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[周报全文]服务器导航

2001年03月21日 00:00:00 | 作者:佚名 | 来源:$page.getBroMedia() | 查看本文手机版

摘要:服务器导航

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服务器导航
历军
    随着信息技术的发展和我国信息化建设的不断深入,Internet日益成为人们工作和学习的有力工具,人们不断地开发出各种网络软件和硬件设备来满足市场的需要。不少知名厂商不仅提供PC硬件,还提供大众需要的Internet和电子商务服务。在服务器制造商那里,你不仅能获得强大和可靠的服务器,而且还能得到基本的电子商务服务包,包括电子邮件、Web页面创建工具、Web主机服务以及咨询服务,如何从众多的产品中选择适合自己的产品是摆在系统管理员面前的一道难题,要搞清服务器的选择方法首先从服务器的分类说起。

服务器的分类
    网络服务器(Network Server)也就是俗称的服务器可以有很多种分类方法。从指令系统的角度可以分为两类:一类是CISC(复杂指令集计算,Complex  Instruction Set Computing)服务器,一类是RISC(精简指令集计算,Reduced Instruction Set Computing)服务器。从使用的操作系统不同可以分为NT服务器(主要指我们常说的PC服务器)和Unix服务器。 NT服务器通常建立在Intel架构上,而Unix服务器却有多种硬件平台,如IBM PowerPC系列处理器、SUN SPARC处理器、DEC ALPHA处理器、HP PA-RISC处理器等等,Unix操作系统各公司也都有各自的版本,如IBM AIX、SUN Solaris、HP UX等等。
    RISC服务器的技术特点
    RISC概念是IBM在70年代提出的。RISC技术大幅度减少指令的数量,用简单指令组合代替过去的复杂指令,通过优化指令系统来提高运行速度。RISC技术采用了更加简单和统一的指令格式、固定的指令长度以及优化的寻址方式,使整个计算机体系更加合理。指令系统的简化使得系统指令译码器的设计复杂程度也大大简化了,并使完全由硬件逻辑实现指令译码成为可能,而尽量减少使用内嵌微代码来完成译码操作,大大提高了指令的执行速度。RISC处理器比同等的CISC处理器性能提高50%~75%。几乎无一例外地,各种大型计算机和超级服务器都采用RISC架构的处理器,RISC处理器已经逐渐成为高性能计算机的代名词。目前RISC架构的处理器主要有PowerPC处理器、SPARC处理器、PA-RISC处理器和MIPS处理器。 
    CISC处理器的技术特点
    CISC技术从1964年IBM360系统开始,包括后来的X86系列处理器都属于这种结构。其特点是指令系统复杂,通常具有100条以上的指令(有的达到500条)和多种寻址方式,多数指令是多周期指令。CISC系统追求的目标是机器指令设计尽力接近高级语言的语句使编译过程简单。复杂的指令结构和大量的寻址方式使得编译程序每运行一步都面临大量需要选择的指令和寻址方式,编译过程非常复杂。同时大量的指令使指令控制器的设计复杂化,占用芯片的面积增大,不利于大规模集成电路的设计,系统的性能提高受到限制。目前的奔腾处理器就属于这种结构,随着技术的发展,奔腾处理器正不断采用一些RISC技术来提高性能。
    台式服务器与机架式服务器
    按照服务器的物理结构可以分为台式服务器和机架式服务器。所谓台式服务器是指通常独立放置在桌面上使用的产品,由于没有统一的外形规格标准,各个厂商的产品设计都不同,在多台服务器同时使用时需要占用大量的机房空间并且不易管理和维护,不利于大量的集中采用。但台式服务器外形设计美观、富有个性、安装方便,适合作为独立服务器使用。为适应网络信息服务企业的需要,制造商们纷纷推出了采用标准19英寸的可机架式安装的产品,由于外形尺寸采用了工业标准,各个厂商的产品可以容易地安装到同一个19英寸机架上,便于集中管理和维护,同时节省了大量机房空间,满足了ISP/IDC等信息服务企业的需要,机架式服务器目前正在高速发展之中。
