王洪輝

綠色存儲(chǔ)技術(shù)層出不窮。各廠商可以為用戶提供一種系統(tǒng)化的思考方法,便于用戶將不斷涌現(xiàn)出的新技術(shù)、新方法進(jìn)行分類、評(píng)估以及綜合應(yīng)用,從而達(dá)到更好的節(jié)能效果。

目前,全球氣候變暖已經(jīng)影響到人們生活的方方面面。環(huán)保節(jié)能的理念也滲透到各行各業(yè)。廠商越來越重視IT設(shè)備的環(huán)保節(jié)能。綠色存儲(chǔ)技術(shù)成了當(dāng)前的技術(shù)熱點(diǎn)。

存儲(chǔ)系統(tǒng)的節(jié)能方法多種多樣,小至一個(gè)螺釘?shù)墓?jié)省,大到整個(gè)產(chǎn)品的應(yīng)用規(guī)劃,不下千種。如何才能更有效地利用這些節(jié)能技術(shù)呢?方法論是關(guān)鍵。用戶首先需要對(duì)節(jié)能技術(shù)有一個(gè)整體性的認(rèn)知,將節(jié)能技術(shù)進(jìn)行歸類,找到各類技術(shù)的共性,然后再根據(jù)這些共性開展節(jié)能設(shè)計(jì)和應(yīng)用,這樣才能不斷提升存儲(chǔ)系統(tǒng)的節(jié)能效果。

存儲(chǔ)系統(tǒng)節(jié)能可以劃分成5個(gè)層次,包括電源結(jié)構(gòu)、硬件、軟件、解決方案和綠色服務(wù)。通過分析不同層面節(jié)能技術(shù)的共性,可以找到更佳的節(jié)能方法。

整機(jī)層面:從細(xì)節(jié)入手

電源節(jié)能的重點(diǎn)是從設(shè)備的工程特性入手,減少資源的耗費(fèi)。設(shè)備體積減小、重量減輕,可以減少占地空間,節(jié)省材料耗費(fèi)。噪音污染最容易被忽視。其實(shí),噪音的釋放也意味著無效能量的排放。減少噪音需要從噪音源和釋放路徑入手。系統(tǒng)最大的噪音源就是風(fēng)扇。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),要盡量減少風(fēng)扇的數(shù)量,增加風(fēng)扇的直徑和葉片面積,降低轉(zhuǎn)速。存儲(chǔ)設(shè)備尤其是硬盤屬于精密機(jī)械部件。震動(dòng)是機(jī)械硬盤的致命殺手,很容易導(dǎo)致硬盤的損壞。合理的硬盤框架及散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)是降低硬盤能耗的關(guān)鍵。

存儲(chǔ)系統(tǒng)的供電體系非常復(fù)雜。供電環(huán)境分為交流環(huán)境和直流環(huán)境。系統(tǒng)內(nèi)部的器件很多,各器件對(duì)電壓的要求也不一樣。在確保供電可靠性的前提下,優(yōu)化電源系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì),可以避免電源轉(zhuǎn)換層級(jí)過多,減少架構(gòu)損耗。

存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部的器件在工作過程中都會(huì)發(fā)熱。所有器件都有一個(gè)合適的工作范圍,過熱的環(huán)境必然導(dǎo)致器件的損耗增加。優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以提高系統(tǒng)的散熱效率。

硬件:節(jié)能的基礎(chǔ)

硬件的節(jié)能可以從減少存儲(chǔ)介質(zhì)本身的能耗以及附加介質(zhì)的能耗入手。硬件節(jié)能有6種途徑。

優(yōu)化硬件架構(gòu) 硬件架構(gòu)是存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ),直接決定了系統(tǒng)的功耗、電源等特性,是系統(tǒng)節(jié)能的重點(diǎn)。良好的硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)要做到既滿足軟件運(yùn)行的性能要求,又要預(yù)留足夠的可擴(kuò)展空間。

