当前主流、最新网络技术回眸（二）

（接上篇）

 

二、 服务器技术

服务器（仅指硬件服务器）技术的发展近几年也是日新月异的。先是有各种处理器扩展技术的对垒，再就是扩展性能更好、适应性更强的刀片服务器技术的出现，然后近两年的 64 位计算和双核、多核处理器技术。可以说是令人目不暇接。这些技术中有的已成为当前的主流服务器技术，有的则还是最新的技术，正处于发展之中，如多核技术。但这些都是我们必须了解，甚至掌握的技术。此处所讲的技术在我的《网管员必读 ―― 服务器与数据存储》一书中基本上都有。

1. 刀片服务器技术

所谓刀片服务器（ Blade Server ）是指在标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式的服务器单元，是一种实现 HAHD(High AvaiMabiMity High Density ，高可用高密度 ) 的低成本服务器平台，为特殊应用行业和高密度计算环境专门设计。
    顾名思义，刀片服务器的每一块 “ 刀片 ” 实际上就是一块系统主板。它们可通过 “ 板载 ” 硬盘启动自己的操作系统。每一块 “ 刀片 ” 就是一个独立的服务器，在这种模式下，每一块 “ 刀片 ” 运行自己的系统，服务于指定的不同用户群，相互之间没有关联。不过，管理员可以使用系统软件将这些 “ 刀片 ” 集合成一个服务器集群。在集群模式下，所有的 “ 刀片 ” 可以连接起来提供高速的网络环境，并同时共享资源，为相同的用户群服务。在集群中插入新的 “ 刀片 ” ，就可以提高整体性能。

而由于每块 “ 刀片 ” 都是热插拔的，所以，系统可以轻松地进行替换，并且将维护时间减少到最小。这些服务器可共用系统背板、冗余电源、冗余风扇、网络端口、光驱、软驱、键盘、显示器和鼠标，一个机箱对外就是一台服务器，而且多个刀片机箱还可以级联，形成更大的集群系统。
    刀片服务器的优点主要表现为：低功耗设计，能节省大量能源，减少能耗；占用空间小，高密度计算的方式有效地节约了空间；采用集中管理的方式，可以简化服务器的管理工作，减少维护费用；采用刀片服务器来构造服务器集群，易于维护管理，是最适合用来构造集群。
    在国内刀片服务器市场上， IBM 、 HP 是市场中主要的产品供应商，从销售额上看， IBM 、 HP 在刀片服务器市场占据了绝大部分市场份额，而国内品牌仅占很小的份额。

2. 服务器处理器的扩展技术

目前在服务器中所采用的处理器扩展技术主要有 SMP 、 MPP 、 NUMA 和群集这四种技术。
SMP （ Symmetrical MultiProcessing ：对称多处理）并行技术是相对非对称多处理技术而言的，应用十分广泛。在这种架构中，多个处理器运行操作系统的单一复本，并共享内存和其他资源，所有处理器都可以平等地访问内存、 I/O 和外部中断等资源。而在非对称多处理系统中，任务和资源由不同处理器进行管理，有的 CPU 只处理 I/O ；有的 CPU 只处理操作系统的提交任务，显然非对称多处理系统是不能实现负载均衡的。在对称多处理系统中，系统资源被系统中所有 CPU 共享，工作负载能够均匀地分配到所有可用处理器之上。 采用 SMP 扩展技术的服务器一般最多只能配置 8 个处理器，而且必须是对称的。

SMP 扩展方式的缺点是采用了共享总线、存储器和操作系统，因为可靠性和性能均较差。扩展能力也比较弱。
    MPP （ Massively Parallel Processing ：大规模并行处理）技术是一种无共享模式的并行处理技术，能实现比 SMP 更多的处理器扩展，有的高达 100 多个处理器。它的优点就是 SMP 扩展方式的缺点。它的缺点就是比较难以实现。
    非均匀存储访问（ NUMA ）是一种并行模型，属于 DSM 这一类。在 NUMA 体系结构中，每个处理器与自已的本地存储器和高速缓存相连，多个处理器通过处理器、存储器互联网络相连。处理器还通过处理器、 I/O 网络访问共享的 I/O 和外围设备。至于处理器之间的通信则通过可选的处理器之间的通信网络来实现。 NUMA 的物理内存分布在不同节点上，在一个处理器存取远程节点的数据，比存取同一点的局部数据 “ 路径 ” 远一些，时间长一些，所以是非均匀存储访问。

目前， NUMA 并行机的处理器数目可达到 512 个，且带宽可随处理器数目基本上呈线性扩展。可使单一系统映像的 NUMA 机足以覆盖绝大多数的应用。
    集群（ Cluster ）技术是近几年兴起的发展高性能计算机的一项技术。它是一组相互独立的计算机，利用高速通信网络组成一个单一的计算机系统，并以单一系统的模式加以管理。其出发点是提供高可靠性、可扩充性和抗灾难性。一个集群包含多台拥有共享数据存储空间的服务器，各服务器通过内部局域网相互通信。当一台服务器发生故障时，它所运行的应用程序将由其他服务器自动接管。在大多数模式下，集群中所有的计算机拥有一个共同的名称，集群内的任一系统上运行的服务都可被所有的网络客户使用。采用集群系统通常是为了提高系统的稳定性和网络中心的数据处理能力及服务能力。

