服务器的架构和组成.docx

1、服务器的架构和组成一服务器概述服务器是指在局域网中，一种运行管理软件以控制对网络或网络资源（磁盘驱动器、打印机等）进行访问的计算机，并能够为在网络上的计算机提供资源使其犹如工作站那样地进行操作。从广义上讲，服务器是指网络中能对其它机器提供某些服务的计算机系统（如果一个PC对外提供ftp服务，也可以叫服务器）。从狭义上讲，服务器是专指某些高性能计算机，能通过网络，对外提供服务。相对于普通PC来说，稳定性、安全性、性能等方面都要求更高，因此在CPU、芯片组、内存、磁盘系统、网络等硬件和普通PC有所不同。服务器作为网络的节点，存储、处理网络上80的数据、信息，因此也被称为网络的灵魂。做一个形象的比喻

2、：服务器就像是邮局的交换机，而微机、笔记本、PDA、手机等固定或移动的网络终端，就如散落在家庭、各种办公场所、公共场所等处的电话机。日常的生活、工作中的电话交流、沟通，必须经过交换机，才能到达目标电话；同样如此，网络终端设备如家庭、企业中的微机上网，获取资讯，与外界沟通、娱乐等，也必须经过服务器，因此也可以说是服务器在“组织”和“领导”这些设备。服务器的构成与微机基本相似，有处理器、硬盘、内存、系统总线等，它们是针对具体的网络应用特别制定的，因而服务器与微机在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面存在差异很大。服务器的功能：提供服务 - IP 地址将一种资源共享给多个请求者

3、 - 数据库将一种设备共享给多个请求者 - 打印机为其他系统开放网关 - Web提供处理能力 - 数字存储内容 - 数据二服务器的主要分类服务器往往被用于运行企业或个人的关键业务，所以对其性能与可靠性方面的要求会远远高于桌面电脑。一般来说服务器的CPU、内存、网络、存储都会使用企业级部件。譬如相比桌面电脑常用的Intel酷睿系列CPU，服务器的CPU往往会采用性能更稳定强大的Intel至强（Xeon）系列或者IBM的Power系列。而内存也会采用带有诸如ECC效验等自恢复功能的高速企业级内存。为了满足特定的业务需求，不同种类的服务器又会在网络、存储、内存、显卡等方面进行强化。如电信行业采用的服

4、务器往往会配备高速网卡以配合高速交换机；数据仓库应用中的服务器往往会配备高速光纤卡以便通过光纤接口（Fabric Channel）与存储网络配合。按照体系架构来区分，服务器主要分为两类：非x86服务器：包括大型机、小型机和UNIX服务器，它们是使用RISC（精简指令集）或EPIC处理器，并且主要采用UNIX和其它专用操作系统的服务器，精简指令集处理器主要有IBM公司的POWER和PowerPC处理器，SUN与富士通公司合作研发的SPARC处理器、EPIC处理器主要是HP与Intel合作研发的安腾处理器等。这种服务器价格昂贵，体系封闭，但是稳定性好，性能强，主要用在金融、电信等大型企业的核心系统

5、中。x86服务器：又称CISC（复杂指令集）架构服务器，即通常所讲的PC服务器，它是基于PC机体系结构，使用Intel或其它兼容x86指令集的处理器芯片和Windows操作系统的服务器，如IBM的System x系列服务器、HP的Proliant 系列服务器等。 价格便宜、兼容性好、稳定性差、不安全，主要用在中小企业和非关键业务中。CISC型CPUCISC是英文“Complex Instruction Set Computer”的缩写，中文意思是“复杂指令集”，它是指英特尔生产的x86(intel CPU的一种命名规范)系列CPU及其兼容CPU(其他厂商如AMD,VIA等生产的CPU)，它基于

6、PC机(个人电脑)体系结构。这种CPU一般都是 32位的结构，可称为IA-32 CPU。(IA: Intel Architecture，Intel架构)。CISC型CPU目前主要有intel的服务器CPU和AMD的服务器CPU两类。RISC型CPURISC 是英文“Reduced Instruction Set Computing ”的缩写，中文意思是“精简指令集”。它是在CISC(Complex Instruction Set Computer)指令系统基础上发展起来的，相对于CISC型CPU ，RISC型CPU不仅精简了指令系统，还采用了一种叫做“超标量和超流水线结构”，架构在同等频率下，

