功耗已经成为设计各种计算机设备必须考虑的首要问题。移动嵌入式设备，如智能手机、平板电脑等，不仅电池电量有限，而且电池密度发展缓慢。更低的功耗意味着更长的使用时间和更好的用户体验。低功耗的台式机，可以减少散热设备的投入，降低散热设备带来的噪音，从而提供更加舒适的工作环境。降低数据中心的功耗，不仅会带来经济效益，而且还能够增加服务器的可靠性。　　 固态硬盘相比于传统的机械硬盘，有着更高的性能和更低的功耗。但是固态硬盘价格高、寿命短，台式机、服务器上主流的外部存储设备仍然是机械硬盘。机械硬盘的功耗在整个计算机系统尤其是数据中心所占的比例已经越来越大。现代操作系统通过文件系统层进行硬盘I/O操作管理，并提供实时监控数据。不同的文件系统使用不同的方法组织硬盘上的数据，因而会造成硬盘功耗的不同。本文将从管理存储设备的文件系统层出发探讨建立硬盘功耗模型和降低硬盘功耗的方法。本论文的主要研究工作如下:　　 1.针对存储设备所占的功耗越来越多的问题，对目前常用的硬盘功耗模型和降低硬盘功耗的方法进行了系统调研。通过调研发现，目前的硬盘功耗模型没有考虑不同文件系统对硬盘功耗的影响，因此模型的通用性比较差。降低硬盘功耗的算法和技术手段也比较单一，没有从文件系统角度寻找降低硬盘功耗的方法。　　 2.硬盘功耗模型不仅可以避免设计相对复杂、价格昂贵的硬件电路，而且还能实现功耗的在线评估、查找热点代码、指导硬盘进行功耗优化。本文通过对EXT2、EXT4和NILFS2等常用文件系统的硬盘I/O过程进行实验分析，发现不同的文件系统对硬盘功耗具有不同的影响。为了刻画这种差异性，提出基于I/O空闲率的硬盘功耗建模与评估方法。　　 3.提高硬盘I/O空闲率可以降低硬盘的功耗。针对视频播放这一具体的任务，使用I/O空闲率来指导硬盘进行功耗优化。通过对传统的LRU算法进行分析，在不影响视频正常播放的情况下，增加缓存的大小可以提高硬盘的I/O空闲率，进而降低硬盘的功耗。在最好的情况下，将视频播放的I/O空闲率提高到97％，硬盘功耗降低45.24％。　　 4.日志文件系统中的日志区是访问最频繁的一块区域，常成为系统性能的瓶颈。为了减少对硬盘的访问，降低硬盘的功耗，同时提高系统的性能，本文设计了内存日志文件系统。实验发现，本文设计的内存日志文件系统在最理想的测试用例下，可以将硬盘的功耗降低19.32％，同时系统的性能提升55.80％。