Linux：节约、干净和环保

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级别： 初级

Jeff Orloff, 技术协调员/顾问, PBCSD/Sequoia Media Services Inc.

2009 年 6 月 22 日

绿色 IT 是当今技术趋势的热点之一，而 GNU/Linux® 社区已经开始应对这一挑战。通过与其他几家企业合作，GNU/Linux 操作系统提供了专门针对能源消耗、二氧化碳排放和电子垃圾的解决方案。

在过去二十年里，个人和企业使用的计算机呈指数增长，这对环境产生了巨大的影响，这些影响既有正面的，也有负面的。计算机对于环境的好的一面是可以帮助许多企业实现 “无纸办公”，即使用电子化方式交付内容，而不是使用打印好的材料。网络方面的发展也使很多人可以实现远程办公，减少了差旅或乘车上下班的需求。

尽管使用计算机带来了许多有利于环境的优点，然而，计算机技术对环境的破坏也非常的巨大。

电子垃圾

Forrester Research 预测，到 2008 年，全世界正在使用中的计算机的数量超过了十亿台。由于巴西、俄罗斯、印度和中国等新兴市场的兴起，预计计算机的数量到 2015 年将超过 20 亿。如果一台计算机的寿命平均为 3 年，那么每年将被淘汰的计算机的数量将超过 3 亿。

尽管有 460 万吨的电子垃圾被送往美国的垃圾填埋场，但是这些垃圾中的 50% 到 80% 将被出口到中国、印度和墨西哥等国的垃圾填埋场。尽管做出了种种努力（比如巴塞尔公约）并制定了各种法律来禁止非法交易电子垃圾，我们仍然无法有效地阻止大规模的电子垃圾在世界范围内向土壤和地下水释放有毒物质。

这些有毒物质具体指什么？Basel Action Network（见 参考资料）将以下各项定义为主要的有害电子垃圾：

• 包含镉、铅或铍的电路板
• 阴极射线管（CRT）
• 显像管玻璃（包含已处理的和未处理的）
• 包含铅、水银和/或镉（易燃性和非易燃性）的电池
• 包含水银、铍和多氯联苯的物质、零部件、笔记本或设备
• 用于修理或重用等目的而出口的非工作部件和完整设备或装置，除非可以保证有害的电子废弃物（比如 CRT、电池、水银灯或电路板）将不会在进口国内销毁

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能源消耗

除了严重的电子垃圾问题外，还存在计算机闲时能源消耗问题。许多用户在长时间不使用计算机时仍然让它保持运行，这些计算机所消耗的能源相当于在您上班时将水龙头打开一整天。根据 Reduce Your CO₂ 站点的描述，全世界的空闲计算机每年产生二氧化碳（CO₂）多达 4500 万吨，消耗 60,000 百万瓦特的电能，而一个核电站的产量也只有 1000 百万瓦特。

进一步加剧空闲计算机（与大多数其他产品不同）浪费的是，在制造计算机时所使用的矿物燃料是计算机本身体重的 10 倍，并且使用了大量的水资源。然而，汽车和冰箱在制造过程中所使用的矿物燃料与其自身体重相当。

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GNU/Linux 是节能解决方案的一部分

尽管美国各州的政府已经开始制定法律来 “环保化” 计算机产业，但是这些法律难以实施下去。相反，一些最有希望解决电子垃圾和资源过度使用的解决方案来自 GNU/Linux 社区以及在此方面与 GNU/Linux 社区展开合作的公司。

GNU/Linux 有利用限制对计算机的销毁

对计算机的销毁施加限制似乎是解决电子垃圾的最明显办法。毕竟，大多数组织大约每三年就会更新他们的机器，许多家庭、学校和非营利性组织都会从计算机再利用中获益。Free Geek 等公司（见 参考资料）通过翻新旧的计算机并捐献给学校和慈善机构，实现了大约 500 吨与计算机相关的部件的再利用。为了运行这些计算机，Free Geek 安装了 GNU/Linux 作为操作系统。这一决策不仅仅是考虑到该组织的 “支持免费、自由、开源软件（FLOSS）” 的一贯理念，而且还出于实际需要。GNU/Linux 在理论上可以安装在运行最低限度的硬件的计算机上，所谓最低限度的硬件，请参见表 1。

尽管运行 GNU/Linux 的最低需求使它非常适合重新利用任何旧的计算机，但是有时会遇到无法进行翻新的硬件。Free Linux PC（见 参考资料）为 Free Geek 提出了一个类似的模型，为有需求的人们提供重新利用的计算机，但是 Free Linux PC 在其捐赠中提出了要求，以确保捐献的所有计算机都符合特定的标准。Free Geek 接收不符合其标准的旧计算机和零部件，并确保这些电子垃圾被送到回收站，后者将安全地销毁这些零件，而不是将它们送到美国或其他国家的垃圾填埋场。

为捐赠准备旧的计算机

希望为利用 GNU/Linux 的回收计划捐赠计算机的组织可以从参与这些项目的过程中获得极大的好处。除了赋税方面的减免外，回收旧计算机的公司可以利用其在环保方面的努力而赢得的正面舆论。