7、采用RISC架构的CPU比CISC架构的CPU性能高很多，这是由CPU的技术特征决定的。RISC型CPU与Intel和AMD的CPU在软件和硬件上都不兼容。根据不同的业务需求与应用场景可以将服务器架构分为通用式服务器、机架式服务器、刀片服务器和企业服务器。下面将以IBM System x为例介绍这些架构的组成、特点与适用场景。直立式服务器(塔式服务器): 为可独立放置于桌面或地面的服务器,大都具有较多的扩充槽及硬盘空间.无需额外设备,插上电即可使用,因此使用最为广泛。外形上和立式桌面电脑很相似，不过其主板可扩展性更高。此种服务器一般使用入门级至强处理器如E5-2400, E3-1200，也可以

8、使用低成本的酷睿、奔腾、赛扬系列。适用于中小型企业的文件与打印、电子邮件与协作、防火墙、分布式分支机构等业务。机架式服务器：机架式服务器外形有别于桌面计算机，更像交换机，其使用工业标准尺寸可以安放在标准的19英寸机柜中。相比塔式服务器机架式服务器更节约空间，同时性能上也更强大。为可装上机柜之服务器,主要作用为节省空间,机台高度以1U为单位,1U约44mm,因空间较局限,扩充性较受限制,例如1U的服务器大都只有1到2个 PCI扩充槽.此外,散热性能成为十分重要的因素,此时,各家厂商的功力就在此展现了。缺点是需要有机柜等设备,多为服务器用量较大的企业使用。此种服务器一般采用中端的至强系列处理器如E

9、5-2600、E5-4600。适用于文件与打印、零售、网络基础架构、分布式应用程序、Web 服务、Web 2.0、虚拟化、光数据库、ERP 应用程序、小型 HPC 安装、ERP 部署和虚拟化。刀片服务器:可算是比机架式服务器更节省空间的产品.主要结构为一大型主体机箱,内部可插上许多卡片,一张卡片即相当于一台服务器.当然,散热性在此非常重要,往往各 家厂商都装上大型强力风扇来散热.此型服务器虽然空间较节省,但光是主体机箱部份可能就所费不赀,除大型企业外较少使用。企业服务器企业服务器拥有更高的性能与可靠性，可以满足严苛业务需求。企业服务器一般需要安置在标准机架上工作，所以外形上类似于机架式服务器，

10、另外也有高性能的刀片版本。此类服务器一般采用高端的至强系列处理器，例如Xeon E7系列。可以提供超大的内存容量、内存带宽和存储空间以优化数据库和虚拟环境。适用于虚拟化、数据库和企业级工作负载的平衡系统。以IBM System x3850 X5 and x3950 X5为例。IBM System x3850 X5基于最新一代 IBM 企业级 X 架构技术和处理器构建，可在节能、经济的设计中提供卓越的性能和无与伦比的可靠性。其最大的优点是能提供超凡的可扩展性和灵活性，帮助客户在正确的时间获得正确的功能。客户需要以比以往更快的速度将解决方案部署在数据中心内并产生回报。x3950 X5 工作负载优化

11、系统是交钥匙式的解决方案，专为高性能数据库或虚拟化环境而配置。多个型号均配置实现了处理能力、内存、高性能存储、网络和软件的出色平衡， 可以针对客户的数据库应用程序、虚拟化或 SAP HANA 环境自由选择。x3850 X5 服务器允许自由选择极其灵活的配置以及内存扩展功能。模块化的构建模块设计使客户既能够按照当前需求自定义系统，又能够应对不断变化的工作负载。可从双处理 器系统扩展为拥有多达 4 个处理器。可以添加第二个系统，以便创建一个八处理器系统。起始配置为 2 个内存 DIMM，可凭借双节点系统和 2 个 MAX5 内存扩展选件扩展至多达 192 个。根据环境变化重新分配资源。x3850

12、X5 能够满足客户的当前需求，同时提供一种简便、经济有效的升级途径，可在客户做好准备时更改环境。IBM System x3850 X5下一代服务器（PureSystems）如今，IT 领导者正在运用各种方法努力打造智慧的运算。许多领导者使用灵活的通用系统构建自己量身定制的系统，随后对这些系统进行优化，以满足其特定的业务环境需求。但为了成功实现优化，这些领导者需要耗费大量的时间和精力。此外，企业领导者还会利用高级硬件设备的简便性来打造智慧运算环境，并当这些方法奏效之后，他们会充分利用云计算的弹性。为此IBM推出了包含最佳实践和专家能力的PureSystems专家集成系统。专家集成系统是指功能构建

