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、

   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服务器中已开始有厂商运用SATA技术。

   3、RAID

   RAID（RedundantArrayofInexpensiveDisk）是廉价冗余磁盘阵列技术的缩写。

它的原理是利用若干个小型硬盘器加上控制器组成一个大的存储系统，从使用者来看是一个大硬盘。

由于有多个驱动器并行工作，大大提高了存储可靠性和数据传输率。

RAID技术在PC服务器中应用非常广泛。

最常见的RAID形式是RAID0，它是最高性能的RAID。

它将一个数据拆分成两个大小相等的块，分别写入两个硬盘。

读取时，每个硬盘只读出一个块，再由控制器合成整体，如果一个块出问题，整个数据将不可用。

RAID0需要最少2个硬盘，可提高工作效率。

   此外，对数据要求高的用户可组建RAID1，它是最可靠的RAID。

它将一个完整的数据分别写入两个硬盘。

读取时，两个盘都读出数据，控制器使用速较快的一个，如果一个盘的数据损坏，马上换另一个数据。

因为两个盘上是同样的数据，所以对硬盘的有效利用率只有50%。

RAID1需要最少2个硬盘，可提高数据安全性。

   RAID0+1（RAID10）整合了上面两种形式的优点。

它是多个磁盘组成的RAID0数组再进行像RAID1那样的镜像，如果一个盘出问题，马上换另一组数据。

这样既提高了速度，又保证的数据的可靠。

RAID0+1最少需要4块硬盘。

   RAID2、RAID3和RAID5都是数据校验形式。

RAID2使用海明码（加重平均纠错码）校验，读取性能好，RAID3拥有独立的奇偶校验盘，RAID5则把奇偶校验数据分装到每个硬盘中，缓解了校验数据存放时所产生的瓶颈问题。

三、外部I/O

   I/O（Input/Output——输入输出系统）是计算机的基本能力，在PC服务器领域，I/O也是衡量机器性能的重要标准。

这里所说的外部I/O主要指PCI技术和服务器网卡。

   1、PCI-X

   PCI总线技术是上世纪90年代Intel提交的并行I/O总线，它整合了当时很多技术优势，现在已逐渐老迈。

目前广泛运用在桌面的PCI技术主要是32bit，33MHz的PCI2.2，它提供133MB/s的带宽。

为了满足PC服务器的大吞吐量，人们提升PCI频率到66MHz，位宽到64bit，使其最高传输率达到533MB/s，这已经是它的极限，于是PCI-X诞生。

   PCI-X就是目前广泛运用在服务器中的PCI技术，也是目前最快的PCI技术。

PCI-X是传统PCI标准中一种更新、更快的版本，速度从533MB/s起跳。

PCI-X1.0版本规定了PCI-X133硬设备的传输时钟可达到133MHz，支持64bit的硬设备传输带宽可达到1GB/s。

   但这也带来一个问题：

64bit的设备由于拥有太多针脚而不得不采用6或8层的PCB板布线，其加工过程也非常复杂。

这样的高成本是普通用户难以承受的，注定了PCI-X的应用领域仅限于PC服务器的高端工作站，在英信NL360P中就支持4个64位PCI-X插槽。

在Intel原计划的PCI-X2.0中，最大理论带宽可达8.4GB/s，现在看来由于成本和市场因素很难实现。

图10是各种PCI技术的标准。

   2、InfiniBand

   InfiniBand也是一种I/O总线，曾被认为是PCI的最好替代者，它是由包括Compaq、Dell、Intel、IBM、Microsoft和Sun诸多大公司提出的。

InfiniBand是专为减轻设备之间数据信息流量拥阻而设计的，这种新架构提高了系统性能、可靠性和可用性，还增加了架构组件独立的可扩展性。

InfiniBand的初始带宽为2.5Gb/s（2.5Gb/s÷8=320MB/s），是点到点服务器互联技术，它允许多台I/O设备同时向一台系统CPU发出数据请求，而且不会或很少产生延时或拥塞。

