社交網站、網上銀行、話費詳單查詢、視頻監控、企業人事管理系統、企業ERP……，我們生活和工作所遇到的種種電子化應用都和現代數據中心有關，復雜多變的應用和龐大的數據量使得現代數據中心在電力和能源方面的消耗增長顯著，嚴重的電力不足，使得數據中心機房凸顯能耗危機，如同一場風暴的醞釀，綠色數據中心的概念已經從“起點”升至“沸點”。
那么用戶對于綠色數據中心主要關注哪些方面?哪些技術和產品可以實現綠色數據中心的構建?建設綠色數據中心時面臨的主要障礙是什么?用戶又會為哪些綠色節能的技術和產品買單呢?IT168隆重推出綠色數據中心大型專題，將為您梳理各個領域綠色節能技術的發展現狀，并為您推薦實現綠色節能的產品和技術。
實際上，數據中心的組成包括多個方面，本文將從數據存儲與保護的角度來闡述一些有助于綠色節能的新技術，并介紹一些綠色節能的實用竅門。
SSD：成本與節能之間的尷尬
盡管固態硬盤(SSD)暫時還面臨價格高昂和容量有限的雙重尷尬，但其高性能、低功耗等諸多優點使其成為存儲領域的近年來的熱點關鍵詞一直受到人們的矚目。
固態存儲(Solid State Disk，SSD)是摒棄傳統磁介質，采用電子存儲介質進行數據存儲和讀取的一種技術。由于突破了傳統機械硬盤的性能瓶頸，因而擁有極高的存儲性能。由于沒有旋轉磁頭與盤體間的旋轉摩擦，因此固態硬盤發熱量小，散熱速度快，其能耗僅是傳統硬盤的1/5。根據國外專家的報告，通常情況下，在筆記本電腦中，固態硬盤的能耗只有容量相當的傳統硬盤的一半兒。而作為企業環境中的存儲解決方案，一個固態硬盤能夠取代多塊傳統硬盤，預期節能效果會更顯著。
大幅度的性能提升與高昂的成本，是企業對比數據中心內使用固態盤和硬盤驅動器所得出的兩個結論。目前，由于可用性和價格高等因素，市場中固態盤產品的數量還比較有限。盡管存在諸多障礙，不少企業業經開始部署固態盤系統，雖然還遠遠不算完美，但結果證明是非常具有吸引力的。今天，固態硬盤已經開始向存儲主流中滲透。包括Compellent、EMC、Fusion-I/O、HDS、IBM、Intel、NetApp、希捷、三星、Sun和Verari等廠商，如今，基本所有的主流存儲廠商都已經推出了支持固態硬盤的企業存儲系統。
固態硬盤在性能方面的優勢不言而喻，綠色節能方面的優勢也是固態硬盤極具吸引力的另外一個原因。隨著IT部門的數據需求不斷增長，電力開支也越來越高。因此，存儲系統需要更高的能源效率。由于固態硬盤的突出優勢和企業存儲的市場需求，固態硬盤市場呈現了快速的發展勢頭。據Gartner統計，2009年廠商總共出貨280000部固態盤設備，總收入4.5億美元，并預計到2013年出貨量和收入將分別達到530萬部和19億美元。
因為固態硬盤的成本太高，一般來說，企業沒有必要在整個存儲架構中都部署固態硬盤。而更多的作為傳統磁盤存儲的補充，Tier 0正是用來描述固態硬盤在企業存儲架構中的位置的一個術語。因此，企業必須針對他們的陣列進行調節來利用潛在的性能好處。這個過程要求監控他們的信息流、將更新最頻繁的數據保存在閃存中、將其他數據保存在硬盤中。除此之外，應用和操作系統也需要調整，讓企業可以最大限度地利用閃存的優點。
還有一個問題是可靠性。固態硬盤從消費市場中興起，這個市場的工作負載和可靠性要求相對企業系統來說比較低。新驅動器的損耗要比硬盤驅動器快，這就帶來了不少問題。首先，企業需要完善的管理工具，采取措施確保驅動器故障不會導致所有應用離線。而且，額外的維護需求也會給企業帶來更多人力和硬件成本。
不過長遠來看，固態硬盤目前的這些局限性都將得到解決，對一些系統在IO方面壓力較大，且希望綠色節能的企業，可考慮在固態硬盤方面有所投入，在改善系統IO性能的同時，率先嘗試綠色節能的數據中心。
重復數據刪除：給數據瘦身
由于磁盤技術近年來的快速發展，一些企業和用戶越來越傾向于采用磁盤進行備份或者歸檔，由此帶來的能耗問題也是突出的。傳統的備份策略往往會在用戶的磁盤空間里面產生大量的冗余數據，由此消耗了大量不必要的磁盤空間，帶來一系列的能耗和冷卻的問題。有什么辦法能夠消除掉這些多余的數據，從而避免不必要的能源消耗呢?
