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服务器基础知识分享 一 张健 服务器知识分享 提纲 服务器的介绍服务器基本硬件介绍 了解服务器 服务器的构成与普通PC机基本一致 有处理器 硬盘 内存等 不同的是服务器是针对具体的网络应用特别制定的 因此它与普通PC机在稳定性 可靠性 安全性 可扩展性 可管理性等方面存在较大差异 本篇我主要向各位介绍服务器的一些基础知识 使大家对服务器能有一个初步的感性认识 什么是服务器 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 服务器主要有网络服务器 打印服务器 终端服务器 磁盘服务器和文件服务器等 而按其应用层次来说 又可分为入门级服务器 部门级服务器等等 服务器整体特点 机箱大一般说来 服务器的机箱看起来都比普通机要大 有的虽然外观上看似与普通PC机差不多 实际上还是要大些 一方面原因是由于服务器需要安装 连接的设备多 需占用较大空间 同时还要准备一些备用设备的位置如磁盘阵列 多PCI X插卡等 这也需要占用空间 另外 由于安装 连接的设备多 工作时发热量也非常大 必须有足够的空间来散热 以确保服务器能长时间稳定工作 以上这些都决定了服务器的机箱架构就必须要比普通PC机要大 主板大服务器主板要比PC机主板大许多 这主要是因为在它之中要安装比PC机更多的组件 如更多的PCI 5条以上 PCI X 内存插槽 4条以上 还可能有多个CPU插座 如果是支持4路或者8路以上CPU的主板就更大了 内存 硬盘容量大内存容量大 主要是考虑到服务器的用户访问速度要求 我们知道内存在很大程度上决定了系统的运行速度 服务器网络越大 越复杂 数据流量越高 内存的需求就越多 现在一般中小企业服务器都在1GB以上 一些高档的服务器可以支持到上TB的内存容量 硬盘容量大 则是因为服务器要面对众多的用户 接受所有用户的请求 而且还必须安装 保存许多大容量的服务器专用系统 软件 以及其它一些数据库文件 这都要求服务器的硬盘容量要足够大 目前的硬盘容量有了非常大的提高 最高的已有2000GB 服务器性能特点 在网络中 服务器承担着数据的存储 转发 发布等关键任务 是各类基于客户机 服务器 C S 模式网络中不可或缺的重要组成部分 其实对于服务器硬件并没有一定硬性的规定 特别是在中 小型企业 它们的服务器可能就是一台性能较好的PC机 不同的只是其中安装了专门的服务器操作系统而已 从而使这台PC机就担当了服务器的角色 俗称其为PC服务器 归纳起来 服务器的性能方面的特点可以总结为 四性 即可扩展性 可用性 可管理性和可利用性 也就是我们常见到的服务器 SUMA 可扩展性因为网络不可能长久不变 如果没有一定的可扩展性 当用户一增多或是网络需要扩充设备时 就不能胜任了 可用性作为一台服务器的首要要求就是它必须可靠 因为服务器所面对的是整个网络的用户 而不是本机登录用户 只要网络中有用户 服务器就不能断 可管理性为了保持高的可扩展性 通常需要在服务器上具备一定的可扩展空间和冗余件 如磁盘矩阵位 PCI和内存条插槽位等 同时服务器还必须具备一定的自动报警 并配有相应的冗余 备份 在线诊断和恢复系统等 以备出现故障时及时恢复服务器的运作 可利用性服务器要为这么多用户提供服务 没有高的连接和运算性能是无法承受的 经验分享 单路 双路 四路 多路服务器 路 都是指服务器物理CPU的数量 也就是服务器主板上CPU插槽的数量 单路 指服务器支持1个CPU双路 指服务器支持2个CPU四路 指服务器支持4个CPU多路 指服务器支持多个CPU 经验分享 单路 双路 四路 多路服务器 单路 如图 经验分享 单路 双路 四路 多路服务器 双路 如图 经验分享 单路 双路 四路 多路服务器 四路 如图 IntelSR4850四路套件 经验分享 单路 双路 四路 多路服务器 IntelSR6850四路套件 