然而，如果这个过程没有得到正确的执行，那么计算机捐赠则会引发灾难性后果。对于准备进行处理的任何计算机，不管是送往某家公司进行回收，还是用于翻新和捐赠，一定要删除这些计算机上的硬盘中的所有数据。简单地删除数据仅仅是将它从视线中隐藏起来，而并没有将数据从硬盘中删除。格式化 — 甚至低级格式化 — 同样不会从磁盘中擦除数据。当从计算机的磁盘中删除数据时，它仅仅是告诉操作系统曾经存储数据的磁盘空间现在可用并且可以在其上写入数据。许多程序现在可以免费地帮助您或其他任何人从计算机的硬盘中取出数据，不管这些硬盘是否曾经被擦除、格式化甚至重写过。

尽管有很多程序可以用来从旧磁盘中重新获取数据，同样，也有许多程序可以确保这些程序无法从磁盘中提取数据。Center for Magnetic Recording Research 提供了 Secure Erase，它可以使数据符合 U.S. National Institute for Standards and Technology (NIST) 的标准，并且可以从其站点免费下载获得（见 参考资料）。

Darik 的 Boot and Nuke (DBAN) 是由 Global Electric Electronic Processing (GEEP) Inc. 成立的一个项目（见 参考资料）。DBAN 可以删除保存敏感数据的硬盘，并且可以免费下载获得。对于更大的企业，可以选择使用 EBAN（见 参考资料），它可以提供保障和赔偿，但是需要支付费用。

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虚拟化

研究人员预计，到 2010 年，服务器的电能损耗将超过它的购买成本。根据 U.S. Environmental Protection Agency (EPA) 的描述，在美国，仅数据中心一项每年就会消耗 450 亿千瓦时（KWH），这一数字到 2012 年会翻倍。由于 GNU/Linux 服务器的市场份额在 27% 到 35% 之间（算上 UNIX® 的话会更多），那么 GNU/Linux 的环保化将极大地减少能源消耗和二氧化碳的排放。

为了缓解数据中心的问题，许多组织开始认真地研究一项过去用于虚拟化的 IBM 技术，名为虚拟化，希望通过这项技术来削减不断增加的服务器的数量。EPA 发现，某些服务器在 85% 的时间里一直处于空闲状态，但是处理器仍然保持运行。换句话说，处理器始终在寻找并执行任务 — 有时甚至达到每秒 1,000 次。由于处理器已经处于活动状态，因此性能不会受到太大的影响。因此，虚拟化成为了现代数据中心设计的必然选择。

应用虚拟化减少能源消耗

采用了虚拟化后，运行环保 GNU/Linux 的服务器将能够极大地减少空闲服务器所产生的能源浪费。在一台物理机器上包含多个虚拟服务器的话，每台虚拟机（VM）预计每年可以减少 7000 kWh 的能源消耗。对于每台虚拟服务器，每年减少的二氧化碳排放量最高可达 4 吨。有些物理服务器包含多达 30 个虚拟服务器，这将大大减少能源消耗和二氧化碳排放。

觉得不太可能？那么看看 IBM 的 “Big Green Linux” 计划吧，预计有 3900 台服务器将被并入到 30 台运行 GNU/Linux 的 IBM System z® 大型机中，每年的能源消耗预计将节省 80%。这项努力被作为表率，因为 IBM 同时鼓励它的客户将 Linux 合并到其信息技术（IT）产品中，通过整合和更加有效地利用资源来减少能源需求。

应用虚拟化减少电子垃圾

GNU/Linux 的虚拟化策略不仅帮助服务器减少了能源消耗，而且还帮助减少了计算机的制造数量。通过减少制造更多服务器的需求，制造过程中使用的矿物燃料和水资源量也相应得到减少。更进一步的是，由于减少了对物理服务器的需求，虚拟化还有助于减少电子垃圾。数据中心包含的服务器的数量越少，意味着需要处理的废旧硬件的数量也越少。

电源管理解决方案

为了完善数据中心的虚拟化技术，许多公司专门针对 VM 的电源管理设计了软件。VMware Distributed Power Management（VMware DPM；见 参考资料）通过在不需要时关闭服务器，进一步减少了电能消耗。随着资源需求的增加，因此也需要增加服务器池中可用的服务器。电源管理全部是实时完成的，因此对服务水平不会产生任何负面影响。

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绿色 GNU/Linux 和社区

GNU/Linux 最主要的优势就是有一个不断提供支持的社区。为了配合合作伙伴（比如 IBM 和 Red Hat）的工作，GNU/Linux 社区在通过 Green Linux Workgroup 实现环保操作系统方面取得了巨大的进展（见 参考资料）。

无滴答（tickless）内核

Green Linux Workgroup 及其合作伙伴的一个关键进展就是研发了无滴答内核。如前所述，在空闲状态下，GNU/Linux 内核会一直寻找可执行的任务。通常，一个内核每 4ms 就会引发一个时钟中断，以检查是否需要调度新的任务。内核 2.6.21 引入了无滴答内核，它将在需要调度新任务时执行计算并在这个时间设置一个时钟中断，允许处理器在更长的时间内（几秒钟）保持在最低功耗状态，从而减少了电能消耗。

