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借助以上优势,在各种架构的服务器相互竞争的环境下,PC服务器阵营始终不败并不断扩大。
PC服务器的分类
从应用领域来看,PC服务器大致可分为入门级应用、工作组级应用、部门级应用和企业级应用四类。
(1)入门级应用PC服务器主要是针对基于WindowsNT或NetWare网络操作系统的用户,可以充分满足办公室型的中小型网络用户的
文件共享、数据处理、Internet接入及简单数据库应用的需求。
(2)工作组级应用PC服务器是支持单CPU结构的应用服务器,可支持大容量的ECC内存和增强服务器管理功能的SM总线,功能全面、
可管理性强、且易于维护,可以满足中小型网络用户的数据处理、文件共享、Internet接入及简单数据库应用的需求。
(3)部门级应用PC服务器一般都是双CPU结构。
集成了大量的监测及管理电路,具有全面的服务器管理能力,可监测如温度、电压
、风扇、机箱等状态参数,结合标准服务器管理软件,使管理人员及时了解服务器的工作状况。
同时,大多数部门级应用PC服务器具
有优良的系统扩展性,能够满足用户在业务量迅速增大时能够及时在线升级系统,充分保护了用户的投资。
它是企业网络中分散的
各基层数据采集单位与最高层的数据中心保持顺利连通的必要环节,可用于金融、邮电等行业。
(4)企业级应用PC服务器是高档服务器,普遍采用二到四个CPU结构,拥有独立的双PCI通道和内存扩展板设计,具有高内存带宽,
大容量热插拔硬盘和热插拔电源,具有超强的数据处理能力。
这类产品具有高度的容错能力及优良的扩展性能,可作为替代传统小
型机的大型企业级网络的数据库服务器。
企业级应用PC服务器适合运行在需要处理大量数据、高处理速度和对可靠性要求极高的金
融、证券、交通、邮电、通信等行业。
下面以高端的PC服务器为例,分核心、存储、外部I/O和特性四部分简要介绍PC服务器的技术。
一、核心
本文中所定义的核心为CPU、内存和芯片组三大块。
PC服务器应用在各行各业,为了满足不断增长的运算需求,现代高端的PC服务器普遍采用了双/多CPU的架构(SMP),内存和芯片组也使用了特殊设计。
1、CPU-SMP
PC服务器中的双/多CPU多以SMP形式出现。
SMP(对称多处理)全称是SymmetricalMultiProcessing,是一种广泛应用于服务器、图形工作站等高端运算领域的并行处理技术。
它使用两颗或多颗CPU同时进行工作,这种架构中,同时有多个CPU运行软件的单一复本,可提高运算效率。
一些对CPU要求较高的软件中,SMP架构性能凸现,大幅度领先于单CPU架构。
PC服务器普遍采用8路CPU的SMP架构,8路以上服务器大多采用大型机中的NUMA架构。
SMP技术对CPU是有要求的:
首先,CPU中必须有APIC(可编程中断控制器)单元,这也是SMP技术的基本保证。
CPU可以彼此发送中断信息完成信息交换,并可以相互进行协调控制。
除了CPU内置的APIC单元外,主板上还要安装一个I/OAPIC以处理I/O设备引起的中断。
这也是支持SMP的CPU价格昂贵的原因。
其次用来组建SMP架构的CPU核心必须完全相同,且频率一致,否则无法点亮系统。
下图为采用XeonCPU的典型SMP架构。
我们看到,4颗CPU使用一条3.2GB/s的总线与北桥芯片连接,北桥芯片又和内存连接,所以每颗CPU分得了800MB/s的内存带宽。
XeonCPU的典型SMP架构
AMD的Opteron大家一定也不陌生,它也是一款服务器的CPU。
由于其内部集成了内存控制器,所以每颗CPU拥有了独立的内存通道,是一种高性能的SMP架构。
在IBM、HP等厂商的鼎力支持下,Opteron快速发展,并抢占了一部分Intel的市场,下图为4路Opteron的SMP架构。
CPU之间用6.4GB/s的HT总线连接,每颗CPU可得到5.4GB/s的独立带宽,达到了比Xeon架构更强的I/O能力。
4路Opteron的SMP架构
2、内存-ECC
内存的稳定性直接影响到整机的稳定性,为了保证服务器的工作稳定,在服务器中使用的内存都要求有ECC功能。
ECC是(ErrorCheckingandCorrecting)错误检查和纠正。
它同SMP一样,也是一种服务器中的内存纠错技术。
ECC和奇偶校验(Parity)类似。
绝大多数错误ECC可以纠正,而Parity只能检测到错误。
经过ECC的纠错,计算机的操作指令才可以继续执行。
ECC内存使用额外的bit存储一个用数据加密的代码。
当数据被写入内存,相应ECC的代码与此同时也被保存下来。
在读取数据时,原ECC代码就会和读数据时产生的ECC代码做比较。
结果相同,则被视为无错;
结果不同,则两个代码被译码,继续找到出错的那一位数据。
出错的数据被抛弃,内存控制器随即再写入正确的数据。
这就是ECC内存的工作原理,这一过程中虽然传输速度会受到一定影响,但在“稳定压倒一切”的服务器中,ECC起到了重要作用。
ECC技术集成在内存中,要占用内存位宽。
DDR内存的标准位宽是64位,加入ECC后,位宽为64+64÷
8=72位。
早期的SIMM内存,标准位宽是32位,加入ECC后为32+32÷
8=36位。
位宽的增加对内存颗粒要求更高,所以服务器的ECC内存价格不斐。
