什么是PC服务器.docx

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什么是PC服务器

什么是PC服务器                                    

   服务器是指具有固定的地址，并为网络用户提供服务的节点，它是实现资源共享的重要组成部分。

作为网络的节点，服务器存储并处理网络上80%的数据和信息，因此也被称为网络的灵魂。

服务器可以分为两大类：

一部分是IA（IntelArchitecture）服务器，主要以Intel的CPU为主；另一部分是比IA服务器性能更高的机器，如RISC/Unix服务器等。

   PC服务器在IA的范围之内，可以看作是IA-32（应用32位CPU的IA）服务器，是PC与服务器相结合的新产物。

PC服务器在外型设计、内部结构、基本配置、操作接口和操作方式，以及价格与高端PC相仿。

这造就了PC服务器在部件的搭配和选择的灵活性，且管理和维护更加方便。

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