13、块。这些构建块是数千次部署、成熟最佳实践、创新思维和 IT 行业领先地位的完美结晶。专家集成系统分为两种类型：平台系统和基础架构系统。这两种专家集成系统均可节省您 IT 专业人员的时间和技能，使您的团队能够集中精力专注于创新和发展。这些集成式系统可向整个企业各个级别的不同角色提供专家能力，无论是业务领导者、还是数据中心经理概不例外。以IBM PureFlexSystem为例。PureFlex System 是具有专家集成技能的完整基础架构系统。这款 IBM 产品为您提供了一款集成式的计算系统，它将服务器、存储设备、网络、虚拟化和管理全面结合至单一结构中。PureFlex System 性能提供

14、的预置专家能力可帮助企业领导者简化管理，灵活部署使用统一管理的虚拟和硬件资源的集成模式。高效性和操作的灵活性有助于支持业务领导者以更低的成本快速部署 IT 服务。此外，PureFlex System 建立在数十年的专家能力基础上。因此，它能够支持您深入集成并集中管理综合全面的开放式基础架构系统。这样，您有望显著降低管理和部署系统所需的技能成本和培训成本。按照用途分类如下：文件服务器：文件服务器根据客户端的请求，对数据进行存储、检索及更新。打印服务器：有了打印服务器，就不必在每个客户端上安装打印机。并且，打印服务器支持各种打印机类型及打印队列。数据库服务器：数据库服务器的主要功能就是从磁盘存储、

15、搜索、检索及更新数据。Email 服务器Email 服务器作为电子邮件的存储库及路由器，负责将电子邮件发送到目的地。Web 服务器Web 服务器用于寄存Web 网页，并可运行服务器密集型 Web 应用。基础服务器 - DNSDNS 服务器负责处理客户端的名称解析请求。基础服务器 DHCPDHCP 服务器负责处理客户端的 IP 地址请求。虚拟化服务器虚拟化平台能够使多操作系统在相同的物理硬件上同时运行。三IBM的x86服务器IBM的x86服务器主要是System X系列（以X开头的服务器均为X系列服务器的型号）。IBM System x系列服务器是基于Intel和AMD的x86架构处理器而开发的

16、，主要面向中小型企业。从最初的PC服务器发展到现今的企业级x系列服务器架构，IBM System x经历了四代的演变，融合了IBM开发大型主机的40多年经验，能够向用户提供低成本、高可用性、高可靠性及可扩展的企业级应用服务器。同时IBM System x还向用户提供了一系列灵活的系统管理工具，使得系统的维护更为便捷和高效。IBM公司的服务器产品包括IBM System z, IBM System i, IBM System p, IBM SystemStorage和IBM System x。如图所示，IBM采用了在大型机和小型机（IBM System z，IBM System i和IBM Sy

17、stem p）多年来的技术优势和深厚积累，比如群集扩展性能，高可靠性，高可用性和高可管理性，把一系列领先技术（光通道、远程联接诊断、超级并行交换开关、热插拔和热添加）系统地移植到System x服务器，从而使IBM System x系统地吸收了IBM四十多年来在高可靠企业计算系统方面的技术精华。IBM System x的名字起源于IBM的PC服务器，后来更名Netfinity，然后更名为eServer xSeries，现在是System x，但贯穿其中不变的是IBM企业级x系列服务器架构（Enterprise X-Architecture），为用户提供了以前IBM仅向大型机和其它高端系统用户提

18、供的高级功能。如下表所示，IBM System x具有高可用性，高灵活性，开放性，高性能和高扩展性，简化的可管理性，虚拟化，强大的支持和可服务性。IBM System x特点实现高可用性热插拔和冗余预测故障分析（PredictiveFailure Analysis: PFA）高级内存 - Chipkill - 在线备用 - 内存镜像 -热插拔和热添加内存矢量校准冷却（Calibrated Vector Cooling）高灵活性平台选择升级选择和选项集成RAID集成主板管理控制器（Baseboard Management Controllers: BMC）eXtended I/O领先的每瓦性能长

19、期稳定性和兼容性开放性最新技术和标准Blade.org合作伙伴纳入管理高性能和高扩展性X3/X4 架构按需扩展（XpandOnDemand）简化的可管理性BMC 和RSAIBM Director - 多平台 - 多供应商 - 插件 -企业集成Power Executive服务能力和支持光通路诊断组件的颜色编码IBM 服务和支持 -多平台 -多供应商 -软件支持电子服务代理商虚拟化VMware销售和支持（IBM BladeCenter HS21 XM 刀片服务器和IBM System x3850 M2服务器集成VMware ESX Server 3i）IBM Director虚拟化管理器为了满足