经验分享 服务器CPU 服务器CPU 顾名思义 就是在服务器上使用的CPU CenterProcessUnit中央处理器 接触过局域网络的读者一定 服务器是网络中的重要设备 要接受成千上万用户的访问 因此对服务器具有大数据量的快速吞吐 超强的稳定性 长时间运行等严格要求 所以才将CPU比喻成计算机的 大脑 同时CPU也是是衡量服务器性能的首要指标 本文通过对两家CPU厂商的的产品简要分析 旨在给读者朋友们一个认识 能与普通CPU作区别就行 我们先来看看服务器CPU的一些特性 目前 服务器的CPU仍按CPU的指令系统来区分 通常分为CISC型CPU和RISC型CPU两类 后来又出现了一种64位的VLIM VeryLongInstructionWord超长指令集架构 指令系统的CPU CISC型CPUCISC是英文 ComplexInstructionSetComputer 的缩写 中文意思是 复杂指令集 它是指英特尔生产的x86 intelCPU的一种命名规范 系列CPU及其兼容CPU 其他厂商如AMD VIA等生产的CPU 它基于PC机 个人电脑 体系结构 这种CPU一般都是32位的结构 所以我们也把它成为IA 32CPU IA IntelArchitecture Intel架构 CISC型CPU目前主要有intel的服务器CPU和AMD的服务器CPU两类 RISC型CPURISC是英文 ReducedInstructionSetComputing 的缩写 中文意思是 精简指令集 它是在CISC指令系统基础上发展起来的 相对于CISC型CPU RISC型CPU不仅精简了指令系统 还采用了一种叫做 超标量和超流水线结构 架构在同等频率下 采用RISC架构的CPU比CISC架构的CPU性能高很多 这是由CPU的技术特征决定的 RISC型CPU与Intel和AMD的CPU在软件和硬件上都不兼容 服务器CPU 经验分享 服务器CPU 英特尔CPU插座与插槽桌面平台 Slot1 Socket370 Socket423 SocketW Socket478 SocketN LGA775 SocketT LGA1156 SocketH LGA1366 SocketB 移动平台 Socket441 Socket479 Socket495 SocketM SocketP服务器平台 Slot2 Socket603 Socket603 PAC418 PAC611 LGA775 SocketT LGA771 SocketJ LGA1366 SocketB 早期平台 Socket1 2 3 4 5 6 7 8 经验分享 服务器CPU LGA775 LandGridArray 又稱SocketT 是英特爾公司的處理器插座 用作取代Socket478 它最大不同的地方是 其接點座設在底板上 CPU自身不帶針腳 該插座支援的CPU有Pentium4 PentiumD 部分Prescott核心的Celeron CeleronD 以及桌上型的Core2CPU 現在新版LGA775已經支援英特爾45奈米處理器 经验分享 服务器CPU LGA1156亦称SocketH 它亦是IntelCorei3 i5 i7处理器 Nehalem系列 的插座 读取速度比LGA775高 经验分享 服务器CPU LGA1366亦称SocketB 是Intel继LGA775后的CPU插座 它亦是IntelCorei7处理器 Nehalem系列 的插座 读取速度比LGA775高 最近刚刚发布的Xeon5500 Gainestown 系列的CPU插座也是LGA1366 经验分享 服务器CPU 经验分享 服务器CPU LGA771又名SocketJ 为英特尔2006年推出的全新处理器接口 于最新的服务器处理器Xeon 代号Dempsey Tulsa及Woodcrest 中使用 LGA771取代Socket604 其设计大多来自LGA775 