刀片式服务器 深度解析服务器科普知识

原文:汉迪建筑师技术联盟

在上一篇关于服务器基础知识的文章《【收藏】最全面的服务器基础知识科普》中，读者阅读了1.1W以上，既然大家都这么喜欢这类科普文章，那么今天，笔者再一次为大家带来与服务器深度知识相关的文章。请移动椅子，立即开始精彩内容。

服务器是网络数据的节点和枢纽。它是一种高性能计算机，存储和处理网络上80%的数据和信息。它负责同时为网络中的多个客户端用户提供信息服务，获取大家都非常熟悉的服务器的RAS特性。然而，事实上，服务器的可服务特性包括RASUM。它们是:

可靠性

可靠性是保持可靠性和一致性的特征。数据完整性和硬件故障发生前的预警是可靠性的两个方面，如硬件冗余、预警和RAID技术

高可用性(可用性)

高可用性是一项随时存在且可以立即使用的功能

从系统故障中快速恢复；支持关键部件热插拔；新组件替换故障组件的能力

可扩展性(可扩展性)

有一定的可扩展空房间和冗余部件(如磁盘阵列机架位置、PCI和内存插槽位置等。)在服务器上。

增加记忆的能力；增加处理器的容量；增加磁盘容量的能力；支持多种主流操作系统的局限性

可用性(可用性)

是否易于操作，如用户导航系统是否完善，机箱设计是否人性化，是否有关键恢复功能，是否有操作系统备份，是否有足够的培训支持等。

可管理性(可管理性)

一方面，管理更高效，人力物力更少；另一方面，它提供了一个简单的基础设施来简化最基本的管理。

在上一篇文章中，我们还对服务器进行了不同的分类。服务器根据指令集分类如下:

复杂指令集计算机CISC

1)指英特尔生产的x86系列CPU(英特尔CPU的命名标准)及其兼容CPU

2)AMD的全系列CPU，英特尔的除安腾系列之外的CPU

精简指令集计算

1)小型机(IBM、HP、sun)；2)专用平台和系统；3)后台大规模应用的集约化、集中化处理。这种指令系统的CPU广泛用于中高档服务器，尤其是RISC指令系统的CPU用于高档服务器。

根据并行指令集epic(显式并行指令计算机)

这个指令集最重要的思想是并行处理。例如安腾和安腾2系列。如果按外观分类，可分为塔式、机架式、刀片式；

TOWER服务器:一款普通的服务器，采用纵横机箱结构，可以放置在普通办公环境中。机箱结构大，内部硬盘大，冗余电源，冗余风扇扩展空，散热好。

塔式(Tower)服务器既常见的立式和卧式机箱结构的服务器，可放置在普通的办公环境。机箱结构较大(类似于传统的台式电脑)。塔式服务器密度低，多为单处理器系统（有少部分为双处理器系统）。系统电源和风扇一般是单配，非冗余可靠性较低。

机架式服务器:机架式结构是传统电信机房的设备结构标准，宽19英寸，高1.75英寸每U，即1.75X2.54=4.445cm。

机架(Rack) 采用电信机房的设备结构标准，宽度为19英寸，高度以单位 Unit 计量，每“U”为1.75英寸，即4.445cm。通常有1U, 2U, 4U和8U之分，其中以2U和1U发货为主，其次是4U和8U. 近期市场也有3U和6U等高度的机架产品出现

刀片服务器:通常一个机箱可以插10-20个以上的“刀片”，每个“刀片”其实就是一个系统主板。

刀片服务器(Blade)是一种更高密度的服务器平台。一般包括刀片服务器、刀片机框(含背板)及后插板三大部分。不同厂商有不同高度的机框。各厂商机框皆为19英寸宽，可安装在42U的标准机柜上通常在一个机箱里可以插入数量不等(8~20块)的“刀片”，其中每一块“刀片”实际上就是一块服务器主板当前市场主流的刀片服务器包括 HP BL460c Gen8, IBM HS23, Dell M820, 华为BH622 V2等。按照处理器个数分类 ：单路、双路、多路。其中路：一台服务器内部支持的CPU个数；核：多个芯片集成在一个封装内

服务器基准测试系统

两个基准系统:TPC和SPEC。

20世纪90年代，TPC(事务处理性能委员会)成立，Benchmark(基准)登上历史舞台。企业购买服务器，除了主观上，理性之光开始闪耀。

Tpc-c单位是tpmC，评价系统的在线交易处理能力，意思是系统每分钟处理的新订单数；

主要模拟企业的MIS、ERP等系统，测试服务器的在线业务处理能力

SPEC(Standard Performance Evaluation Agency)是一家全球性的、权威的第三方应用程序性能测试机构，旨在建立、修改和识别一系列服务器应用程序性能评估标准。目前，它主要包括:

