硬盘故障诊断方法、系统、终端及存储介质与流程

1.本发明涉及硬盘技术领域，具体涉及一种硬盘故障诊断方法、系统、终端及存储介质。


背景技术：

2.目前机械硬盘因价格低，存储容量大，在服务器行业占据很大一部分市场份额。机械硬盘因为其高速旋转的工作原理，决定了它无法承受过于剧烈的来自外部的振动与噪声冲击。当振动与冲击超出硬盘本身所能承受的阈值后，不但会造成硬盘读写速率下降严重，还会极大的减少硬盘的使用寿命。而硬盘所遭受的振动与冲击绝大部分来自于散热风扇带来的不平衡振动与气动噪声。
3.因此故障硬盘的故障点可能在于硬盘本身也可能在于风扇冲击，目前还没有方法能够准确地对故障硬盘的故障点位置进行准确诊断，这就导致了故障硬盘的故障排查效率低，影响业务正常运行。


技术实现要素：

4.针对现有诊断方法无法准确诊断硬盘故障点所在位置的问题，本发明提供一种硬盘故障诊断方法、系统、终端及存储介质，以解决上述技术问题。
5.第一方面，本发明提供一种硬盘故障诊断方法，包括：
6.监测硬盘的实际性能下降值；
7.利用传感器收集硬盘振动噪声，并根据硬盘振动噪声实时绘制功率谱密度曲线；
8.根据硬盘本体噪声阈值图计算所述功率谱密度曲线对应的预期性能下降值，所述硬盘本体噪声阈值图包括多种中心频率与多种声压级幅值对应的性能值；
9.若实际性能下降值与预期性能下降值的差值超过设定的阈值，则判定故障点为硬盘本体。
10.进一步的，监测硬盘的实际性能下降值，包括：
11.实时监测硬盘的性能值和硬盘读写方式，所述硬盘读写方式为随机读、随机写、顺序读、顺序写中的任意一种；
12.根据硬盘读写方式从基准列表中查找基准值，并将所述基准值与所述性能值的差值作为实际性能下降值，所述基准列表包括多种硬盘读写方式对应的基准值。
13.进一步的，根据硬盘本体噪声阈值图计算所述功率谱密度曲线对应的预期性能下降值，所述硬盘本体噪声阈值图包括多种中心频率与多种声压级幅值对应的性能值，包括：
14.将噪声功率谱密度曲线转换为九分之一倍频程谱，在中心频率处进行积分再开根号即可得到不同中心频率、不同声压级幅值的实时监测曲线；
15.从硬盘本体噪声阈值图选取目标中心频率，并将目标中心频率对应的基准声压级，所述基准声压级为在目标中心频率下的对应性能值为100％的最大声压级；
16.计算九分之一倍频程谱的声压级与所述基准声压级的声压级差，以目标中心频率
下不同声压级对应的性能值为数据基础，利用插值运算计算声压级差对应的目标中心频率的预期性能下降值；
17.切换目标中心频率，分别获取各中心频率对应的预期性能下降值，累加所有中心频率对应的预期性能下降值得到预期性能下降值。
18.进一步的，若实际性能下降值与预期性能下降值的差值超过设定的阈值，则判定故障点为硬盘本体，包括：
19.若实际性能下降值与预期性能下降值的差值超出实际性能下降值的10％，则判定故障点为硬盘本体。
20.进一步的，若实际性能下降值与预期性能下降值的差值未超过设定的阈值，所述方法还包括：
21.预先采集硬盘在风扇正常运转状态下的基准功率谱密度曲线；
22.从基板管理控制器读取风扇实时转速，解析所述实时功率谱密度曲线，如果主要叶频频率相比基准功率谱曲线偏移超过设定的偏移阈值且实时功率谱密度曲线的峰值与基准功率谱密度曲线的峰值的频率差值超过设定的阈值，则判定故障点为风扇。
23.进一步的，所述方法还包括：
24.根据判定的故障点所在位置生成相应的指示灯颜色控制信号；
25.利用所述指示灯颜色控制信号控制设置在硬盘槽口处的硬盘故障指示灯按指定颜色点亮。
26.第二方面，本发明提供一种硬盘故障诊断系统，包括：
27.实际监测单元，用于监测硬盘的实际性能下降值；
28.振动检测单元，用于利用传感器收集硬盘振动噪声，并根据硬盘振动噪声实时绘制功率谱密度曲线；
29.性能预测单元，用于根据硬盘本体噪声阈值图计算所述功率谱密度曲线对应的预期性能下降值，所述硬盘本体噪声阈值图包括多种中心频率与多种声压级幅值对应的性能值；
30.性能判定单元，用于若实际性能下降值与预期性能下降值的差值超过设定的阈值，则判定故障点为硬盘本体。
31.进一步的，所述实际监测单元包括：