顾名思义 与LGA775一样 这些处理器自身不带针脚 只设接触点 而针脚则设在底板上 名称 SocketJ 中的 J 字是取自已取消的代号 Jayhawk 处理器 经验分享 服务器CPU CPU产品代码或者项目代码的由来熟悉英特尔公司的人大概都知道每个英特尔的产品或者具有代表性的技术在开发的时候都有一个产品代码或者项目代码 这些代码不会用于正式的产品上市 只会用于开发阶段的沟通 英特尔产品上市时使用的正式品牌和产品名的确定要远远晚于产品的立项和开发阶段 产品的品牌和产品名涉及的方方面面太多 如法律方面的 商标注册 使用范围 人文方面的 用户接受度等等 因此 为了沟通方面 就先使用代码沟通 英特尔公司把代码的选择权交给项目组或者项目的负责人 他们可以根据自己的喜好来给新产品和新技术取个代码 不过 命名也不是天马行空 有个前提 为了避免法律上潜在的风险 代码名字的选用应该是地图上可以找到的 英特尔很多产品的开发部门都集中在加利福尼亚州 California 旧金山附近的硅谷以及俄勒冈州 Oregon 波特兰市周边 所以在这两个地方工作的英特尔项目组都会以工作地周围的地名 街道名 河流名 山名等等作为产品或者项目的代码 它们在地图上都可以找到 当然 代码的选用不限于这两个州 项目的负责人也可以从自己家乡的地图或者其他地方地图上可以找到的名字来作为代码 在我印象中 中国团队负责的一些项目就用过像PearlRiver 珠江 YellowRiver 黄河 O River 瓯江 等等 因为项目是区域性的 也只是在内部沟通使用 所以众多代码并不为公众知晓 我特意查了一下 Nehalem其实是美国俄勒冈州波特兰市的一个小小的卫星城 比如代号Tulsa 美国土而沙 Woodcrest 美国乌克雷丝特 Yorkfield 英国约克郡 Kentsfield 英国肯特郡等等 Manila这是AMD2006年5月底发布的第一种SocketAM2接口Sempron的核心类型 其名称来源于菲律宾首都马尼拉 Manila AMD于2008Q4正式发布了代号 上海 的新一代四核心Opteron服务器处理器 并宣布已经全面上市 上海与此前的 巴塞罗那 同样基于直连架构原生四核心设计 但加入了大量创新设计 因此拥有更高的性能和每瓦性能比 AMD表示 上海2 7GHz与巴塞罗那2 3GHz相比 性能可提升35 同时待机功耗降低35 满载功耗降低15 最终性能每瓦特提升50 之多 上海与巴塞罗那一样继续采用SocketF1207插槽 因此实现了平台的向下兼容 有利于数据中心的平稳移植和升级 下一代六核心代号 伊斯坦布尔 也会沿用同样的插槽 参考外國地名譯名 服务器内存 经验分享 服务器内存 常用的服务器内存主要有SDRAM DDR和DDR2 还有另一种RAMBUS内存 是一种高性能 芯片对芯片接口技术的新一代存储产品 现在用的普遍的是DDR2内存以及刚刚兴起的DDR3内存 服务器内存也是内存 它与我们平常在电脑城所见的普通内存在外观和结构上没有什么实质性的区别 它主要是在内存上引入了一些新的技术 例如ECC 错误检查和纠正 Chipkill Register 寄存器 热插拔技术 以及FB DIMM 全缓冲内存模组 等 SDRAM是SynchronousDynamicRandomAccessMemory 同步动态随机存储器 的简称 是前几年普遍使用的内存形式 SDRAM采用3 3v工作电压 带宽64位 SDRAM将CPU与RAM通过一个相同的时钟锁在一起 使RAM和CPU能够共享一个时钟周期 以相同的速度同步工作 与EDO内存相比速度能提高50 SDRAM基于双存储体结构 内含两个交错的存储阵列 当CPU从一个存储体或阵列访问数据时 另一个就已为读写数据做好了准备 通过这两个存储阵列的紧密切换 读取效率就能得到成倍的提高 SDRAM不仅可用作主存 在显示卡上的显存方面也有广泛应用 SDRAM曾经是长时间使用的主流内存 