20、日益增长的Web 2.0企业和数据中心的需求，2008年4月23日，IBM发布了互联网级服务器IBM System x iDataplex，提供量身定制的互联网级数据中心，在相同的电源和散热模块封装中容纳更多的处理器，更高效地利用空间。IBM System x iDataPlex是一款互联网级的解决方案，可帮助客户克服在电源、散热和物理空间方面的限制。iDataPlex解决方案采用创新的设计，将基于Intel处理器的处理融入到了节点、机架和数据中心内，可以提高电源和散热效率并获得所需的计算密度。iDataPlex解决方案围绕Flex Node技术构建，提供了定制的解决方案，以满足客户对计算能力

21、、存储密度和联网的特殊业务需求。图1.2显示了IBM System x iDataplex外观图，其最突出的三大优点是节能，高密度计算和易用。1)节能：iDataPlex服务器配备了水冷装置来取代空气制冷设备，其适用于互联网级数据中心的灵活设计其能耗仅为40%，大幅减少散热成本；最小化甚至免除空调开支。（参见文献2）2)高密度计算：iDataplex独特的机架设计专门经过优化，可以大大节省占地空间。创新的机架体系架构与标准1U机架相比使服务器密度提高了一倍以上，计算密度提高了5倍。（参见文献2）3)易用：借助布满可轻松管理的组件的智能机架，iDataPlex解决方案可以整合信息提供单点参考，快

22、速一瞥便可以知晓一切是否工作正常。iDataPlex服务器使用前端访问式布线易于维修和管理，您无需操作后面板便可以完成工作。其自定义设计能支持应用软件和工作负载的特殊需求，iDataPlex服务器的机箱在工厂中已经完成整体的配置，全面的测试和集成，然后整机出厂直接交付给用户。iDataplex是一种交钥匙式的解决方案，由于在工厂中已经完成了所有的集成工作，这样用户第一天就可以开始iDataplex。并且iDataplex采用包括Linux操作系统和集群管理技术xCat在内的工业标准化组件，从而减少了服务器的运行成本和有助于第三方厂商的集成。IBM企业级X系列服务器架构在2007年，IBM推出了

23、第四代企业级x系列服务器架构（Enterprise X-Architecture）。第四代企业级x系列服务器架构提供无与伦比的解决方案，允许利用16、32甚至64个并行处理单元或“内核”。第四代EXA技术能够在可扩展性、可靠性、可用性和卓越的设计之间维护系统均衡，以便通过一个高能效的产品来满足数据库处理、企业应用主机托管及通过虚拟化整合服务器等要求。下表简单地回顾了IBM企业级x系列服务器架构的历史和各个阶段的主要特点。企业级x系列服务器架构推出时间及机型主要特点第一代2002年 x440 内存镜像 32MB XceL4服务器加速缓存第二代2003年 x445 热插拔内存 聚集I/O提高40%

24、 延时降低12% 64MB XceL4服务器加速缓存第三代2005年 x366 双总线架构 支持x86 64位扩展(EM64T) 96MB XceL4服务器加速缓存 支持PCI-X 2.0，所有槽66MHz第四代2007年 x3850 M2 处理器独占的前端总线(FSB) 前端总线(FSB)频率从667 MHz提高到1066 MHz 内存带宽从333 MHz提高到67 MHz 内存容量提高倍 支持核 提供系统管理虚拟化模块组(embedded hypervisor capability) :内嵌4GB VMWare ESX 3i U盘IBM企业级x系列服务器架构吸收了IBM 40多年来在大型机

25、和小型机方面的设计精华，通过简化管理、降低成本和提高可用性，降低了用户的总拥有成本。其主要包含以下技术：XpandOnDemand 按需扩展PCI-X I/O和 Active PCI-X I/O高级内存子系统XceL4服务器加速缓存XpandOnDemand 按需扩展XpandOnDemand能够按照系统扩展，提供根据客户需求付费的可扩展性，从而保护了客户的现有投资。通过使用业内标准的硬件，XpandOnDemand可以轻松实现更高性能。比如只需要通过XpandOnDemand数据跳线连接4台4路x3950 M2服务器（Intel 6核至强处理器）就可升级为1台16路服务器（96个Intel处