常见集群技术有：服务器镜像技术、应用程序错误接管集群技术、容错集群技术。镜像技术是把两台（或多台）服务器中的其中一台配置成另一台服务器完全一样的系统，并时刻监视并从另一服务器上复制更新数据，以确保两台服务器系统完全一样。这样当正在运行的服务器宕机后镜像服务器就可以立即接替工作。可以配置单向镜像，也可配置双向镜像（两台服务器相互镜像）。错误接管集群技术是将建立在同一个网络里的两台或多台服务器通过集群技术连接起来，集群节点中的每台服务器各自运行不同的应用，具有自己的广播地址，对前端用户提供服务，同时每台服务器又监测其他服务器的运行状态，为指定服务器提供热备份服务。而容错集群技术的一个典型的应用即服务器容错，在容错方案中，每一个部件都具有冗余设计。容错集群技术的实现往往需要特殊的软硬件设计，成本很高，但是容错系统最大限度地提高了系统的可用性，是财政、金融和安全部门的最佳选择。

3. 64 位处理器技术

64 位计算其实并不是现在才有，早在许多年前 RISC （精减指令集计算）处理器就已是 64 位的了，如 IBM 的 POWR 系列处理器， SUN 的 SPARC 和 UltraSparc 系列处理器， HP 的 PA-RISC 和 Alpha 系列处理器， SGI 的 MIPS 系列处理器 等。 只是在 X86 架构中， 64 位才是近几年开始的。
    目前市场上 Intel 兼容处理器可以实现 64 位计算的主要有 3 种：

u     Intel IA64,  基于安腾 2 处理器

u     Intel EM64T,  基于 Xeon DP “Nocona” 和 MP 处理器

u     AMD AMD64 ，   基于 Opteron 处理器

64 位处理的主要特性

64 位处理器是指可以对虚拟地址空间（ virtual address space) 进行 64 位寻址的处理器。 64 位处理器可以以 64 位格式存贮数据，并可以对 64 位操作数执行数学运算操作。另外，处理器的通用寄存器（ GPRs) 和运算器 (ALUs) 也是 64 位的。虽然 IA64 ， EM64T 和 AMD64 都是 64 位处理器，但它们不完全兼容。 EM64T 和 AMD64 除了很少数指令，如 3DNOW 以外，可以互相兼容。 IA64 采用了与其他两种完全不同的指令集，为 Itanium2 写的 64 位应用程序不能运行在 EM64T 和 AMD64 上，反之亦然。  

IA64 与 AMD64 的不同路线

    在 64 位处理器上， AMD 采用与 Intel 安腾（ Itanium/Itanium2 ） 处理器 IA64 截然不同的策略： AMD 的 Opteron 处理器采用一种基于 x86 指令体系的 64 位架构，也就是 x86-64 架构。采用类似于从 80286 升级到 80386 的平滑升级方式：一方面可以增加寻址位宽，另一方面又具备向下兼容，这样可以让 64 位处理器运行在 32 位应用环境下。而 IA64 则是一种彻底的改版， 抛弃了用了几十年的 x86 架构。虽然在性能上有较大改观，但由于向下兼容性能差，所以反而影响了它运行目前仍是主流的 32 程序运行。正因如此， I ntel 最后还是学了 AMD 的路子，重新推出了兼容 32 位 x86 架构的 EMT64 技术，把原来的 32 位至强改成为 32/64 位同时支持的 64 位至强。  

EM64T 和 AMD64 上有 3 种操作模式

u          32 位传统模式

    在此模式， EM64T 和 AMD64 将象其他 IA32 处理器一样工作。你可以安装 32 位操作系统和 32 位应用，但是你不能使用一些新的特性，如 4G 内存以上的寻址或者附加的通用寄存器， 32 位应用程序依然象在过去的 32 位处理器上一样以相同的速度运行。

u     兼容模式

兼容模式是介于 32 位和纯 64 位之间的模式，运行此模式需要安装 64 位操作系统和 64 位驱动，安装后无论 Opteron 还是 Xeon 处理器都可以支持在 64 位系统上运行 32 位应用或 64 位应用。

兼容模式提供了在 64 位操作系统上运行未被编辑的 32 位应用程序的能力。 32 位应用程序仍然只能访问 4G 内存，但此限制只在进程级，而不在系统级。

u     完全 64 位模式

AMD 对此称长模式（ long mode) ， Intel 称此为 IA-32e 模式。此模式中，在操作系统和应用程序都是 64 位是应用此模式；应用程序可以拥有一个多达 40 位的虚拟内存空间 (1TB  可寻址内存 ) 。物理内存的容量取决于服务器上的内存插槽总数和单根内存插槽上支持的最大内存容量。

运行在完全 64 位模式的应用程序可以访问全部的物理内存空间（取决于操作系统），可以访问新增的或扩展的通用寄存器。完全 64 位模式要求不只操作系统和驱动程序是 64 位的，应用程序也要是 64 位的，才能充分发挥 64 位架构的优势。

4. 服务器的双核和多核处理器技术

    服务器的双核和多核处理技术其实也不是现在才有， RISC 架构处理器早就有了，这里所指的双核和多核处理器技术也是特指兼容 Intel x86 架构的服务器处理器，目前也就是 Intel 的 64 位至强和 AMD 的 64 位 Opteron 处理器的双核和多核技术。

    目前双核技术已非常普遍了，常用的双核 PC 机已是主流，如 Intel 的酷睿 2 双核处理器， AMD 双核速龙 64 处理器 ；笔记本电脑中也基本上是双核的，如 Intel 的迅驰双核移动处理器， AMD 双核炫龙 64 处理器。服务器的多核技术 Intel 走在了前面， AMD 目前仍是双核的 Opteron 处理器，而 Intel 目前推出了四核心的 Intel 至强 5300 系列处理器。在同等功耗条件下 ¹ ，较业界领先的 5100/7100 系列双核 Intel 至强处理器性能提升高达 50 ％，较其它同类产品性能提升高达 150 ％�D�D以及实现事半功倍的革命性途径。

 

      未完， 转下篇