重復數據刪除技術會深入到組成文件的數據塊，分析文件由哪些數據塊組成，并刪除相同的數據塊，只保留單一的副本。就像不同的房子可能都是由相同的木材、磚頭、水泥等組成，不同的文件經過拆分后，也會出現很多的重復數據塊，刪除這些重復的數據塊，就能大幅度縮減縮需要的存儲空間
重復數據刪除最大的優勢在于節約用戶數據存儲所需要的存儲空間，因而能夠節約數據存儲所需要的能源損耗?；诖疟P的備份歸檔方案與傳統磁帶庫相比在性能、穩定性方面都有很多優勢，但是一個突出的不足之處就是，磁盤介質是在線存儲，需要一定的能耗，而磁帶則是離線存儲，本身不需要耗能。
重復數據刪除能夠大大減少數據存儲與備份所需要的空間，因而減少存儲與備份的能耗。大家知道廠商宣稱的重復數據刪除比根據不同的數據能夠達到1:30或者1:20，無論對存儲空間的節約方面和能耗節省方面都是有著突出意義的。
一般人往往容易混淆重復數據刪除與數據壓縮的概念，二者看起來的確有一些相似之處。但實際上，數據壓縮技術通過對數據重新編碼來降低其冗余度(redundancy);而重復數據刪除技術則著眼于刪除重復出現的數據塊。前者屬于文件級別，后者根據不同廠商的技術特點，既可以是文件級別的，也可以是數據塊級別的。
盡管關于重復數據刪除的實現方式，業內還存在“預處理模式”和“后處理模式”的紛爭，不過重復數據刪除在節約空間方面的顯著效益已經使其成為企業采購備份設備時所必須考慮的因素之一。
重復數據刪除可以在數據寫入到存儲目標前進行操作，稱為預處理(Preprocessing)或在線處理(Inline);也可以在數據存儲到目標設備后進行操作，稱為后處理(Postprocessing)。如果希望數據快速備份，更關注縮小備份窗口，那么，后處理方案比較合適;但如果你“有的是時間”，又需要節省備份磁盤，降低成本，則不妨考慮預處理方案。
自動精簡配置：按需分配
除了重復數據刪除、數據壓縮等等的技術能夠通過減少數據容量減少磁盤數量，從而進一步減少能耗，存儲領域還有一些其他的新興技術，盡管并不能夠減少數據量，但是也同樣能夠減少系統所需要配備的磁盤數量，起到節省能耗的作用。自動精簡配置就是其中之一。
自動精簡配置是從去年開始進入我們視野的，簡單來說，自動精簡配置就是一種容量分配計劃的優化技術。在傳統的存儲系統中，當服務器端的某項應用需要一部分存儲空間的時候，往往是預先從后端存儲系統中劃分出一部分足夠大的空間預先分配給該項應用，即使這項應用暫時不需要使用這么大的存儲空間，這部分存儲空間也已經被預留了出來，無法給其他的應用提供存儲空間。這就在系統中造成了無法利用的存儲空間，不僅僅浪費了大量的采購成本，還產生了不必要的能耗。
采用自動精簡配置的系統則不會一次性的劃分過大的空間給某項應用，而是根據該項應用實際所需要的容量，多次的少量的分配給應用程序，具體的分配方式每個廠商有不同的特點，但是都保證了每個應用程序不會一次性的占用過多的存儲空間。當該項應用程序所產生的數據增長，分配的容量空間已不夠的時候，系統會再次從后端存儲池中補充分配一部分存儲空間。
自動精簡配置聽起來很簡單，但是我們卻不能小看這種容量分配方式的改進。原因在于，在自動精簡配置出現以前，我們往往習慣于預測過多的容量空間分配給應用程序，這樣每個應用程序都占用了過多的存儲空間，導致整個存儲系統的容量利用率變得非常低，很快我們就需要采購新的存儲空間，而我們在采購的時候也同樣習慣于預先采購大量的多余的存儲空間以作備用，這種應用模式帶來采購成本上、能源上很多不必要的浪費，也增加了管理的復雜程度。
