CN105474185A - 基于高速缓存的功率节省 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及节省功率的方法和设备。在一些实施例中，设备是电池供电的存储设备。本发明采用大型高速缓存以及主动的高速缓存算法来从存储介质(硬盘或SSD)供应数据或者将数据写到存储介质。高速缓存提供了有效的位置，从所述有效的位置供应数据，尤其是多媒体。在一个实施例中，算法基于由大型高速缓存提供的预期的空闲时间的量来确定何时将驱动器放置于较低功率状态，例如，空闲或者待机。

Description

基于高速缓存的功率节省
背景技术
现今，为了促进移动性，存储设备必须以有限的功率(例如，电池、或总线供电)来进行操作。然而，对于许多应用(例如，视频以及音频重放)的功率要求，需要当前产品的高功率消耗。功率管理以及电池寿命对于无线设备特别重要，这是因为无线通信能够快速地消耗电池功率。
公知的技术通常通过使用更高的容量的电池和/或主动地使不必要的部件空闲来延长电池寿命。然而，这些技术对于改进设备的性能几乎没有帮助。公知的技术也没有能够将电池寿命延长至可接受的量，尤其是对于无线设备。
因此，需要提供能够节省功率并且延长电池寿命的方法和系统。
附图说明
实施本发明的各种特征的系统和方法现在将参考以下附图来进行描述，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的示例性系统。
图2A示出了使用传统存储器或高速缓存的图1中示出的系统的操作。
图2B示出了使用大容量存储器或高速缓存以便减少功率消耗的图1中示出的系统的操作。
图3示出了根据本发明的实施例的示例性过程流。
图4示出了可以由本发明的实施例采用的第一组示例性功率消耗场景。
图5示出了可以由本发明的实施例采用的第二组示例性功率消耗场景。
图6示出了根据本发明的原则的可以由本发明的实施例采用以减少功率消耗的与高速缓存大小相关的示例性待机以及旋转加速-减速(spinup-down)时刻。
具体实施方式
概述
本发明的实施例涉及尤其针对电池供电的设备来节省功率的方法和设备。在一些实施例中，当供应于某些类型的文件时，设备有利地调整其功率工作周期(powerdutycycle)。例如，设备可以包括两种形式的高速缓存。第一种类型的高速缓存可以是较小的存储器，例如，使用小块输入/输出的随机存取存储器(RAM)或闪速存储器。第二种类型的高速缓存可以是较大的大容量高速缓存，例如，使用大块输入/输出的超过256GB的闪速存储器。由此，对于某些类型的文件(例如，流式传送的多媒体文件)，实施例将这些文件的大部分存储在大容量高速缓存中，并且然后调整其它部件的功率状态。
在一个实施例中，设备采用大型高速缓存以及主动高速缓存算法(aggressivecachingalgorithm)来从存储介质(硬盘或SSD)供应数据。高速缓存提供了有效的位置，从所述有效的位置，来供应数据，尤其是多媒体。在一个实施例中，功率节省算法基于由大型高速缓存提供的预期的空闲时间的量来确定何时将驱动器放置于较低功率状态，例如，空闲或待机。
在另一实施例中，存储设备可以将多个写入块结合或聚合在大容量高速缓存中。当结合这些写入操作时，存储设备可以将各种部件维护或放置在较低功率状态来节省电池功率。控制器然后可以将对存储介质的写操作安排到单个序列中以保存电池功率。
出于举例示出的目的，示例将参考无线存储设备来进行描述，所述无线存储设备例如包括一个或多个硬盘驱动器的无线网络附连的存储装置。本领域中的技术人员将意识到实施例可以实现在各种类型的存储类型中，例如，直接附连的存储装置、存储区域网络等等。
现在将描述本发明的某些实施例。这些实施例仅以示例呈现，并且不是要限制发明的范围。实际上，本文描述的新颖的方法和系统可以以各种其它形式实施。此外，本文描述的方法和系统的形式上的各种省略、替换以及改变可以在不偏离本发明的精神的情况下做出。为了示出实施例中的一些，现在将参考附图。
示例性无线存储设备和系统
