李建敦,彭俊杰,张武.云存储中一种基于布局的虚拟磁盘节能调度方法[J].电子学报,2012,40(11):2247-2254.

作者:杨丽鸿 单位:哈尔滨职业技术学院