CPU性能规格CPU2000和规格CPU2006

网络服务器规范网络2005

面向高性能计算的规格HPC2002和规格MPI2006

Java应用的SPEC jAppServer2004和SPEC JBB2005，以及图形、网络和邮件服务器的测试指示器。

四种应用中的基准测试

1)高性能计算(HPC):Linpack… …

2)在线事务处理(OLTP): TPC-C …

3)Web服务:SPEC Web2005，TPC-W

4)Java应用服务器:SPECjbb2005

专用基准测试

1) Oracle基准测试

2) SAP基准测试等

服务器硬件组成

处理器、内存、芯片组、I/O (RAID卡、网卡、HBA卡)、硬盘、机箱(电源、风扇)。

CPU是中央处理器的简称，中央处理器是计算机最重要的组成部分，由运算单元、控制器和寄存器组成。CPU数据源:CPU-->:缓存-->:内存-->:硬盘；先找缓存，再找内存，最后找硬盘。

多核CPU:一个处理器封装中有多个处理核心，比如2个双核，4个四核。使用多核服务器可以提高计算效率，延长服务器投资的生命周期。

主要指标:频率、缓存、前端总线和功耗

1)频率:主频也叫时钟频率，单位是MHz或GHz，用来表示CPU运行和数据处理的速度。CPU主频=外部频率×倍频系数。外部频率是CPU的参考频率，单位为MHz，决定了整个主板的运行速度。理论上倍频是从1.5到无穷大，间隔0.5，可以使系统总线工作在相对较低的频率，提高CPU速度。

2)缓存:缓存的结构和大小对CPU速度影响很大。由于CPU需要重复读取同一数据块，增加缓存容量可以大大提高CPU内部读取数据的命中率，而不是在内存或硬盘中搜索，从而提高系统性能。

3)前端总线:FSB频率(即总线频率)影响CPU与内存直接数据交换的速度。数据带宽=(总线频率×数据位宽)/8。比如64位至强Nocona，前端总线800MHz，最大数据传输带宽6.4GB/ s。

服务器硬件规划一定要同步Intel CPU“滴答”的节奏，按照新的一年来发展。

2011、2012、2013和2014年。

新年:架构升级，主销售服务器优先综合开发；

小年:功能优化，Tick CPU升级，服务器功能优化，完成和临时市场需求版本。

存储器用于存储当前正在使用(即正在执行)的数据和程序。所有运行的程序都需要通过内存来执行。如果程序很大或很多，内存就会耗尽。

DDR3存储器

与第二代相比，第三代DDR SDRAM技术DDR3可以提供更高的带宽和更低的功耗。与DDR2相比，DDR3在相同速率下可将带宽提高66%，并将功耗降低40%。DDR3和DDR2也设计有240针，但凹槽位置不同。它们不兼容。

主要典型技术——ECC:传统服务器内存只采用ECC技术，可以纠正1-2位内存错误，创新内存容错技术，提供更高的可靠性，包括:

1)内存热备用:正常情况下不使用热备用内存。当工作内存的故障次数达到ECC的最大值时，系统会自动将故障内存模块中的数据传输到热备用内存模块，故障内存模块将不再使用。

2)内存镜像:内存数据有两个副本，避免内存故障造成数据丢失。同时，工作内存和镜像内存不在同一个通道，也避免了内存通道错误造成的数据丢失。

内存模块类型:UDIMM、RDIMM、LRDIMM

UDIMM:无缓冲DIMM，指控制器输出的地址和控制信号直接到达DIMM上的DRAM芯片。容量频率较低，但在相同频率下，由于没有缓冲器而导致的延迟较小。常见单容量为2GB/4GB，最高频率为1.33GHz

RDIMM: Registered DIMM，指控制器输出的地址和控制信号由Reg注册后输出到DRAM芯片。RDIMM是目前比较主流的内存库，单个容量2~32GB，最大频率1.6GHz，性能价格比和可扩展性都很好。

减轻负载的内存，低负载的内存。LRDIMM通过采用新技术和更低的工作电压，可以降低服务器内存总线的负载和功耗，使服务器内存总线达到更高的工作频率，大大增加内存支持容量。与普通RDIMM相比，双级LRDIMM内存的功耗只有50%。