图1示出了本发明的实施例的示例性系统100。本发明的实施例可以被实现在提供文件服务的任何类型的存储设备或设备中。特别地，如所示出的，系统100可以包括客户端设备102和存储设备104。
主机或客户端设备102可以是任何类型的客户端设备，例如，膝上型计算机、桌面型计算机、平板电脑、智能电话等。这样的设备和系统对于本领域中的技术人员而言是公知的。
如所示出的，客户端102可以经由无线网络或通信来与存储设备104进行通信。无线网络和无线通信信道可以是任何类型的无线通信，例如，WiFi网络、3G网络、蜂窝网络等。实施例可以实现在任何类型的无线网络中。
存储设备可以是提供文件的任何类型的设备。出于举例示出的目的，图1示出了包括网络附连的存储装置(NAS)、直接附连的存储设备(DASD)、或其它类型的外部存储设备的使能无线的存储设备。例如由西部数据公司提供的设备之类的这些设备对于本领域的技术人员是公知的。
如所示出的，存储设备104能够连接到网络(例如，无线网络)并且作为文件服务器来提供对存储在其存储介质中的文件的访问。在一个实施例中，NAS是利用公知的硬件、软件、以及固件来实现的。例如，如所示出的，存储设备可以包括控制器106、存储接口108、存储介质110、电池112、驱动器功率控制器114、无线接口116、存储器或RAM118、以及大容量高速缓存120。现在将对这些部件进行进一步描述。
在一个实施例中，存储设备104被配置为具有嵌入式操作系统的装置。存储设备104可以支持各种操作系统，例如，UNIX、LINUX、Windows等等。
控制器106代表管理NAS的盘的硬件和软件，并且向客户端102将它们呈现为逻辑单元或逻辑卷。在一些实施例中，控制器106还可以包括用于补充其操作的一个或多个其它部件，例如，片上RAID控制器、存储器或盘高速缓存等。
存储接口108用作用于将来自控制器106的命令解释为可以由存储介质110执行的命令。例如，存储接口108可以支持各种通信，例如，SAS、SATA、SCSI等。这样的接口是本领域的技术人员所公知的。
存储介质110表示存储设备104在其上可以存储数据的各种存储介质。例如，存储介质110可以包括被布置在RAID中的一个或多个硬盘。此外，存储设备104可以支持各种协议，例如，NFS、SMB/CIFS、AFP等。
当然，在其它实施例中，存储设备104可以包括其它类型的存储介质和设备，例如，固态驱动器、混合驱动器等。能够被配置为RAID的一部分的任何类型的存储驱动器可以被实现为本发明的实施例的一部分。
可替换地，如上所指出的，在其它实施例中，系统100可以包括直接附接的存储设备或外部驱动器。例如，系统100可以包括一个或多个外部驱动器，例如，由西部数据公司提供的MyBook或Passport。
电池112提供用于存储设备的功率的有限长度源。在实施例中，任何类型或数量的电池可以单独或结合使用。存储设备104还可以从其它源(例如，DC电源(未示出))来接收功率。
驱动器功率控制器114与控制器116一同工作来控制存储设备104的功率状态和消耗。在一些实施例中，控制器106被配置为采用本地高速缓存以相对于传统的非高速缓存的方法产生更长的电池寿命。在一个实施例中，控制器使用门限组块大小(例如，大于256MB的组块大小)来确定采用何种高速缓存的形式。作为响应，驱动器功率控制器114调整一个或多个其它部件的工作周期以及功率状态，以优化存储设备104的功率消耗。现在将进一步描述这样的操作和算法。
无线接口116用于从存储设备104到客户端102或从客户端102到存储设备104的无线网络通信接口。另外，存储设备104可以包括一种或多种其它类型的通信接口，例如，千兆以太网、以太网、USB、用于与网络或客户端102进行通信的接口。这些部件是本领域的技术人员公知的。出于举例示出的目的，图1示出了与单个客户端102进行通信的存储设备104。然而，本领域的技术人员将意识到存储设备104可以与任何数量的客户端和/或网络进行通信。
