用MAID實現分層式儲存節能管理

大規模閒置磁碟陣列（Massive Array of Idle Disks，MAID），是大約3、4年前開始出現在市場上的一種磁碟應用技術，可藉由讓存取較不頻繁的硬碟馬達停止運轉（Spin Down），從而達到節省電力消耗的目的。

事實上，類似的作法早在Linux與某些節能工具軟體上便已出現，用戶可設定在一定條件下（如多長時間沒有收到存取需求）讓硬碟進入睡眠模式停止運轉，藉以節省電力。而MAID則是將類似的節能概念，應用到由數十臺、數百臺硬碟組成的企業級儲存設備上。

雖然概念相似，但在實際運作上，個人端電腦大都是以個別硬碟為單位來進行Spin Down節能設定。而企業級儲存設備由於是以多臺硬碟透過RAID組成陣列群組，再映射成LUN的方式進行存取，因此針對企業端大規模應用的MAID，也是以RAID群組為單位，對整個群組所包含的硬碟同時進行節能設定。

顯然的，相對於持續全速運轉情況，若組成系統的磁碟數量越多，則MAID所能節省的電力也越多。按廠商的宣稱，MAID最多可為儲存設備帶來60%或更多的節能效果。

第一代MAID技術的局限

在實際應用上，由於硬碟從Spin Down狀態恢復正常存取，需要30～40秒或更長的時間，對存取作業帶來的衝擊相當大，因此早期的MAID技術只用在虛擬磁帶櫃（VTL）、備份或歸檔用磁碟系統等近線（Near-Line）儲存設備上，應用面向相當窄。

對VTL這類備份用途的設備來說，只有在備份、還原作業執行時才會收到存取需求，而且執行時間也是可以事先確定的，在未執行作業時，便可利用MAID讓硬碟Spin Down節省電力消耗，待要執行作業時再行恢復到全速，MAID重新啟動磁碟所造成的延遲回應問題，並不會帶來太大困擾。

但是對經常需要存取的線上（On-Line）儲存設備來說，MAID耗時頗長的磁碟重新啟動過程，會讓存取發生明顯的延遲甚至中斷，因此不適合使用這種節電技術。從另一方面來看，由於線上儲存設備在任何時候都有可能收到存取需求，即使設定了MAID，也很有可能會因為系統必須持續的回應存取需求，以致一直無法進入Spin Down狀態，導致無法發揮節電效果。

提供多層次設定的MAID 2.0

第一代MAID技術的一大問題在於用戶只有「全速正常運轉」與「Spin Down」兩種運作模式可以選擇，缺乏彈性──不是全速運轉消耗電力，就是只能進入Spin Down並忍受重新啟動的延遲，以致限制了適用領域。

為解決前述問題，2008年初又出現了被某些廠商稱為MAID 2.0的第二代技術，最大特色在於可提供多種層級的節電設定，可適應不同的存取需求。MAID 2.0的作業模式分為4個層級：

Level 0：Active狀態，硬碟以標準的預設轉速全速運轉。

Level 1：Unload Drive Heads，也就是將磁頭歸位（Park）到著陸區，這原本是一種防止磁頭意外碰撞碟片的保護措施，但也有減少磁頭阻力的效果，相較於Level 0可節省15～20%的功率，而且只需零點幾秒就能恢復全速存取。

Level 2：降低轉速，除了讓磁頭Park外，同時將轉速降低30～50%（從全速狀態的7,200rpm降到4,500rpm），可節省35～45%功率消耗，但需要15秒才能恢復全速存取。

Level 3：Spin Down，讓硬碟進入睡眠模式停止旋轉，可節省60～70%功率消耗，需要30～45秒才能恢復全速存取。

比起第一代MAID，MAID 2.0最大差異是在全速與Spin Down兩個極端之間，多出了磁頭Park與降低硬碟轉速等兩種中介模式，這兩種模式雖然省電效果沒有Spin Down那樣顯著，但恢復正常運轉所需的時間亦短得多，因此應用的範圍更廣泛，可用到備份以外的環境中。

MAID 2.0的應用

要讓MAID 2.0發揮功效，必須在硬碟的選用與管理政策上加以配合。在硬碟方面，絕大多數市售SATA硬碟都能支援Park，以及進入Spin Down睡眠模式的功能，所以要執行第一代MAID、或MAID 2.0中的Level 1或Level 3，都不成問題。但只有極少數SATA硬碟能支援MAID 2.0 Level 2的降低轉速的功能，若欲使用這個層級的設定，便得事先選購支援的硬碟。（目前只有Hitachi幾款SATA硬碟，支援將轉速從7,200rpm降為4,500rpm待機模式的功能）

在管理政策上，由於MAID是以整個RAID群組為單位運作，必須以整個RAID群組為單位來套用MAID設定，所以管理者必須事先便作好規畫，按存取頻率將存取需求明確區分出不同層級，將這些層級的需求分配到各RAID群組上，再分別為每個RAID群組設定合適的MAID層級。

既有的MAID產品

最早推出MAID產品的廠商是剛被SGI併購的Copan，接下來HDS、EMC、Fujitsu與Nexsan也陸續投入這個領域。

前述這些廠商中，SGI/Copan、EMC、HDS與Fujitsu的產品，基本上都只支援相當於第一代MAID的節電技術，而Nexsan的AutoMAID則屬於MAID 2.0的多層次節電技術。

國內廠商中的喬鼎與普安也提供支援MAID的產品，如普安EonStor系列支援相當於第一代MAID的智慧型Spin Down，喬鼎的Vtrak系列與VessRAID系列則可支援MAID 2.0。

不同MAID模式下的耗用功率實測

我們以喬鼎剛推出的VessRAID 1840f來實測MAID 2.0的省電功能。從1840f網頁式控制臺中的控制器選項中，可選擇使用4種MAID 2.0節電層級。完成控制器設定後，再到磁碟陣列選項中，為個別磁碟陣列群組勾選是否要套用前面的節能設定即可。

我們為1840f安裝了8臺SATA硬碟，分別以不同節電模式進行測試，將磁碟陣列的電源供應器透過測電器再接到外部電源上，藉以測量整個磁碟陣列系統的用電變化。

從測試結果可發現，1840f在Spin Down下可節省接近50%的電力，不過此時需要15∼18秒時間才能恢復存取。相較下其他模式的節電效果雖然較不顯著，但恢復全速存取的時間也快得多。