    专用服务器
    近年来,服务器领域又掀起了专用服务器的热潮。专用服务器也叫作功能服务器,是按照服务器所提供的主要功能来进行细分的,如Web服务器、缓存服务器、防火墙服务器、负载均衡服务器、网络存储服务器等等。实际上专用服务器大多是在通用的服务器硬件平台上安装相应的应用软件并根据特定的功能进行一定的优化,使之在完成特定功能时发挥较高的性能,并且无需用户进行复杂的专门配置,即买即用,方便快捷。它在性价比、可靠性、简便性等方面都获得了很大的提高。与通用服务器相比,专用服务器具有I/O性能好、数据处理能力强、用户响应时间短、可靠性高等特点,在体系结构、系统设计、软件优化、管理工具、集成特性等方面具有突出优点,能够与目前广泛使用的主流网络设备相兼容,在满足用户网络应用需要方面,具有无可比拟的竞争优势。有的厂商也针对专门的功能对硬件和软件进行重新设计以便更好地发挥服务器的性能。专用服务器的概念泛指一类产品,对产品的内容并无严格界定,根据完成的功能可以定义大量的专用服务器名称,严格地说并不能作为一种服务器的分类方法。

服务器技术的发展
    铜芯片技术
    铜芯片问世,开创了一个新的历史纪元。铜的采用使单位面积硅片具有更高的集成度、更小的功耗、更高的工作频率。2000年,IBM开始大批推出采用铜芯片的产品,如RS/6000的X80系列产品。单片可集成2亿个晶体管,大大提高了运算性能。而1.85V的低电压操作,大大降低了芯片的功耗,发热量小,从而大大提高了系统的稳定性。 
    IA64体系结构的采用
    IA64架构是由Intel公司和HP公司联合开发的,它采用了一种称作“清晰并行指令计算(EPIC)”的全新系统架构技术。
    提高处理器的性能主要有两种途径,一是不断提高CPU的时钟频率和内部并行工作的流水线数量,使CPU在单位时间内进行更多的操作。二是开发处理器指令级的并行性,为了使流水线高效地工作,采用分支预测、乱序执行等技术。但是这些技术都多少存在一些缺点,人们又开发了EPIC技术。此项技术能在原有的条件下最大限度地获得并行能力(即并行工作的潜力),并以明显的方式传达给硬件。同时,他们在EPIC技术的基础上联合定义了一种新的64位指令架构(ISA),Intel将此技术融入其IA64架构之中。新的64位ISA采用全新的方式,把清晰并行性能与推理和判断技术结合起来,从而大大跨越了传统架构的局限性。EPIC技术支持的IA64架构,打破了传统架构的顺序执行限制,使并行能力达到了新的水平。预测、判断功能与显性并行功能的创新应用令EPIC技术打破了传统架构的局限性(如错误预测分支、存储等待等)。而这些概念不能直接加到现有的系统架构上,必须创立一个新的系统架构,即IA64。IA64是第一个旨在充分利用并执行指令的主流系统架构。IA64架构的广泛资源、固有可扩展性和全面兼容性,将使它成为可支持更高性能的服务器和工作站的新一代处理器系统架构。
    SCSI(Small Computer Systems Interface)接口
    当前硬盘的制造技术得到了高速发展,已经制造出平均寻道时间小于5ms、盘片转速达每分钟15000转的硬盘。同时性能也获得了大幅度提升,硬盘性能在服务器上的瓶颈效应逐渐减轻,而服务器的存储容量需求也大幅度提高,I/O性能成为评价服务器总体性能的重要指标。目前工作组级以上的服务器基本上采用SCSI总线的存储设备,SCSI总线是一种小型计算机系统接口,经过多年的改进已经成为服务器I/O系统最主要的标准,几乎所有服务器和外设制造商都在开发与SCSI接口连接相关的设备。