3、芯片组
相比技术含量较高的CPU等其它部件,芯片组只是为它们提供稳定的平台支持。
服务器芯片组厂商中规模较大是通讯芯片制造商Broadcom旗下的子公司ServerWorks,是Intel服务器的主要芯片组供货商。
ServerWorks崛起之时正逢Intel服务器芯片组业务处于青黄不接之时。
当时其产品因为技术的瑕疵与支持Rambus内存技术而受创,因而Intel芯片组想打开服务器市场举步维艰。
但随后Intel大力研发DDR内存芯片组抢回了一定的市场份额。
为了区别于PC和Rambus内存的芯片组,Intel在服务器芯片组使用了不同的命名方式:
E7XXX和E8XXX,E7XXX表示IA-32架构,E8XXX表示以Itanium为主的IA-64高端芯片组。
无论是E7还是E8,它们都抛弃了Rambus而转向双通道DDR,特别是E7500,首次在SMP架构中使用了双通道DDR,加速了DDR技术的成熟和普及。
此外,一些一线主板厂商利用其强大的研发能力使875P也支持双Xeon,拓展了高端PC服务器主板的选择范围。
最近,由于Intel的积极研发,使其下一代64位Xeon(Nocona)也有了合适的双路平台——E7525。
E7500
AMD也一样,推出了许多自家的芯片组,并且得到了其它厂商的协助。
AMD8XXX,nVIDIA的nForce4和HP的F8等芯片组,都是Opteron不错的搭档。
由于Opteron集成了内存控制器,所以基于Opteron的服务器芯片组性能差别不大,大多是靠功能去竞争。
二、存储
这里的存储主要指PC服务器的硬盘及其接口和RAID。
1、硬盘
现代PC服务器中普遍采用了高转速、大单碟容量、大缓存、SCSI接口的硬盘,为了缩短数据寻道时间和读取数据的延迟,同时也增加硬盘内部传输率。
高转速指盘片每分钟10000转,甚至一些高端硬盘采用了15000转,相对于桌面级的7200转硬盘,性能猛增。
单碟指硬盘中的每一个盘片,单碟容量大说明该盘片的数据密度高,自然在寻找数据上时花费时间少,也是增强硬盘性能的重要途径。
硬盘缓存运行于内存和硬盘盘之间,硬盘读写的数据都要经过缓存。
缓存可以记录下读写频率高的数据,并将其存储,系统再次调用时可直接从缓存中找到,加快读取速度。
但其结构复杂,成本高,使用现有工艺在有限的面积内不可能做的很大。
上述技术在PC服务器的硬盘中大量运用,所以服务器硬盘价格非常高。
在服务器硬盘方面,希捷一直是领航者,在许多关键技术上都有突破,一些具有代表性的产品让人记忆犹新。
比如第一块万转硬盘(Cheetah4LP)和第一块15000转硬盘(CheetahX15),以及高性能的Cheetah15K3。
希捷15K3硬盘
在服务器硬盘发展的同时,始终伴随发热和噪音问题。
这些问题迫使制造商开发新技术,也让一些设计不成熟的产品退出市场。
上面提到的首款15000转CheetahX15,就是由于技术上的不成熟被高端的10000转硬盘超越。
b、硬盘接口
在PC中常见的PATA(ParallelATA,并行ATA)接口大家一定很熟悉,速度最快的PATA133接口,峰值带宽是133MB/s,明显不能满足数据吞吐量大的服务器的需求。
首先要介绍的是在服务器领域广泛采用的SCSI硬盘接口。
SCSI的全名是SmallComputerSystemInterface,(小型计算机系统专用接口),是为了小型计算机(现指服务器和高端工作站)设计的扩充接口。
它同ATA一样,也是逐步发展来的技术。
它可以让计算机驳接其它设备以提高系统性能或增加新功能,例如硬盘、光驱、扫描仪等。
SCSI接口具有速度快,CPU占用率少的特点。
目前在服务器领域普及的SCSI接口Ultra160MSCSI是在Ultra2SCSI(80MB/s)基础上使用双倍传输时钟(在时钟的上升沿和下降沿同时传输数据),带宽为160MB/s。
高端的Ultra320MSCSI可以提供320MB/s的带宽,有效解决了硬盘传输频率的问题。
由于SCSI接口使用的是独立的控制器(ATA则集成在主板中),控制器上有类似CPU硬盘控制的功能芯片,分担了CPU负担,所以读写数据时CPU占用率少。
下图为一款Ultra320M的控制卡。
SCSI可连接7至15部设备,可用性高于ATA的最多4部。
Ultra320M的控制卡
第二个要介绍的是在ATA基础上演变而来的SATA(SerialATA,串行ATA)技术。
SATA采用串行点对点方式进行数据传输,接口及连接线针脚较少,成本较低。
SATA可以广泛应用于硬盘、光驱等存储设备,并会逐渐取代传统的PATA连接方式。
点对点传输模式保证每块硬盘150MB/s;
从理论值来看,第一代串行ATA硬盘比传统的并行ATA133的133MB/s硬盘的接口传输速度没有多大变化,但从长远来看,第二代串行ATA产品的接口速率就会达到300或600MB/s,远远超过并行ATA硬盘的接口速度。
SATA的数据线只有7芯,密度远小于PATA的80芯减小了信号串扰,也有利于机箱内部的散热。
从Intel的ICH5南桥芯片开始,SATA控制器已集成,不需要像SCSI那样加插控制卡,进一步降低成本。
目前IBM、希捷等厂商已推出多款SATA硬盘,鼎力支持SATA,但新技术,需要一定时间普及。
综上所述,SATA是SCSI最大的竞争对手,PC服务器中已开始