RAM118提供了由控制器106使用的临时存储器位置。例如，RAM可以包括大约1-4GB的存储器。在一些实施例中，RAM118被配置为采用小块输入/输出，例如，其中从存储介质110传送<8MB或<16MB的组块。
大容量高速缓存120提供由控制器使用的第二、大容量存储器位置。在一些实施例中，大容量高速缓存是比RAM更大的存储器，以便容纳大组块的文件，例如，多媒体文件。在一个实施例中，大容量高速缓存120是NAND高速缓存。可替换地，大容量高速缓存120可以使用闪速存储器、固态驱动器的一个或多个部分等来被实现。
例如，如果组块大小更小(例如，小于16MB)，则控制器106被配置为使用传统的高速缓存，例如，其RAM118高速缓存。然而，如果组块大小大于门限(例如，大于16MB)，则控制器106被配置为使用大容量高速缓存120。当使用来自大容量高速缓存120中的高速缓存数据时，驱动器功率控制器114命令存储驱动器104的各个部分(例如，存储接口108和存储介质110)下电或者进入待机，以减少功率消耗。在一些实施例中，实施例使用能够适合于与便携式外部驱动器类似的物理尺寸和形状的电池112(例如，来自西部数据公司的PassportStudio)来提供>6小时的电池寿命。
示例性功率消耗模式
图2A和图2B示出了由实施例进行的用于改进功率使用和电池节省的操作的各种场景。图2A示出了用于典型的、小块文件的存储设备104的读/写操作。图2B示出了用于大型文件的存储设备104的读/写操作，在所述读/写操作中可以采用各种功率节省动作。
现在参考图2A，存储设备104可以采用其RAM118来供应能够利用小块输入/输出(例如，小于8MB的文件组块)来进行处理的文件。如所示出的，存储介质110和存储接口108可以填充RAM118(例如，以每秒30MB)。控制器106然后可以排出(drain)(或填充)RAM118并且经由无线接口116以通信信道的数据率(例如，每秒10MB)来将数据供应到客户端102。
在该模式期间，由于文件存取和请求在本质上可能是相对难以预测或随机的，所以存储驱动器104可以以正常功率模式来进行操作，例如，保持存储介质110和存储装置108是活动的。
相反，如图2B所示出的，存储设备104可以通过采用大容量高速缓存120来减少其功率消耗。特别地，对于某些类型的文件，例如，以流式传送的多媒体文件，控制器106可以采用大容量高速缓存120和大块输入/输出(例如，16MB或更大的文件组块)。如上文所指出的，大容量高速缓存120是大于RAM118的更大的存储器，并且可以容纳较大的文件组块，例如，16MB、32MB、256MB等。
另外，存储介质110和存储接口108能够将数据填充到大容量高速缓存120(例如，以每秒10MB的数据率)(或将数据从大容量高速缓存120排出)，这可以超出数据被排出(填充)并且供应到客户端102的数据率。例如，对于典型的视频流，可以以大约每秒2.5MB从大容量高速缓存120中排出(或填充)数据。同样地，对于典型的音频流，可以以大约每秒256Kb从大容量高速缓存120中排出数据。因此，由于排出率比填充率小，并且大容量高速缓存120能够保留数据的相对大部分，所以控制器106从大容量高速缓存120供应数据，并且当从大容量高速缓存120供应数据时，选择性地减少其它部件的功率消耗。
例如，如图2B所示出的，控制器106和驱动器功率控制器114可以发出减少存储接口108、存储介质110、以及控制116的功率消耗的各种功率命令。功率消耗可以被减少到各种程度。例如，存储介质110可以被置于活动待机、待机、挂机等，以减少其功率消耗。图4-图5示出了可以由实施例采用的各种功率消耗场景。
此外，控制器106可以采用大容量高速缓存120来预先读取预期的数据。例如，当请求特定的一首歌曲或多首歌曲时，控制器106可以预先将整个播放表读取到大容量高速缓存120中。