    SCSI适配器通常使用主机的DMA(直接内存存取)通道把数据传送到内存,可以降低系统I/O操作时的CPU占有率。SCSI接口可以连接硬盘、光驱、磁带机、扫描仪等常见的外设,外设通过专用线缆和终端电阻与SCSI适配卡相连,SCSI线缆把SCSI设备串联成菊花链。SCSI标准明显的缺点是对连接的设备有物理距离和设备数目的限制,同时总线式结构也带来了一些问题,例如难以实现在多主机情况下的数据交换和共享。
    SCSI总线支持数据的快速传输,目前主要采用的是80MB/s和160MB/s传输率的Ultra2和Ultra3标准,由于采用了低压差分信号传输技术,使传输线长度从3米增加到10米以上。在2001年SCSI总线传输率将会达到320MB/s,而在不久的将来640MB/s的SCSI总线也会被采用。
    智能输入/输出(Intelligent I/O)技术
    随着处理器性能的飞速提高,服务器系统的作用越来越大,一旦作为网络中心设备后,其数据传输量会大大增加,因而I/O数据传输经常会成为整个系统的瓶颈。智能输入/输出(I2O)技术把任务分配给智能I/O系统,在这些子系统中,专用的I/O处理器将负责中断处理、缓冲存取以及数据传输等繁琐的任务,这样,系统的吞吐能力就得到了提高,服务器的主处理器也能被解放出来去处理更为重要的任务。
    因此,依据I2O技术规范实现的PC服务器在硬件规模不变的情况下能处理更多的任务,作为中小型网络核心的低端PC服务器可以从中获得更多的性能提高。
    RAID(Redundant Array of Independent Disks)冗余磁盘阵列技术
    RAID技术是一种工业标准,各厂商对RAID级别的定义也不尽相同。目前对RAID级别的定义可以获得业界广泛认同的有4种,RAID 0、RAID 1、RAID 0+1和RAID 5。
    RAID 0是无数据冗余的存储空间条带化,具有成本低、读写性能极高、存储空间利用率高等特点,适用于Video/Audio信号存储、临时文件的转储等对速度要求极其严格的特殊应用。但由于没有数据冗余,其安全性大大降低,构成阵列的任何一块硬盘的损坏都将带来灾难性的数据损失。所以,若在RAID 0中配置4块以上的硬盘,对于一般应用来说是不明智的。
    RAID 1是两块硬盘数据完全镜像,安全性好,技术简单,管理方便,读写性能均好。但它无法扩展(单块硬盘容量),数据空间浪费大,严格意义上说,不应称之为“阵列”。
    RAID 0+1综合了RAID 0和RAID 1的特点,独立磁盘配置成RAID 0,两套完整的RAID 0互相镜像。它的读写性能出色,安全性高,但构建阵列的成本投入大,数据空间利用率低,不能称之为经济高效的方案。
    RAID 5是目前应用最广泛的RAID技术。各块独立硬盘进行条带化分割,相同的条带区进行奇偶校验(异或运算),校验数据平均分布在每块硬盘上。以n块硬盘构建的RAID 5阵列可以有n-1块硬盘的容量,存储空间利用率非常高。任何一块硬盘上的数据丢失,均可以通过校验数据推算出来。它和RAID 3最大的区别在于校验数据是否平均分布到各块硬盘上。RAID 5具有数据安全、读写速度快,空间利用率高等优点,应用非常广泛,但不足之处是如果1块硬盘出现故障以后,整个系统的性能将大大降低。
    RAID 1、RAID 0+1、RAID 5阵列配合热插拔(也称热可替换)技术,可以实现数据的在线恢复,即当RAID阵列中的任何一块硬盘损坏时,不需要用户关机或停止应用服务,就可以更换故障硬盘,修复系统,恢复数据,对实现高可用系统具有重要的意义。
    可用性(Availability)技术
    系统硬件的可用性在很大程度上取决于那些MTBF值较低而能对系统正常运行造成重大影响的部件,如硬盘、风扇、电源等。在系统设计中对关键部件进行冗余设计,可以大大提高系统的可用性。冗余技术的基础是合理有效地对系统运行状态进行监控,在及时发现故障的前提下启动冗余部件。