从430TX芯片组到845芯片组都支持SDRAM 但随着DDRSDRAM的普及 SDRAM也正在慢慢退出主流市场 常见SDRAM内存 SDRAM内存插槽示意图 经验分享 服务器内存 DDR是一种继SDRAM后产生的内存技术 DDR英文原意为 DoubleDataRate 顾名思义 就是双数据传输模式 之所以称其为 双 也就意味着有 单 我们日常所使用的SDRAM都是 单数据传输模式 这种内存的特性是在一个内存时钟周期中 在一个方波上升沿时进行一次操作 读或写 而DDR则引用了一种新的设计 其在一个内存时钟周期中 在方波上升沿时进行一次操作 在方波的下降沿时也做一次操作 之所以在一个时钟周期中 DDR则可以完成SDRAM两个周期才能完成的任务 所以理论上同速率的DDR内存与SDR内存相比 性能要超出一倍 可以简单理解为100MHZDDR 200MHZSDR DDR内存采用184线结构 DDR内存不向后兼容SDRAM DDR内存 184针DIMM插槽 经验分享 服务器内存 DDR2 DoubleDataRate2 SDRAM是由JEDEC 电子设备工程联合委员会 进行开发的新生代内存技术标准 它与上一代DDR内存技术标准最大的不同就是 虽然同是采用了在时钟的上升 下降延同时进行数据传输的基本方式 但DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存预读取能力 即 4bit数据读预取 换句话说 DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读 写数据 并且能够以内部控制总线4倍的速度运行 DDR2内存 240针DDR2DIMM插槽 经验分享 服务器内存 目前用的较多的服务器内存主要是采用ECC和REGECC技术的 从外观来说 ECC内存因为要满足效验纠错的需要 加入了一颗ECC效验颗粒 由于采用的是TOSP封装 使得内存看上去每面有9颗内存颗粒 REGECC内存上面的芯片一般比普通主板多出2 3个 主要是PLL PhaseLockedLoop 和RegisterIC DDR2ECC内存DDR2ECCREG内存1 SPD芯片2 PLL芯片3 RegisterIC芯片4 内存颗粒SPD SERIALPRESENCEDETECT 模组存在的串行检测 SPD是一组关于内存模组的配置信息 如P Bank数量 电压 行地址 列地址数量 位宽 各种主要操作时序 如CL tRCD tRP tRAS等 PLL PhaseLockedLoop 琐相环集成电路芯片 起到调整时钟信号 保证内存条之间的信号同步的作用 经验分享 服务器内存 内存技术 1 ECCECC是一种广泛应用于各种领域的计算机中的指令纠错技术 ECC的全称是 ErrorCheckingandCorrecting 对应的中文名称就叫做 错误检查和纠正 从该名称我们就可以看出它的主要功能就是 发现并纠正错误 它比奇偶校正技术更先进的方面主要在于它不仅能发现错误 而且能纠正这些错误 这些错误纠正之后计算机才能正确执行下面的任务 确保服务器的正常运行 很多时候听到一些奸商说我们的服务器内存是ECC内存 其实ECC并不是一种型号 而是将ECC技术应用到内存中 ECC内存主要是从SD内存开始得到广泛应用 2 ChipkillChipkill技术是IBM公司为了解决目前服务器内存中ECC技术的不足而开发的 是一种新的ECC内存保护标准 ECC内存只能同时检测和纠正单一比特错误 但如果同时检测出两个以上比特的数据有错误 则一般无能为力 由于目前使用的服务器其系统速度都很高 同时出现多比特错误的现象很少发生 因此ECC技术得到了充分地认可和应用 使得ECC内存技术成为几乎所有服务器上的内存标准 随着基于Intel处理器架构的服务器的CPU性能在以几何级的倍数提高 而硬盘驱动器的性能跟不上CPU性能 因此服务器需要大量的内存来临时保存CPU上需要读取的数据 