当处于减少的功率消耗模式时，存储设备104可以接收一个或多个读请求。在一个实施例中，控制器106可以将这些读请求结合到RAM118和/或大容量高速缓存120中。例如，控制器106可以使用小块输入/输出将读请求数据结合和/或聚合到RAM118中。稍后，例如，当驱动器功率控制器114使存储介质110旋转加速时，控制器108可以在该时间以单个操作或序列来执行写请求。通过结合这些写请求，控制器106可以节省功率，这是因为这些操作在更有效的序列或在活动的更短的突发(burst)中。因此，在实施例中，主动高速缓存算法对于读和写高速缓存类型的操作能够节省功率。
用于读高速缓存的示例性过程流
图3示出了本发明的一个实施例的示例性过程流。如所示出的，在存储装置300中，存储设备104接收针对存储在存储介质110上的文件的请求。该请求可以是任何类型的文件，例如，文档、视频文件、音频文件等。
在步骤302，控制器106确定用于供应于该请求的块大小。控制器106基于请求中的信息或基于文件类型来确定块大小。例如，对于流式传送的视频文件的请求可以使用256MB或更大的块或组块大小。作为另一个示例，文本文件可以使用16MB或512KB的块或组块大小。
在步骤304，控制器106基于块大小或组块大小来确定使用什么形式的高速缓存。如果组块大小小于门限，例如，256MB，则该请求是由RAM118的存储器来进行供应的。如果组块大小大于门限，则该请求是来自于大容量高速缓存120的。
在步骤306，如果组块大小小于门限，并且由此，控制器106将来自存储介质110的数据高速缓存在其RAM118中。在步骤308，存储设备104然后将来自RAM118的数据输出到客户端102，例如，经由无线网络接口116。
在步骤310中，组块大小比门限大小更大，并且由此，控制器106将针对请求文件从存储介质110将第二块大小的至少一个块预先读取到大容量高速缓存中。
在步骤312，存储设备从大容量高速缓存供应主机请求。另外，其间在步骤314，控制器确定大容量高速缓存可以供应于该请求的时间的量。该时间量由存储接口的填充与排出率与可能通过无线网络的数据率吞吐量的差产生。由于存储接口数据率更快，所以控制器能够假设在允许存储装置空闲时它能够利用下一个组块来重新填充其大容量高速缓存。
因此，在步骤316，控制器基于被确定用于供应于请求的块大小、无线接口的传输率、以及请求的文件的消耗率来调整一时间段内的存储设备的功率消耗。例如，控制器316可以基于通过将组块高速缓存在大容量高速缓存中所提供的时间量来将存储设备放置于不同的待机状态。
图4示出了由存储设备进行的第一组功率消耗的场景。在这些场景中，存储设备104利用大块连续的IO>16MB预取而采用本地视频读高速缓存。在这个场景中，控制器106可以以每秒10MB将16到250MB组块复制/填充到大容量高速缓存120，并且排出6Mbps的性能以用于高清晰度视频流式传送。由此，在这个场景中，驱动器功率控制器114针对各种时间段可以将存储介质关闭，或者将其放置于待机，并且延长电池112的电池寿命。
对于本地音频播放列表读高速缓存(大块连续IO>16MB预取)，控制器106可以以每秒10MB将16到250MB组块复制/填充到大容量高速缓存120，并且排出256Kbps的性能以用于音频流式传送。
图5示出了第二组场景。在这些场景中，存储设备104利用小块随机IO<16MB或者较大文件请求的组块来执行本地读高速缓存。在这个场景中，控制器106可以以每秒30MB将>8MB的数据块复制/填充到RAM118中，并且排出80Mbps的性能以用于无线接口116。由此，在该场景中，存储设备执行与公知设备的比较。
图6示出了时间量的各种示例，所述时间量可以是由相对于存储介质110中的硬盘驱动器的旋转加速-减速的不同大小的大容量高速缓存120提供的。出于举例示出的目的，示出了多达3GB的大容量高速缓存大小。然而，本领域的技术人员将意识到，在实施例中可以采用任何大小的大容量高速缓存120。
上文描述的具体实施例的特征和属性可以以不同的方式进行结合，以形成额外的实施例，所有这些落在本公开的范围内。虽然本公开提供了某些实施例和应用，但是对于本领域的普通技术人员显而易见的，包括不提供本文所阐述的所有特征和优点的其它实施例也落在本公开的范围内。因此，本公开的范围仅仅是要通过参考所附的权利要求来进行定义。