    磁盘系统冗余:通过配置热插拔硬盘并使用RAID系统,可以完全避免由于硬盘损坏造成的系统故障。
    电源系统冗余:热插拔冗余电源正常工作时,两台电源各输出一半功率,从而使每一台电源都工作在轻负载状态,利于电源稳定工作。当其中一台发生故障,短时由另一台接替其工作,并报警。系统管理员可在不关闭系统的情况下更换损坏的电源。采用热插拔冗余电源可以避免系统由于电源损坏而造成的停机。
    网络系统冗余:采用自动控制的冗余网卡,当系统正常时多网卡自动分摊网络流量,使系统网络通信带宽提高,而在有网卡损坏或出现线路故障时,其工作自动切换到其他网卡。不会由于网络通道故障或网卡故障影响正常服务。
    冷却系统冗余:自动切换的冗余风扇对风扇转速进行实时监测,发现故障时自动报警并启动备用风扇。系统工作正常时,主风扇工作,备份风扇不工作,当主风扇出现故障或转速低于规定转速时自动启动备用风扇。由于备用风扇平时处于停止状态,所以可以保证在工作风扇损坏时马上接替服务,不会造成由于系统风扇损坏导致的系统内部温度升高而产生的工作不稳定或停机现象。
    系统冗余:双机热备份高可用(HA,High Availability)系统,通过对关键部件的冗余设计,可以保证系统硬件具有很高的可用性,对于一般非关键应用场合,其硬件系统的可用性可以达到99.99%。但在一些极其关键的应用场合,可以采用双机热备份的高可用系统,使系统可用性达到99.999%。正常工作时,两台服务器同时工作,通过以太网和RS232口互相进行监测,并不断完成同步操作,数据保存在共享磁盘阵列中。当任何一台服务器出现故障,另一台服务器将快速接管服务。其切换时间仅需1-2分钟。
    由操作系统和应用软件故障而引起的系统停机具有较大的不确定性,很难进行有效的管理和预测,因而快速恢复软件系统、缩短系统停止服务的时间就变得十分重要。通常处理由操作系统和应用软件造成的系统性能降低或瘫痪最好的办法是重装系统,但重装和配置系统所花费的时间相当长,无法适应高可用性的要求,采用操作系统和应用程序备份恢复系统,可以大幅度降低系统恢复的时间,在软件系统出现故障后迅速恢复,使停机时间减到最低。
    操作系统和应用软件备份:备份恢复系统支持操作系统和应用软件的备份和自动恢复功能。在系统管理员认为系统运行状态良好时进行备份,备份过程相当简单,当操作系统或应用软件工作正常且性能良好时,系统管理员只需进入备份程序并在程序验证用户身份后即可进行备份操作。当系统发生软件故障时,通过类似方法可在短时间内使系统恢复到备份时的状态(包括系统配置,用户信息,应用软件),免去了重装系统的烦恼,降低了系统停止服务时间和费用。
    系统的可用性是服务器厂商不断追求的目标,随着我国信息化建设的不断深入,大量的信息将通过服务器来进行存储和交换,高可用的服务器系统必将成为市场竞争的热点,发展PC服务器的可用性技术提高市场竞争力对服务器厂商而言具有十分重要的意义。
    NUMA(Non-Uniform Memory Access)分布式内存存取
    NUMA技术是在SMP和集群技术的基础上发展起来的,结合了两种技术的优势,它将多个SMP结构的服务器通过专用高速网络连接起来,组成多CPU的高性能主机。NUMA技术克服了SMP结构的服务器在多CPU共享内存总线带宽时产生的系统性能瓶颈,可以支持64个以上的CPU。如果采用NUMA技术,每一个SMP节点机都拥有其自己的局部内存,并能够形成与其他节点中的内存静态或动态的连接。NUMA体系结构的服务器从内部来看,整体上是分布内存式的,但是由于它的传输通道带宽较高,不存在Cluster结构下的通信带宽瓶颈问题,因而从用户使用的角度来看和共享内存式的机器一样。NUMA技术实现了大量处理器间接共享内存,是一种具有前途的大型服务器技术,是今后几年大型服务器发展的重要方向。
    智能监控管理技术