另外，一些廠商的自動精簡配置的實現方式是通過虛擬化從存儲資源池分配存儲資源到邏輯卷，所以比傳統方法，往往可能有更多的物理磁盤來支持每個邏輯卷。這將減少輸入輸出列隊次數，而且也將減少某一個“熱點”在同一塊磁盤發生過多次的可能性，多塊磁盤替代一塊磁盤完成了以往的任務，性能比傳統方法也有顯著的提升。
在“綠色存儲”蔚為潮流的今天，自動精簡配置也受到了越來越多的追捧。數據中心的能耗問題直接與磁盤相關，而自動精簡配置能夠幫助用戶在不降低性能的情況下，減少磁盤購買數量，從而降低系統的整體能耗、冷卻成本、以及二氧化碳排放量，因而也具有不可忽視的綠色意義。如今，自動精簡配置已經成為“綠色存儲”概念下的一個重要的關鍵詞。
目前各個廠商的存儲精簡技術都可以減少存儲磁盤的容量需求，容量大約有60%的縮減。也就是說，60%的能源和二氧化碳排放能夠通過自動精簡配置技術被裁掉。因為用戶對于未來磁盤的需求數量降低了很多，而全球磁盤價格自然也是不斷走低，這樣當然也就大幅削減了資本開銷。而且由于磁盤空間的減少，相應的電力成本、制冷成本、空間成本都相應縮減。
總的來說，使用自動精簡配置后的磁盤需求削減，確實很大程度上縮減了TCO。減少的TCO意味著延遲未來的添加磁盤的需求。但如同虛擬化、重復數據刪除等等新興的技術一樣，任何一項技術從誕生到逐步完善再到在應用中普及都還需要一定的過程，就這項技術而言，目前成功的應用案例尚不十分普遍，用戶在決定部署時多少需要擔一些“第一個吃螃蟹”的風險。但毫無疑問，自動精簡配置是存儲未來的發展方向，并且逐步成為存儲系統的必備的主流配置。
MAID磁盤降速：有空就歇歇
暨服務器產品成為數據中心綠色節能的核心環節之后，存儲設備也開始成為數據中心機房省電議題中不可缺少的關鍵。相關以綠色節能為重要訴求的技術開始受到矚目，例如MAID(Massive Arrays of Idle Disks)技術，一些廠商宣稱采用MAID技術可為磁盤陣列節省20%-30%的能源消耗。
簡單來說，MAID技術能夠僅在需要進行數據存取時才開始啟動硬盤，硬盤不必隨時處于活動的在線狀態，從而達到省電效果。主要應用在近線存儲(Nearline Storage)設備，尤其適用備份、歸檔等領域的應用。
目前廠商多是將MAID用于近線存儲設備，如虛擬磁帶庫(Virtual Tape Library，VTL)或SATA磁盤陣列，但也有少量是應用于在線存儲系統。在MAID的運作機制上，有些是以RAID為單位，有些則是以一臺設備為單位，讓這臺設備上的所有硬盤同時進入省電的狀態。
采用MAID能獲得的省電效果則根據不同的系統和作業型態而有所差別，不同的廠商宣稱了不同的省電百分比，通常都在20%-30%范圍內。
一般來說，省電模式又會分階段性進行，以Nexsan的AutoMAID為例，可分為三階段，而各個階段的時間間隔可由企業自行定義。
舉例來說，在2分鐘內沒有讀取數據時，讀取頭就會自行停留至沒有存取數據的地方，以節省讀寫頭的功耗;過了10分鐘后若仍沒有讀取，就會進入第二階段，硬盤會降低轉速至4000rpm;若過了15分鐘后仍沒有讀取數據，就會進入第三階段，硬盤于是會停止運轉，等到系統呼叫時再啟動，但由于硬盤仍處于通電狀態，因此還是在“準備狀態”。根據Nexsan方面的技術人員表示，磁盤再啟動的時間約為10～15秒。