Claims (20)

1.一种用于节省由电池供电的存储设备消耗的功率的方法，其中，所述存储设备包括无线接口、存储介质、存储器、以及读高速缓存，所述方法包括：
接收针对存储在所述存储介质上的文件的请求；
确定供应所述请求的块大小，其中，第一块大小是从所述存储器供应的，并且其中，第二块大小是从所述读高速缓存供应的；
当请求的文件超过门限大小时，从所述存储介质预先读取所述请求的文件的所述第二块大小的至少一个块；
在所述读高速缓存中对所述请求的文件的所述第二块大小的数据的所述至少一个块进行高速缓存；以及
基于被确定用于供应所述请求的块大小、所述无线接口的传输率、以及所述请求的文件的消耗率来调整一时间段内的所述存储设备的功率消耗。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述存储设备包括WiFi无线接口。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述存储设备是硬盘驱动器。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一块大小为8MB，并且所述第二块大小为256MB
5.如权利要求1所述的方法，接收针对文件的所述请求包括接收针对通过所述无线接口来对多媒体文件进行流式传送的请求。
6.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述块大小是基于所述文件的大小以及所述文件是否是通过所述无线接口来进行流式传送的。
7.如权利要求1所述的方法，其中，调整所述存储设备的功率消耗是基于同时请求来自所述存储设备的文件的用户的数量的。
8.如权利要求1所述的方法，其中，调整功率消耗包括将存储装置放置于待机状态。
9.如权利要求8所述的方法，其中，调整功率消耗包括将存储装置放置于活动待机状态。
10.如权利要求8所述的方法，其中，调整功率消耗包括将存储装置放置于低待机状态。
11.如权利要求1所述的方法，其中，调整功率消耗包括将存储装置放置于休眠状态。
12.一种双高速缓存模式电池供电的存储设备，所述存储设备包括：
被配置为向至少一个客户端提供无线连接的无线接口；
被配置为提供请求的文件的块的存储器；
被配置为提供请求的文件的较大块的读高速缓存；
存储介质；以及
控制器，所述控制器被配置为以第一高速缓存模式将请求的文件的块高速缓存在所述存储器中，以第二高速缓存模式将请求的文件的较大块高速缓存在所述读高速缓存中，并且基于所述高速缓存模式、所述无线接口的数据率、以及由所述至少一个客户端消耗的率来控制功率消耗。
13.如权利要求12所述的存储设备，其中，所述读高速缓存包括至少2GB的存储器。
14.如权利要求12所述的存储设备，其中，所述控制器被配置为基于所述高速缓存模式来减少一时间段内的用于操作所述存储介质的功率消耗。
15.如权利要求12所述的存储设备，其中，所述控制器被配置为针对经由所述无线接口进行流式传送的多媒体文件来在所述读高速缓存中预取至少256MB的块。
16.如权利要求12所述的存储设备，其中，所述控制器被配置为确定与所述请求的文件相关的额外的文件的集合，并且将所述额外的文件预取到所述读高速缓存中。
17.如权利要求12所述的存储设备，其中，所述控制器被配置为基于所述高速缓存模式、所述无线接口的数据率、以及由所述至少一个客户端消耗的率来确定到所述存储介质进行下一次访问的时间。
18.如权利要求17所述的存储设备，其中，所述控制器被配置为基于到下一次访问的所述时间来将所述存储介质放置于待机状态。
19.如权利要求17所述的存储设备，所述控制器被配置为基于到下一次访问的所述时间来将所述存储介质放置于空闲状态。
20.如权利要求17所述的存储设备，所述控制器被配置为基于到下一次访问的所述时间和使所述存储介质旋转加速所需要的时间来将所述存储介质放置于活动状态。
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