但Intel在2003年的突然退出，几乎使InfiniBand技术进程停滞。

Intel说它将继续支持InfiniBand，但它更注重开发自己的I/O标准——3GIO，就是下文所要讲的PCIExpress。

现在InfiniBand的继续开发主要由IBM领导，但IBM还是PCISpecialInterestGroup（PCI-SIG）的成员。

InfiniBand与PCI能否共存，它们是否会发展为类似IEEE1394与USB的关系？

   3、PCIExpress

   PCIExpress原名3GIO，是Intel主推的点对点串行I/O高速总线模式，伸缩性强的架构和较低的成本使得它可以满足多方面的需求。

PCIExpress内建时钟，所以不涉及与CPU的时钟同步，2.5GHz的最大带宽是10GB/s，但PCIExpress技术白皮书中显示未来的最高频率为10GHz。

   按照PCIExpress当前的规定：

每个硬设备通过最多64根数据线建立连接，单线的理论带宽为25MB/s，仅用不多的线路（比普通PCI2.2减少近75%）就可达到较高的带宽，相同性能下降低了成本。

由于时钟速度可控，所以在同一系统中能以不同的频率运行，满足不同设备的通信需要。

基于点对点的传输架构，PCIExpress为高速设备引入了全新的交换器作为控制单元。

该技术通过建立PCIExpress设备与PCIExpress设备的高速连接通道，达到了比DMA（内存直接访问）更具优势的效果，降低了设备对CPU和内存的影响，实现了更强的I/O效果。

   PCIExpress支持的外设数量从PCI2.2的4个增加到64个，而针脚数却从84Pin下降到40Pin，从普通PCI的并行传输转变到高性能的串行，32位的PCIExpress对外设工艺的要求降低，随之而来的是低成本和快速的普及。

这一切使得PCIExpress成为面向未来的I/O总线，得到整个业界的一致拥护。

在Intel的PC服务器芯片组E7525中（图11），提供了对PCIExpress16X的支持，PCIExpress已全面出击，基于PCIExpress接口的板卡也陆续推出。

   4、服务器网卡

   普通PC通过网卡（NIC）与网络连通，PC服务器中的网卡与PC网卡却有不同之处。

   1、吞吐量大：

100Mbps网卡与10/100Mbps自适应网卡目前是普通PC上常用的以太网网卡，最大提供12.5MB/s的带宽。

服务器中一般都用千兆网卡（1000Mbps），提供理论125MB/s带宽，这样才能提供高速的网络能力。

且服务器网卡一般采用PCI-X插槽，以获得更大带宽。

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   2、数量多：

而为了满足服务器在网络方面的需要，服务器一般需要两块或两块以上网卡。

   3、稳定性高：

服务器网卡在高速工作时必须稳定，否则服务器会和外界失去联系，高端服务器网卡采用了AdapterFaultTolerance（AFT，网卡出错冗余）、AdapterLoadBalancing（ALB，网卡负载平衡）等技术。

它们可以让网卡在出错时相互替代、工作时均分数据流，保持稳定。

   此外，服务器专用网卡有特殊的网络控制芯片，它可以从CPU中接管大部分网络任务，工作时CPU占用率低。

目前，服务器网卡知名品牌主要有Intel、3com、D-Link、Acton。

四、特性

   1、高可靠性

   PC服务器的可靠性是指服务器可提供的持续非故障时间，故障时间越少，服务器的可靠性越高。

由于工作要求，重要部门的PC服务器必须具有高可持续工作的能力，比如一个成功基于Internet的电子商务系统在7×24小时全天候运营中是没有停机时间的，即使是在计划内系统管理和维护时也不例外。