32.实时监测模块，用于实时监测硬盘的性能值和硬盘读写方式，所述硬盘读写方式为随机读、随机写、顺序读、顺序写中的任意一种；
33.基准做差模块，用于根据硬盘读写方式从基准列表中查找基准值，并将所述基准值与所述性能值的差值作为实际性能下降值，所述基准列表包括多种硬盘读写方式对应的基准值。
34.第三方面，提供一种终端，包括：
35.处理器、存储器，其中，
36.该存储器用于存储计算机程序，
37.该处理器用于从存储器中调用并运行该计算机程序，使得终端执行上述的终端的方法。
38.第四方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，
当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。
39.本发明的有益效果在于，本发明提供的硬盘故障诊断方法、系统、终端及存储介质，通过收集硬盘振动噪声，然后利用由硬盘振动噪声实时绘制功率谱密度曲线和预存的硬盘本体噪声阈值图获取预期性能下降值，根据预期性能下降值与监测到的实际性能下降值的对比，判定故障硬盘的故障点是否在硬盘本体。本发明打通风扇与硬盘的监测数据，快速识别硬盘读写速度下降的故障点，当出现硬盘读写速率下降时通过本发明可以判断是属于硬盘本体故障还是外界激励异常导致，并分别发出预警，提醒维护人员及时识别，快速维护。
40.此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。
43.图2是本发明一个实施例的系统的示意性框图。
44.图3为本发明实施例提供的一种终端的结构示意图。
具体实施方式
45.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
46.下面对本发明中出现的关键术语进行解释。
47.bmc，执行伺服器远端管理控制器，英文全称为baseboard management controller.为基板管理控制器。它可以在机器未开机的状态下，对机器进行固件升级、查看机器设备、等一些操作。在bmc中完全实现ipmi功能需要一个功能强大的16位元或32位元微控制器以及用于数据储存的ram、用于非挥发性数据储存的快闪记忆体和韧体，在安全远程重启、安全重新上电、lan警告和系统健康监视方面能提供基本的远程可管理性。除了基本的ipmi功能和系统工作监视功能外，通过利用2个快闪记忆体之一储存以前的bios，mbmc还能实现bios快速元件的选择和保护。例如，在远程bios升级後系统不能启动时，远程管理人员可以切换回以前工作的bios映像来启动系统。一旦bios升级後，bios映像还能被锁住，可有效防止病毒对它的侵害。
48.功率频谱密度，在物理学中，信号通常是波的形式表示，例如电磁波、随机振动或者声波。当波的功率频谱密度乘以一个适当的系数后将得到每单位频率波携带的功率，这被称为信号的功率谱密度(power spectral density,psd)；不要和spectral power distribution(spd)混淆。功率谱密度的单位通常用每赫兹的瓦特数(w/hz)表示，后者使用波长而不是频率，即每纳米的瓦特数(w/nm)来表示。
49.声压级，从可以听到的强度最小的声音，到强度大到能够引起痛觉的声音，声强的绝对值相差一千万亿倍。显然，用声强的绝对值表示声音的大小是不方便的。为了便于应用，人们便根据人耳对声音强弱变化响应的特性，引出一个对数量来表示声音的大小，这就是声强级，声压的平方与声强成正比，所以声强级可以转换成声压级。
50.图1是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。其中，图1执行主体可以为一种硬盘故障诊断系统。
51.如图1所示，该方法包括：
52.步骤110，监测硬盘的实际性能下降值；
53.步骤120，利用传感器收集硬盘振动噪声，并根据硬盘振动噪声实时绘制功率谱密度曲线；
54.步骤130，根据硬盘本体噪声阈值图计算所述功率谱密度曲线对应的预期性能下降值，所述硬盘本体噪声阈值图包括多种中心频率与多种声压级对应的性能值；
55.步骤140，若实际性能下降值与预期性能下降值的差值超过设定的阈值，则判定故障点为硬盘本体。