盡管目前已經有諸多的產品支持MAID技術，但關于MAID技術仍然有一定的爭議性，一些對該項技術抱懷疑態度的人認為，MAID技術要求定時的啟動磁盤，頻繁的停轉或者啟用磁盤，本身更容易對磁盤造成損壞，磁盤啟動之后如果保持一定的轉速能獲得更高的效率。這個技術目前是否足夠成熟，還需要進一步在應用中檢驗。
存儲整合：雞蛋放到一個籃子里
前面我們已經介紹了以綠色節能為重要訴求之一的一些新興技術，這些技術也許并非是完全為了綠色節能而被開發出來，但都因為其綠色節能特性在今天格外受到關注。但是存儲系統要節能省電，僅僅利用一條或者幾條新興技術是不夠的，若企業要進一步節省存儲設備所消耗的電力，還需要從整體的系統架構層面去考慮。
事實上，由于中國存儲應用現狀的局限，一些企業仍然傾向于采購DAS系統來滿足存儲需求，而當企業業務發展較快，數據爆炸式增長的時候，原有的系統很快不能滿足新的業務需求，導致企業需要采購新的設備，如果新的設備無法和以前的設備較好的整合，就很容易在企業內部形成了大量的分散的存儲孤島。這些存儲孤島不但導致大量閑置的存儲空間無法充分利用，同時也導致了企業存儲系統不必要的能源消耗。
據業內估計，普遍企業IT系統中的存儲利用率只有25%-40%，即大約有60%-75% 的存儲容量還沒有被使用，卻在不停地消耗能源。合理的存儲整合的方案能有效解決這個問題，通過共享存儲，讓所有磁盤都可以存取數據，平均存儲利用率可高達60%。從而有效減少了不必要的能耗。
毫無疑問，一個統一的存儲網絡在單次采購的成本上完全無法與簡單的DAS設備相提并論，實際上，這是很多企業仍然優先考慮DAS系統的重要原因之一。對此，一些業內專家給出了如下建議：
1. 存儲采購不能僅僅比較單次采購成本，設備維護成本、管理成本、未來擴展成本、以及運營的風險成本等等都應該計算在內。企業應根據自身對存儲系統的性能、容量、增長趨勢等多方面要求進行評估后，再選擇合適自身的存儲架構。
2. 進行DAS系統采購的時候，企業也應該充分考慮未來擴展的問題。一些DAS系統能夠平滑的升級到SAN系統，這樣能夠節省未來升級的投資。例如一些帶有光纖主機接口，后端同時支持多種磁盤接口的存儲系統，這樣即使未來需要升級到存儲網絡架構，也可在原有系統的基礎上進行升級。
實際上，存儲整合是一項較為基礎的工作，我們此前提到的一些其他的節能舉措，有些也需要在存儲整合的前提下才能起到更好的效果，例如分層存儲等等，合理的存儲整合解決方案并綜合應用一些有效節能的新技術，能夠實現高效存儲數據，減少機器及磁盤數量，解決急速增長的能源消耗問題。此外，這個策略還可以減少系統的復雜性，降低成本，還可以改善網絡效率和性能表現，從而對新的業務需求能做出更好的反應。
節能妙招：大容量磁盤替換多塊小容量磁盤
在磁盤驅動器類型不改變的情況下，需要達到同樣的存儲容量的時候，我們可以選擇通過選擇大容量規格的磁盤來滿足容量需求，從而降低磁盤數量，減少能耗。
此外，目前的SATA磁盤驅動器可以提供最高的磁盤驅動器可用存儲密度，最大容量達到1TB，而很多其他類型的磁盤驅動器目前還做不到如此大的單盤容量。因此，采用大容量SATA磁盤替代一些小容量規格的SAS或者光纖磁盤，在節省能耗上同樣相當有效。
即使在磁盤容量規格相同的情況下，典型的SATA磁盤驅動器，與光纖通道 (Fibre Channel) 磁盤驅動器相比，可以節省大約一半的能源。同時，一些具有磁盤修復及數據保護技術的SATA磁盤正日趨流行，已經成為很多企業應用的理想選擇。
但是企業采用這一舉措進行節能降耗同樣需要謹慎：