    目前的高性能服务器普遍采用专用的服务处理器(Serivce Processor)来对系统的整体运行情况进行监控。系统中的一些关键部件的工作情况都通过一条称为I2C总线的串行通信接口(+本站微信networkworldweixin),传送到服务处理器并通过专用的监控软件监视各个部件的工作状态。服务处理器可以对服务器的所有部件进行集中管理,可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数,增加了系统的安全性,方便了管理。智能监控管理技术正逐渐由单CPU向多处理器方向发展,服务器系统中的重要部件都会由独立的专用监控处理器进行管理,再通过I2C总线将各个监控处理器连接在一起,形成一个独立于系统的智能监控网络,即使在服务器系统瘫痪时,系统管理员也可以通过服务处理器恢复系统。服务处理器还可以实现系统故障分析预测以及协助进行性能优化,消除系统性能瓶颈等。服务器智能监控管理技术的发展适应了现代服务器技术向高可用性、易于管理方向发展的潮流,作为服务器设计技术的一个重要组成部分将会发挥更大的作用。
    热插拔(Hot Swap)技术
    热插拔技术指在不关闭系统和不停止服务的前提下更换系统中出现故障的部件,达到提高服务器系统可用性的目的。目前的热插拔技术已经可以支持硬盘、电源、扩展板卡的热插拔。而系统中更为关键的CPU和内存的热插拔技术也已日渐成熟。未来热插拔技术的发展将会促使服务器系统的结构朝着模块化的方向发展,大量的部件都是可以通过热插拔的方式进行在线更换的。
    InfiniBand技术
    InfiniBand是一种新型的高速总线体系结构,它可以消除目前阻碍服务器和存储系统的瓶颈问题,是一种将服务器、网络设备和存储设备连接在一起的交换结构的I/O技术。它有望广泛取代目前的PCI技术并大大提高服务器、网络和存储设备的性能。InfiniBand产品能够克服基于最新PCI-X的服务器的瓶颈。它可以应付500MB/s到6GB/s的传输速率,并提供高达2.5GB/s的吞吐量。而目前的体系结构仅支持1GB/s。

服务器的选择
    根据不同用户的不同需求,应该如何选择适合自己的服务器产品呢?首先要认真分析服务器的主要用途,根据不同的用途确定选择服务器的类型。对于一个小部门办公需要而言,服务器的主要作用是完成文件和打印服务,文件和打印服务是服务器的最基本应用之一,对硬件的要求较低,一般采用单CPU即可。为了给打印机提供足够的打印缓冲区需要较大的内存,为了应付频繁和大量的文件存取要求有快速的硬盘子系统,而好的管理性能则可以提高服务器的使用效率。对于运行各种网络应用的应用服务器,应该采用双CPU或多CPU的系统。多CPU的服务器可以提高应用程序运行的速度,大的内存可以保证在用户数量较多时保持较高的服务性能,快速大容量硬盘子系统同样有利于提高系统整体性能。
    IA服务器根据服务的用户数量可以分为入门级、工作组级、部门级和企业级。
    入门级服务器通常只有一个CPU,配置128MB内存和大容量的IDE硬盘,必要时也会采用IDE RAID进行数据保护。适用于在一个或几个办公室之间完成文件共享和打印服务,也可以在小范围内完成诸如E-mail、Proxy、DNS等服务。
    工作组级服务器一般支持1~2个PIII处理器,配置了小型服务器所必备的各种特性,如采用SCSI总线的I/O系统、SMP对称多处理器结构、可选装RAID、热插拔硬盘、热插拔电源等,具有高可用性特性,比较适合中小企业、中小学、大企业的分支机构,通常适用在300~500个客户机的场合。
    部门级服务器一般支持2~4个PIII Xeon处理器,具有较高的可靠性、可用性、可扩展性和可管理性。通常标准配置有热插拔硬盘、热插拔电源、RAID。适合中型企业作为数据中心、Web站点等应用。
    企业级服务器通常支持4~8个PIII Xeon处理器、最新CPU技术及关键部件热插拔技术,使得系统性能、系统连续运行时间均得到最大的提升,具有良好的系统伸缩性,极大地保护了用户投资。同时系统的监控管理也得到很大简化。