56.为了便于对本发明的理解，下面以本发明硬盘故障诊断方法的原理，结合实施例中对硬盘故障进行诊断的过程，对本发明提供的硬盘故障诊断方法做进一步的描述。
57.具体的，所述硬盘故障诊断方法包括：
58.s1、监测硬盘的实际性能下降值。
59.将硬盘随机读，随机写，顺序读，顺序写的iops基准值作为基准列表存入微处理器的rom中。
60.运行程序对硬盘读写进行实时监控，并将实时数据发送至微处理器，与基准列表中的相应基准值进行比较运算，得出iops实际下降值，记为iops_a。
61.s2、利用传感器收集硬盘振动噪声，并根据硬盘振动噪声实时绘制功率谱密度曲线。
62.硬盘后端部位贴加速度传感器与噪声传感器，传感器采集到的振动与噪声信号经外围电路，将模拟信号转换为数字信号后发送至微处理器进行时频转换，生成实时psd谱。通过将功率谱密度曲线的纵轴功率谱密度做积分处理后再开方，将功率谱密度曲线转换为九分之一倍频程谱，九分之一倍频程谱的横坐标为频率，纵坐标为声压级。
63.s3、根据硬盘本体噪声阈值图计算所述功率谱密度曲线对应的预期性能下降值，所述硬盘本体噪声阈值图包括多种中心频率与多种声压级对应的性能值。
64.硬盘本体噪声阈值图如表1所示：
65.表1硬盘本体噪声阈值图示例表
[0066][0067]
将九分之一倍频程谱与硬盘本体噪声阈值图中iops等于100的数据放入同一坐标轴下，其中横轴为频率，纵轴为声压级p，计算每个中心频率下九分之一倍频程谱纵轴超出阈值图中基准声压级p0的数值，δp＝p-p0。具体的，从硬盘本体噪声阈值图选取目标中心频率，并将目标中心频率对应的基准声压级，基准声压级为在目标中心频率下的对应性能值为100％的最大声压级。假设中心频率为1851，则基准声压级为97db。
[0068]
iops下降数值与δp线性相关，经过插值运算(在离散数据的基础上补插连续函数，使得这条连续曲线通过全部给定的离散数据点。)，可得出不同中心频率处iops预期下降值，将不同中心频率处预期下降值相加，即可得到总的预期下降值iops_e。
[0069]
s4、若实际性能下降值与预期性能下降值的差值超过设定的阈值，则判定故障点为硬盘本体。
[0070]
硬盘前端托架上安装两个警示led灯，分别发出黄色和红色光。比较iops_a与iops_e，当iops_a-iops_e》10％以上时，判断故障点为硬盘本体，启动告警系统，闪烁红灯。
[0071]
s5、预先采集硬盘在风扇正常运转状态下的基准功率谱密度曲线；从基板管理控制器读取风扇实时转速，解析所述实时功率谱密度曲线，如果主要叶频频率偏移超过设定的偏移阈值且实时功率谱密度曲线的峰值与基准功率谱密度曲线的峰值的频率差值超过设定的阈值，则判定故障点为风扇。
[0072]
具体的，读取bmc实时风扇转速，分析实时psd谱，当主要叶频频率偏移大于10％以上，实时psd谱峰值相较基准功率谱密度曲线变化大于20％以上时，判断为风扇故障，启动告警系统，闪烁黄灯。
[0073]
如图2所示，该系统200包括：
[0074]
实际监测单元，用于监测硬盘的实际性能下降值；
[0075]
振动检测单元，用于利用传感器收集硬盘振动噪声，并根据硬盘振动噪声实时绘制功率谱密度曲线；
[0076]
性能预测单元，用于根据硬盘本体噪声阈值图计算所述功率谱密度曲线对应的预期性能下降值，所述硬盘本体噪声阈值图包括多种中心频率与多种声压级对应的性能值；
[0077]
性能判定单元，用于若实际性能下降值与预期性能下降值的差值超过设定的阈值，则判定故障点为硬盘本体。
[0078]
可选地，作为本发明一个实施例，所述实际监测单元包括：
[0079]
实时监测模块，用于实时监测硬盘的性能值和硬盘读写方式，所述硬盘读写方式
为随机读、随机写、顺序读、顺序写中的任意一种；
[0080]
基准做差模块，用于根据硬盘读写方式从基准列表中查找基准值，并将所述基准值与所述性能值的差值作为实际性能下降值，所述基准列表包括多种硬盘读写方式对应的基准值。
[0081]
图3为本发明实施例提供的一种终端300的结构示意图，该终端300可以用于执行本发明实施例提供的硬盘故障诊断方法。