利用硬件加速技術(shù) 系統(tǒng)中許多模塊化的運(yùn)算單元占用了CPU的大量資源,利用硬件將這些模塊化的運(yùn)算單元固化下來,可以極大地釋放CPU資源,從而大大降低CPU的功耗,同時(shí)提升系統(tǒng)的性能。典型的如RAID運(yùn)算,采用RAID硬件加速,可以釋放大量CPU資源,從而顯著提高系統(tǒng)的處理性能。

采用低功耗工藝器件 系統(tǒng)的功耗源于組成系統(tǒng)的各器件的功耗,包括CPU、內(nèi)存等。在同等處理能力的前提下,采用低功耗的器件可以降低系統(tǒng)的功耗。

提高單板集成度 提高單板集成度,同樣的空間可以容納更多器件,從而降低單位性能的體積占用。

處理器節(jié)能設(shè)計(jì) 處理器通常是系統(tǒng)內(nèi)部器件中功耗最大的。在處理器未滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí),采用降低處理器主頻或者降低核心供電電壓的方式,可以顯著地降低系統(tǒng)能耗。某些多核處理器目前已經(jīng)可以做到將未用的內(nèi)核單獨(dú)降頻甚至關(guān)閉,降耗效果更為明顯。

采用SSD SSD采用閃存(Flash)芯片,拋棄了傳統(tǒng)硬盤的機(jī)械部件,不需要馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)來帶動(dòng)盤片讀取數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)吞吐量是傳統(tǒng)硬盤的5倍,而且可以有效降低功耗。目前,300GB FC硬盤的功耗為17W左右,而SSD的功耗僅2W,待機(jī)功耗最低可達(dá)0.1W。

軟件:容量優(yōu)化

軟件節(jié)能的核心思想是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理,從而提高數(shù)據(jù)的利用率,減少資源占用。典型的軟件節(jié)能方法有虛擬快照、數(shù)據(jù)壓縮、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除和自動(dòng)精簡配置。

虛擬快照 普通快照會(huì)在物理上生成源LUN在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的一份完整拷貝,要求實(shí)際存儲(chǔ)空間與源LUN的容量相等。虛擬快照對(duì)外表現(xiàn)為一個(gè)完整的LUN,而實(shí)際的數(shù)據(jù)分為源LUN和資源LUN兩部分,通過映射表保存快照數(shù)據(jù)的存放地址。虛擬快照創(chuàng)建時(shí)只會(huì)創(chuàng)建一份映射表,占用的存儲(chǔ)空間非常小。虛擬快照在資源LUN中沒有原始的數(shù)據(jù),只有當(dāng)源LUN的數(shù)據(jù)發(fā)生改變的時(shí)候,才在資源LUN中寫入變化的數(shù)據(jù)。因此,虛擬快照可以節(jié)省大量存儲(chǔ)空間。

數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮可以顯著降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。優(yōu)秀的壓縮算法可以將實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)壓縮為原有數(shù)據(jù)量的幾分之一甚至幾十分之一,從而大大減少系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)的需求。

重復(fù)數(shù)據(jù)刪除應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)有60%是冗余的,而且隨著時(shí)間的推移,冗余數(shù)據(jù)量會(huì)越來越大。在備份和歸檔系統(tǒng)中更是如此,一份文件可能被重復(fù)備份幾十次。使用重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù),系統(tǒng)只需要保存一份數(shù)據(jù),重復(fù)的部分利用指針指向數(shù)據(jù)源即可,從而有效地降低系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。

自動(dòng)精簡配置傳統(tǒng)磁盤資源的劃分是固定式的劃分。劃分給不同應(yīng)用的磁盤空間不能共享,而劃分給特定應(yīng)用的空間即使是閑置的(多數(shù)情況如此),也不能被其他應(yīng)用所用,造成資源的極大浪費(fèi)。自動(dòng)精簡配置可以根據(jù)應(yīng)用需求以及設(shè)備的資源使用情況,動(dòng)態(tài)地改變存儲(chǔ)資源的劃分,更加充分地利用磁盤陣列的有效存儲(chǔ)空間,降低存儲(chǔ)陣列的容量需求。