26、理器内核）。这些功能使用户可以根据需求变化来动态增加处理器和内存容量。下图显示了使用IBM System x3950 M2来进行XpandOnDemand按需扩展，动态地增加处理器，内存和磁盘控制器。PCI-X IO和Active PCI-X IO当前PCI总线带宽不够支持新兴的10 Gbps（或更高）I/O环境。IBM与其他公司于1998年提出并实现了PCI-X标准，主要用来解决日益增长的高速设备（高速以太网卡，光纤通道，Ultra3 SCSC适配卡等）和多处理器集群间通信所带来的总线带宽瓶颈。IBM System x服务器支持最新的PCI-X标准，其成倍提高了PCI总线带宽，缓解了I/O瓶

27、颈。IBM System x服务器支持Active PCI-X允许用户无需关闭服务器就可添加或更换Active PCI 和Active PCI-X卡，支持如下特性：热插拔：允许用户更换故障或即将发生故障的适配器，无需重启热添加：提供简便升级，允许用户在服务器运行时添加新适配器（IBM是业界第一家提供这一特性的厂商）故障切换：在主适配器故障时允许备份适配器负责运行所有正在处理的业务高级内存系统IBM System x使用了很多先进的内存技术，其主要包含以下四种技术：1)Chipkill内存：Chipkill内存最初是由20年前的IBM大型机发展过来的，ChipKill最初是为美国航空航天局（NA

28、SA）的“探路者”探测器赴火星探险而研制。它是IBM公司为了解决服务器ECC（Error Checking and Correcting）内存技术的不足而开发的。ECC将信息进行8比特编码时，只能改正1比特的错误和检查到（但不改正）2比特的错误。而Chipkill内存提供对每个DRAM内存纠正2比特错误的能力，进一步提高了服务器的可靠性。2)Memory ProteXion：Memory ProteXion最初开发用于IBM大型机并且多年来用于IBM System z和IBM System i服务器，用来帮助保护不出现由于硬内存错误导致的突发故障。它的工作方式是：如果系统检测到DIMM内存上有

29、坏扇区，它将把数据写到备用扇区以实现这一目的。Memory ProteXion在DIMM级别工作，可纠正多位元DRAM错误并进一步防止数据丢失。3)内存镜像：在该项技术中，内存的管理方法与RAID配置中磁盘镜像非常类似。在这种情况下，主内存条上数据的精确映射被镜像到备用内存条。结果是，如果一根内存条出现故障，镜像的内存条将变为主内存条。在更换了故障内存条之后，主内存条内存中的数据将镜像复制到新内存条。4)热添加/热插拔内存：在系统不关机的情况下热添加/热插拔内存，从而动态添加主存，增强性能。内存镜像和热插拔支持允许同步读写独立的和冗余的内存卡，从而提供无与伦比的高级数据保护。Xcel4XceL

30、4服务器加速缓存（Server Accelerator Cache）是集成在SMP扩展模块中的DDR（双倍速率）内存，可实现Intel处理器、主存储器和I/O设备间的高速性能，通过降低处理器需要访问主内存的次数来获取更多的数据，可以将总体系统性能提高20。IBM System x每个SMP扩展模块都包括一个32MB（或更高）XceL4缓存。当客户从4路向8路扩展时，无论他们选择向4路中添加另一个SMP扩展模块还是将两个4路系统连接在一起，均能从添加另一个32MB XceL4缓存中受益。同样，在16路配置中，无论配置方式是2x8路还是4x4路，客户均能从128MB XceL4缓存中受益。易于管理

31、的硬件基于硬件和软件的系统管理功能是IBM System x服务器和刀片服务器系列产品的一个重要的亮点。这些功能使IBM服务器更容易管理，并提供全面的警报和基于任务的管理。不管是入门级配置还是大型高端企业环境，良好的服务器系统管理都是全面减少总成本拥有的关键，因此IBM System x从最初的设计开始就非常重视提供良好的系统管理软件，从而减少用户的总拥有成本。IBM随System x服务器和刀片服务器一起提供了一组完备的系统管理工具，以帮助客户解决在服务器的使用期内所遇到的现实问题，在成本节约和提高可用性方面实现量化的效益。这样，客户可以相应地从投资中获得更多的回报，并可以让珍贵的人力资源物尽其用。根据所管理的元素和侧重点的不同，客户的系统管理任务在逻辑上可以分为以下三层：1)具体设备的单点管理；2)跨设备的多系统平台管理；3)异构可