一般来讲，服务器的可持续工作能力通常用MTBF（平均无故障时间）衡量。

服务器可靠性为99%时，就可造成每年停机87.6小时；但当可靠性高达5个9（99.999%）时，它年停机时间仅为5分钟。

   2、易管理性

   作为一个关键指针，易管理性直接影响到中小企业使用PC服务器的方便程度。

首先由于PC服务器多采用Windows操作系统，可以提供优质、人性化的操作界面，且机内部件易于拆装、维护和升级，PC服务器与其它服务器相比，优越性就在这里。

其次PC服务器的故障主要来自内存、硬盘、电源、风扇等部件，若这些部件出现故障会造成停机或是数据丢失。

所以高端的PC服务器会向管理员提供许多数据，包括关键处电压和关键处温度等，这些数据通过软件自动导出甚至远传达供给管理员。

众多的特性使PC服务器更易管理。

   3、强扩展性

   服务器的强扩展性也是PC服务器的重要指针之一。

随着业务量的不断增大，用户对服务器性能的要求也越来越高，因此成功的PC服务器处理能力应按需增长。

PC服务器的强扩展性主要体现在主板上，规格较高的服务器主板可以提供很多扩展插槽：

包括10条以上的内存槽，支持10至20GB的内存容量；普通PCI槽至少1条，PCI-X或64位PCI槽5条以上，最好提供1条ISA槽；有8个以上针对SCSI或SATA的硬盘托架等。

这样规格的PC服务器才拥有强扩展性。

   4、容错能力

   容错是PC服务器的一项重要能力，它可以让服务器在出现错误的情况下继续工作，保持高可靠性。

像IBM大型机级的Intel服务器eServerx440，可以保证服务器不瘫痪的情况下允许一整条DIMM出错。

在PC服务器上，容错一般都是靠部件的冗余来解决的，在前文介绍的RAID1，就有很强的容错能力。

以前常见的双机热备模式使用的是主、辅两台服务器，当其中一台出问题时，另一台立刻启用并代替主服务器，过程复杂成本高。

新型容错服务器的冗余都是模块化的，如果监测到问题，模块间将自动替换，用户在不会感觉到服务器出错，企业也降低了管理成本。

   5、热插拔能力

   热插拔既在不停机、不断电的情况下，任意添加或拆除硬件。

看过上面关于可靠性的介绍后你会明白，这是一项被“逼”出来的技术。

它的实现需要相应的硬件、BIOS、操作系统、软件来配合。

PCI热插拔技术，最早是由康柏针对ProLiant服务器开发的，HP收购康柏后，成为目前全面支持和掌握所有PCI热插拔技术的服务器厂商。

当然该设备的总线必须有热插拔功能，特别是SCSI硬盘、服务器等PCI设备的热插拔，在服务器中意义重大。

无论是内存、硬盘、电源、风扇，它们实现热插拔功能的最终目的都是获得系统运行的稳定性和可靠性，实现连续无中断的工作。

容错和热插拔的发展方向是更先进合理的模块化和智能化

PC服务器与小型机有什么不同 

在英文里这两者都叫server（服务器），小型机是国内的习惯称呼。

pc服务器则主要指基于intel处理器的架构，是一个通用开放的系统。

而不同品牌的小型机架构大不相同，使用risc、mips处理器，像美国sun、日本fujitsu等公司的小型机是基于sparc处理器架构，而美国hp公司的则是基于pa－risc架构，compaq公司是alpha架构，ibm和sgi等的也都各不相同；i／o总线也不相同，fujitsu是pci，sun是sbus，等等，这就意味着各公司小型机机器上的插卡，如网卡、显示卡、scsi卡等可能也是专用的；操作系统一般是基于unix的，像sun、fujitsu是用sunsolaris，hp是用hp－unix，ibm是aix，等等，所以小型机是封闭专用的计算机系统。

使用小型机的用户一般是看中unix操作系统的安全性、可靠性和专用服务器的高速运算能力，虽然小型机的价格是pc服务器的好几倍。

pc服务器一般用的操作系统是安全性、可靠性稍差的windows2000/windowsnt4。

目前造成windowsnt口碑不佳的原因其实多少也在于大家对microsoft的偏见，其实windowsnt安全性、可靠性和运算速度并不差，尤其是其windows2000发布以后，而windows2000针对服务器市场又分为多个版本