尽管无滴答内核在默认情况下都会被启用，您可以尝试使用以下命令启用它：

cat /boot/config-$(uname -r) | grep CONFIG_NO_HZ

如果输出为 CONFIG_NO_HZ=y，则无滴答内核被启用；而 CONFIG_NO_HZ=n 意味着未启用。

具有能源意识

无滴答内核在延长处理器休眠时间方面效果显著，但是某些特定事件仍然会在不必要的情况下将处理器从休眠状态唤醒。为此，Intel 开始涉入绿色 GNU/Linux 领域的 LessWatts.org 项目，提议使用 PowerTOP，这是一款由 Intel 设计的实用工具，可以找出那些唤醒处理器的事件（见 参考资料）。

PowerTOP 可以免费下载获得，并且秉承了 FLOSS 的精神，可以用于 Linux 内核。它没有专门针对 Intel 处理器，因此 AMD 用户也可以从此实用工具中获益。一旦安装后，从终端运行 PowerTOP 来提供一些信息，包括处理器多长时间保持在最高的 C 状态（休眠状态）和 P 状态（处理器繁忙期）以及唤醒原因。分析了唤醒事件后，PowerTOP 提供实现更高效率的建议。

休眠

GNU/Linux 使用的许多节能技术主针对服务器市场 — 部分原因是 GNU/Linux 在这个市场中拥有最大的市场份额，另外一个原因是来自服务器的能耗削减通常要大于来自台式机的能耗削减。但是，即使服务器环保化可以为投资带来巨大的回报，GNU/Linux 的环保技术也没有忽略掉台式机。

无滴答内核和 PowerTOP 都可以用于 GNU/Linux 的台式机发行版，但是用户也可以在计算机不活动时将其设置为休眠，以实现能耗节省。大多数发行版都将休眠实用工具内置到内核中；然而，对于那些使用图形用户界面（GUI）桌面环境的发行版，比如 GNOME 或 K Desktop Environment (KDE)，在图形环境中可以更加容易地使用专门针对电源管理构建的应用程序。

GNOME 用户可以安装 GNOME Power Manager（如果没有绑定在发行版中的话）来配置节能选项。在不使用时关闭硬盘、在计算机空闲时使显示器变暗、将计算机设置为休眠，或者将显示器设置为空白，所有这些任务都是通过一个简单的 GUI 完成的，而不需要通过终端进行配置。对于 KDE 环境，KPowersave 可以使用与 GNOME 一样简单的方式处理这些任务。

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结束语

GNU/Linux 和 FLOSS 社区以及合作伙伴目前取得的进展将进一步推进绿色计算。尽管我有机会接触了其中一些比较重要的绿色 GNU/Linux 项目，但是，要创造一个更加可持续的工作场所，这仅仅是个开端而已。

参考资料

• 通过 GReen IT Report 掌握环保技术和知识，这是 developerWorks 提供的有关能源、效率和环境的参考资料。
  
  
• 了解更多有关 IBM 的能源效率解决方案 的信息。
  
  
• 查阅 Green Linux Workgroup，更多地了解他们的项目。
  
  
• 了解更多有关 Basel Action Network 及其禁止有毒废物交易方面的信息。
  
  
• 您希望捐赠计算机吗？请访问 Free Geek 和 Free Linux PC。
  
  
• 了解更多有关计算机标准的知识，请访问 NIST 站点。
  
  
• 有关 VMware DPM 的更多信息，参见 DPM 信息指南。
  
  
• 在 developerWorks Linux 专区 寻找为 Linux 开发人员（包括 Linux 新手入门）准备的更多参考资料，查阅我们 最受欢迎的文章和教程。
  
  
• 在 developerWorks 上查阅所有 Linux 技巧 和 Linux 教程。
  
  
• 随时关注 developerWorks 技术活动和网络广播。
  
  

• 下载 PowerTOP 以研究您的 GNU/Linux 机器上的能源消耗。
  
  
• 下载 DBAN 或 EBAN，在捐献计算机之前删除您的数据。
  
  
• 下载 Center for Magnetic Recording Research 的 Secure Erase，在捐献计算机之前将您的数据从计算机中彻底删除。
  
  
• 使用可直接从 developerWorks 下载的 IBM 试用软件 构建您的下一个 Linux 开发项目。
  
  

• 加入 My developerWorks 社区；您可以通过个人档案和定制主页获得符合自己的兴趣的 developerWorks 文章，并与其他 developerWorks 用户进行交流。

关于作者

		Jeff Orloff 是 Palm Beach County 学区的技术协调员。他同时还是 Sequoia Media Services Inc. 的顾问，专门帮助公司在业务中实现社交媒体，从而实现协作和信息共享。他目前正在撰写 MediaWiki: A Beginner's Guide 一书，由 Packt 出版。

对本文的评价

太差！ (1) 需提高 (2) 一般；尚可 (3) 好文章 (4) 真棒！(5) 建议？

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