    主要面向大型企业、重要行业、政府关键部门等应用领域,如金融、证券、ISP/ICP等用户的后端数据库服务器,以及应用决策支持系统(DSS)、OLTP、数据中心、企业ERP等领域,可作为集群服务器的硬件平台。在电子商务、ERP、Database等应用中能够充分发挥出IA架构服务器性价比的优势。
    不同行业的用户在选择服务器产品时会有不同的需求,选择服务器时考虑的问题也不相同,应该根据应用的实际情况选择服务器的类型和配置,实践证明并非选择大的配置都是最好的方案。
    不同的应用依赖的性能参数不同,一台双CPU的图形工作站在运行支持多线程的CAD程序时可以发挥极高的性能,而将其用来运行字处理程序却无法得到应有的效果,因为字处理软件无法支持多线程处理,不能发挥多CPU的性能。一台视频点播服务器的U3 SCSI系统可以发挥极好的效果,因为大量的视频数据从硬盘中读取时需要极大的I/O带宽,在这样的系统中增加CPU的性能所得到的效果并不明显。如何根据具体应用确定服务器的配置是选择服务器的主要问题。
    对于信息服务企业(ISP/ICP/ISV/IDC)选择服务器时首先要考虑服务器的体积、功耗、发热量等物理参数,因为信息服务企业通常使用大型专用机房统一部署和管理大量的服务器资源,机房通常设有严密的保安措施、良好的冷却系统、多重备份的供电系统,其机房的造价相当昂贵。如何在有限的空间内部署更多的服务器直接关系到企业的服务成本,通常选用机械尺寸符合19英寸工业标准的机架式服务器。
    机架式服务器也有多种规格,例如1U(4.45厘米高)、2U、4U、6U、8U等。通常1U的机架式服务器最节省空间,但性能和可扩展性较差,适合一些业务相对固定的使用领域。4U以上的产品性能较高,可扩展性好,一般支持4个以上的高性能处理器和大量的标准热插拔部件。管理也十分方便,厂商通常提供相应的管理和监控工具,适合大访问量的关键应用,由于体积较大空间利用率不高。
    而对于中小企业而言,选择服务器时考虑的问题又有所不同。首先,中小企业正处在创业和发展的关键时期,有限的资源必须充分和高效地利用,应该从实际出发选择满足目前信息化建设的需要又不投入太多资源的解决方法,通常一个少于500个客户端的中小企业局域网采用工作组级服务器就可以满足要求;其次,由于中小企业发展速度较快,快速增长的业务不断对服务器的性能提出新的要求,为了减少更新服务器带来的额外开销和对业务的影响,服务器应当具有较高的可扩展性,可以及时调整配置来适应企业的发展。另外,由于人员紧张,无法保证专业的网络维护人员,这就要求服务器产品具有非常好的易操作性和可管理性,当出现故障时无需专业人员也能将故障排除。根据上面的分析,中小企业可以选择一些国内品牌的产品,经过多年的努力,国产服务器的质量水平已经非常接近国外著名产品,特别是在中低端产品上国产品牌的性价比具有较大的优势。
    对于一些重要的行业应用如证券、银行、邮电等,服务器是企业业务的重要基础,服务器的可用性是首先考虑的问题,如何达到最大的可用性是选择服务器时考虑的最重要的因素,系统的可用性指标可以用两个参数进行简单的描述,一个是平均无故障工作时间(MTBF),另一个是平均修复时间(MTBR)。系统的可用性可用下式表示:

    系统可用性=MTBF/(MTBF+MTBR)

    也就是说,如果系统的可用性达到99.9%,则每年的停止服务时间将达8.8小时,而当系统的可用性达到99.99%时,年停止服务时间是53分钟,当可用性达到99.999%时,每年的停止服务时间只有5分钟。对于网络时代的企业,任何服务停止带来的损失无疑是巨大的。证券、银行、邮电等重要企业应用应采用具有完备的故障自修复能力的系统,关键部件应采用冗余措施,对于关键业务使用的服务器也可以采用双机热备份高可用系统,这样的系统可用性可以达到99.999%。■
[责任编辑:程永来 cheng_yonglai@cnw.com.cn]