解決方案:資源優(yōu)化

解決方案層節(jié)能的核心思想是,根據(jù)不同的產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)化產(chǎn)品配置,合理調(diào)配存儲(chǔ)資源。解決方案層節(jié)能技術(shù)主要包括分級(jí)存儲(chǔ)、存儲(chǔ)虛擬化和大規(guī)模非活動(dòng)磁盤陣列(MAID)。

分級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng) 數(shù)據(jù)生命周期管理理論認(rèn)為,不同的數(shù)據(jù),其重要性和價(jià)值是不同的。數(shù)據(jù)在其生命周期的不同時(shí)期,也會(huì)表現(xiàn)出不同的重要性和價(jià)值。把不重要和低價(jià)值的數(shù)據(jù)存放在高成本的存儲(chǔ)設(shè)備上,就是對(duì)資源的浪費(fèi)。如何有效區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)的價(jià)值和重要性,并以此為依據(jù)提高存儲(chǔ)資源的利用率是存儲(chǔ)節(jié)能的重要技術(shù)發(fā)展方向。簡單說,就是將歷史數(shù)據(jù)、長期不被訪問的數(shù)據(jù)從高耗電、長期運(yùn)轉(zhuǎn)的硬盤上轉(zhuǎn)移到低耗電甚至長期下電的硬盤或磁帶上。

存儲(chǔ)虛擬化 使用存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)可以整合不同品牌的存儲(chǔ)設(shè)備,形成統(tǒng)一的存儲(chǔ)資源池,并將虛擬的存儲(chǔ)資源分配給主機(jī),從而可以有效地提高存儲(chǔ)資源利用率,降低管理復(fù)雜度。

MAID系統(tǒng) MAID技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)和器件休眠的原理如出一轍。存儲(chǔ)系統(tǒng)的許多部件并非每時(shí)每刻都是繁忙的,存儲(chǔ)設(shè)備也不是每時(shí)每刻都要讀寫每一塊硬盤。如果讓空閑的硬盤一直處于工作狀態(tài)就是對(duì)資源的浪費(fèi)。對(duì)空閑的硬盤實(shí)施休眠不僅可以節(jié)省能耗,還可減少硬盤的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間,從而延長硬盤的壽命。

綠色服務(wù):重在規(guī)劃

綠色服務(wù)是從全局角度出發(fā),評(píng)估和衡量存儲(chǔ)設(shè)備、與存儲(chǔ)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的整個(gè)系統(tǒng)甚至是存儲(chǔ)設(shè)備所在的機(jī)房的能耗情況,找出可以降低能耗的環(huán)節(jié),提出建設(shè)性意見或方案,再綜合考慮投入產(chǎn)出比,以達(dá)到最佳節(jié)能效果的行為。

綠色服務(wù)又包括綠色技術(shù)咨詢和綠色規(guī)劃咨詢兩部分。

綠色技術(shù)咨詢很多客戶的存儲(chǔ)系統(tǒng)在建設(shè)初期沒有充分考慮節(jié)能降耗的需求,而且沒有進(jìn)行合理規(guī)劃和投入。很多產(chǎn)品在開發(fā)的時(shí)候急于投放并占領(lǐng)市場(chǎng),也沒能充分考慮綠色環(huán)保的需求。綠色服務(wù)可以針對(duì)客戶的整個(gè)系統(tǒng),也可以針對(duì)某一款在用或準(zhǔn)備引進(jìn)的產(chǎn)品進(jìn)行全面評(píng)估,并提出可供實(shí)施的節(jié)能方案,為客戶創(chuàng)造價(jià)值。

綠色規(guī)劃咨詢 綠色規(guī)劃咨詢重在從機(jī)房的角度或在系統(tǒng)建設(shè)初期即對(duì)客戶的需求進(jìn)行詳細(xì)分析,將系統(tǒng)初期投入與業(yè)務(wù)發(fā)展結(jié)合起來考慮,對(duì)系統(tǒng)初建和運(yùn)維過程中的業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)量進(jìn)行跟蹤分析,從基礎(chǔ)建設(shè)和數(shù)據(jù)運(yùn)行的角度進(jìn)行基礎(chǔ)架構(gòu)的優(yōu)化,使機(jī)房或系統(tǒng)在持續(xù)可發(fā)展的前提下滿足節(jié)能降耗的要求。