[0082]
其中，该终端300可以包括：处理器310、存储器320及通信单元330。这些组件通过一条或多条总线进行通信，本领域技术人员可以理解，图中示出的服务器的结构并不构成对本发明的限定，它既可以是总线形结构，也可以是星型结构，还可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
[0083]
其中，该存储器320可以用于存储处理器310的执行指令，存储器320可以由任何类型的易失性或非易失性存储终端或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。当存储器320中的执行指令由处理器310执行时，使得终端300能够执行以下上述方法实施例中的部分或全部步骤。
[0084]
处理器310为存储终端的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子终端的各个部分，通过运行或执行存储在存储器320内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，以执行电子终端的各种功能和/或处理数据。所述处理器可以由集成电路(integrated circuit，简称ic)组成，例如可以由单颗封装的ic所组成，也可以由连接多颗相同功能或不同功能的封装ic而组成。举例来说，处理器310可以仅包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)。在本发明实施方式中，cpu可以是单运算核心，也可以包括多运算核心。
[0085]
通信单元330，用于建立通信信道，从而使所述存储终端可以与其它终端进行通信。接收其他终端发送的用户数据或者向其他终端发送用户数据。
[0086]
本发明还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：rom)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：ram)等。
[0087]
因此，本发明通过收集硬盘振动噪声，然后利用由硬盘振动噪声实时绘制功率谱密度曲线和预存的硬盘本体噪声阈值图获取预期性能下降值，根据预期性能下降值与监测到的实际性能下降值的对比，判定故障硬盘的故障点是否在硬盘本体。本发明打通风扇与硬盘的监测数据，快速识别硬盘读写速度下降的故障点，当出现硬盘读写速率下降时通过本发明可以判断是属于硬盘本体故障还是外界激励异常导致，并分别发出预警，提醒维护人员及时识别，快速维护，本实施例所能达到的技术效果可以参见上文中的描述，此处不再赘述。
[0088]
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中如u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器
(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，包括若干指令用以使得一台计算机终端(可以是个人计算机，服务器，或者第二终端、网络终端等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
[0089]
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于终端实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
[0090]
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0091]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0092]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0093]
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。