1. SATA磁盤驅動器的數據存儲量比光纖或者SAS通道主磁盤驅動器更大，但我們不能因此而忽略了數據可靠性。當前流行的 (Dual-parity) RAID-DP以及RAID6技術，能夠提供更高的存儲利用率和錯誤容忍度，可同時修復兩個故障磁盤驅動器的數據。但是如果企業對數據安全性要求較高的時候，則應該以性能需求優先，選擇光纖或者SAS通道的磁盤驅動器。
2. 當企業采用大容量規格磁盤驅動器替代小容量規格磁盤驅動器的時候，磁盤通道的數量變少，總體帶寬和吞吐量都會變小。實際上，存儲系統的總帶寬和總吞吐量就是后端磁盤總帶寬和總吞吐量的總和，在容量沒有改變的情況下，用大容量磁盤替換多塊小容量磁盤，相當于總帶寬和吞吐量都變小了，對系統性能的影響不容忽視。因此，這個節能降耗的招數在實際使用中并不常用，僅能在一些對吞吐性能要求不太高的系統中使用。
分層存儲：好鋼用在刀刃上
所謂的分層存儲是指的將不同類別的數據分配到不同類型的存儲介質上，目的是提高存儲效率，減少總使用成本(TCO)。以一個大學校園的具體應用為案例，學校里面可能存在著“一卡通”系統，學生可以通過一張通用的卡實現銀行儲蓄、學校管理、校內和社會消費支付功能。除了一卡通系統，可能還存在財務系統、學生檔案以及電子課間等等一些其他的業務應用。
實際上，這些不同的業務應用對數據讀取性能、數據安全水平的要求是完全不同的，例如“一卡通”系統往往要求系統7*24小時連續運營，對數據響應時間要求高，同時還要求較高的數據安全性;財務系統同樣要求較高的響應時間和數據安全，但對連續運營方面要求較低，一般5*8小時運營即可;學生檔案和電子課件往往對存儲空間有較高的需求，但是相對而言并不要求較高的讀取速度。
因此，作為這家大學的IT主管，我們完全可以把“一卡通”系統、財務系統等應用所產生的數據保存在讀取性能最好、安全性最高、但相對較為昂貴的光纖硬盤上，而其他對讀取速度和安全性要求相對較低的應用，例如電子課件，則可以放在存儲成本相對便宜，但性能也偏低的SATA磁盤上。
這種透過分層式存儲將存取較不頻繁、數據安全相對較低的數據搬移到轉速較慢的硬盤上，將有助于節省耗電量。以73GB、15,000轉的硬盤來說，其單位容量耗電量是750GB、是7,200轉硬盤的11倍。
此外，如果這家大學校園還有備份系統，為了獲取最高的備份和恢復的性能，那么無疑磁盤備份將有更多的優勢，但是綜合考慮成本和能耗，磁帶則具有更多的優勢。采用合理的分層的多級的備份策略也同樣是這家大學的IT主管需要考慮的重要問題，數據可以先備份到磁盤上，再從磁盤備份系統備份到磁帶介質上，這樣最終在節能、成本和性能三方面得到均衡。
與分層存儲一起出現的通常還有信息生命周期管理的概念(ILM，Information Lifecycle Management)。信息生命周期管理是一種信息管理模式，它認為信息如同人、生態系統和企業，有自己的生命周期，有一個從產生、保護、讀取、遷移、存檔到回收的過程，在不同的時期，信息的價值會有所變化。針對這種價值變化，將自動化網絡存儲基礎設施與綜合服務和解決方案結合在一起，并根據信息和應用對企業的價值對其分類，然后制定相應的策略和技術手段對信息進行貫穿其整個生命過程的管理，從創建、使用到歸檔、處理，幫助企業確定最優的服務水平和最低成本。
通常來說，信息生命周期管理是一種新的信息管理策略，其目的在于幫助客戶在信息生命的各個階段以最低的整體擁有成本獲得最大的價值。綜合考慮應用信息生命周期管理的思路，合理應用分層存儲，在獲得性能與成本的折中平衡的同時，在節省能耗上也能起到不小的作用。