记忆的主要指标

容量(如4/8/16/32 GB)；

频率(如800/1066/1333/1600 MHz)；

延迟:指系统进入数据访问操作就绪状态之前等待内存响应的时间。它通常用四个连续的阿拉伯数字来表示CL-TRP-TRCD-TRAS，如“3-4-4-8”。一般这四个数字越小表示记忆性能越好，但不是绝对的，需要配合决定。

芯片组由一组或多组芯片组成。其主要功能是提供处理器、内存、I/O设备之间的接口，是主板电路的核心。如果把CPU比作大脑，芯片组就相当于心脏，决定了主板的水平和档次。曾经是“南桥”和“北桥”的统称。随着科技的发展，南北桥已经合并。

PCI是连接电子计算机主板和外部设备的总线标准，用于连接显卡、声卡、网卡、硬盘控制器等高速外围设备。在数据传输速率要求高的应用中，可以解决原有标准总线数据传输速率低带来的瓶颈问题。PCI-e是继PCI和PCI-X之后的最新一代技术..

Pci-e:最新一代I/O总线技术。PCIe属于高速串行点对点双通道高带宽传输。连接的设备在不共享资源的情况下分配专用信道带宽，突破了系统I/O带宽瓶颈，主要支持主动电源管理、错误报告、端到端可靠传输、热插拔和服务质量(QOS)。

PCI-e 2.0:16X 2.0最高版本可达10GB/s..

Pci-e3.0:数据传输速率8GHz/s，PCI-E 2.x/1.x向后兼容继续支持2.5GHz和5GHz信号机制。PCI-E 3.0体系结构具有接近1GB/s的单通道(x1)单向带宽和高达32GB/s的十六通道(x16)双向带宽..

RAID卡是用于实现RAID功能的板卡，通常由I/O处理器、硬盘控制器、硬盘连接器、缓存等一系列组件组成。不同的RAID卡支持的RAID功能是不同的，比如RAlD0、RAID1、RAID3、RAID4、RAID5、RAID10。RAID卡可以让多个磁盘驱动器同时传输数据，对于单个磁盘驱动器达到数倍、数十倍甚至数百倍的速度。同时，Raid卡还提供了重要的容错功能。

数据组织形式

分块：将一个分区分成多个大小相等的、地址相邻的块，这些块称为分块。它是组成条带的元素。条带：同一磁盘阵列中的多个磁盘驱动器上的相同“位置”（或者说是相同编号）的分块。

数据访问模式

并行存取模式：是把所有磁盘驱动器的主轴马达作精密的控制，使每个磁盘的位置都彼此同步，然后对每一个磁盘驱动器作一个很短的I/O数据传送，使从主机来的每一个I/O 指令，都平均分布到每一个磁盘驱动器，将阵列中每一个磁盘驱动器的性能发挥到最大。适用范围：大型的、数据连续的以长时间顺序访问数据为特征的应用。独立存取模式：对每个磁盘驱动器的存取都是独立且没有顺序和时间间隔的限制，可同时接收多个I/O Requests，每笔传输的数据量都比较小。适用范围：数据存取频繁，每笔存取数据量较小的应用。

服务器管理技术

Ipmi:智能平台管理接口(intelligent platform management interface)是应用于服务器管理系统设计的标准，由英特尔、惠普、戴尔和NEC于1998年联合提出。用户可以使用IPMI监控服务器的物理健康特征，如温度、电压、风扇工作状态、电源状态等。使用该接口标准有助于在不同类型的服务器系统硬件上实现系统管理，并使不同平台的集中管理成为可能。

工作原理:IPMI的核心是一个特殊的芯片/控制器BMC，不依赖服务器的处理器、BIOS或操作系统，非常独立。只要有BMC和IPMI固件就可以开始工作了。BMC通常是安装在服务器主板上的独立板，现在也有支持IPMI的服务器主板。使用低级硬件智能管理代替操作系统进行管理有两个主要优势:第一，这种配置允许带外服务器管理；其次，操作系统不必承担传输系统状态数据的任务。

ip上的Kvm:通过网络将远程服务器的显示器、鼠标和键盘信号虚拟到本地控制终端，并通过本地控制终端操作远程服务器。其优点是:1)实施升级成本低，无缝升级；2)管理灵活集中；3)全局控制，操作简单；4)利用IP技术提供丰富的管理控制；

虚拟媒体:虚拟媒体技术实现了本地端的任何媒体都可以映射到受控服务器的USB设备上。通过这项技术，IT管理员可以执行现场操作，完成与数据相关的控制，如故障诊断、文件传输、应用程序和操作系统的修补等。，而不到达服务器站点。

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