这样大的数据访问量就导致单一内存芯片上每次访问时通常要提供4 32位 或8 64位 比特以上的数据 一次性读取这么多数据 出现多位数据错误的可能性会大大地提高 而ECC又不能纠正双比特以上的错误 这样就很可能造成全部比特数据的丢失 系统就很快崩溃了 IBM的Chipkill技术是利用内存的子结构方法来解决这一难题 即单一芯片 无论数据宽度是多少 只对于一个给定的ECC识别码 它的影响最多为一比特 因此 即使整个内存芯片出了故障 每个ECC识别码也将最多出现一比特坏数据 而这种情况完全可以通过ECC逻辑修复 从而保证内存子系统的容错性 保证了服务器在出现故障时 有强大的自我恢复能力 采用这种内存技术的内存可以同时检查并修复4个错误数据位 服务器的可靠性和稳定得到了更加充分的保障 3 RegisterRegister即寄存器或目录寄存器 在内存上的作用如同书的目录 当内存接到读写指令时 会先检索此目录 然后再进行读写操作 这将大大提高服务器内存工作效率 带有Register的内存一定带Buffer 缓冲 并且目前能见到的Register内存也都具有ECC功能 其主要应用在中高端服务器及图形工作站上 如IBMNetfinity5000 4 FB DIMM全缓冲内存模组FB DIMM FullyBuffered DIMM 是Intel在DDR2 DDR3的基础上发展出来的一种新型内存模组与互联架构 既可以搭配现在的DDR2内存芯片 也可以搭配未来的DDR3内存芯片 FB DIMM可以极大地提升系统内存带宽并且极大地增加内存最大容量 与DDR2内存相比FB DIMM在内存频率相同的情况下目前能提供四倍于普通内存的带宽 并且能支持的最大内存容量也达到了普通内存的24倍 系统最大能支持192GB内存 与普通的DIMM模块技术相比 FB DIMM与内存控制器之间的数据与命令传输不再是传统设计的并行线路 而采用了类似于PCI Express的串行接口多路并联的设计 以串行的方式进行数据传输 在这种新型架构中 每个DIMM上的缓冲区是互相串联的 之间是点对点的连接方式 数据会在经过第一个缓冲区后传向下一个缓冲区 这样 第一个缓冲区和内存控制器之间的连接阻抗就能始终保持稳定 从而有助于容量与频率的提升 经验分享 服务器内存 FB DIMM内存所采用的缓冲部件被称为AMB advancedmemorybuffer 高级内存缓冲 的芯片 Intel IDT NEC等厂商均有开始生产这种芯片 这颗芯片的主要作用是响应内存控制器的命令 它将内存控制器发出的指令传送给DRAM 它实际上担当了串行和并行转换的角色 因为它的存在 可以在FB DIMM上直接使用现有的DRAM芯片 这种设计思路可以大大降低推广这种新内存技术的阻力 因为它不需要内存芯片厂商做任何的改变 而之前从SDRAM向DDR或者Rambus转变的过程则需要内存芯片厂商的支持 更重要的是它为今后的内存技术升级提供了较大的空间 比如未来DDR3投入应用之后 FB DIMM技术也可以通过采用DDR3DRAM芯片而 升级 经验分享 服务器内存 FB DIMM布线优势每个FB DIMM通道仅需要69条信号线即可 同现在的并行DDR2通道需要240条信号线相比 其布线的复杂程度将会大大的降低 上图是支持DDR2内存主板的布线 左 和支持FB DIMM内存主板的布线 右 在支持DDR2RegisteredDIMM的主板上 1个通道需要两个Routing层用于信号线 另外还需要一层用于供电 而在支持FB DIMM的主板上 2个通道则仅需要两个Routing层即可 供电亦包括在其中 很明显 这样会大大简化主板布线 降低主板设计难度 缩短产品研发周期 提升生产率 经验分享 服务器内存 DDR3在DDR2基础上采用的新型设计 1 8bit预取设计 而DDR2为4bit预取 这样DRAM内核的频率只有接口频率的1 8 DDR3 800的核心工作频率只有100MHz 2 采用点对点的拓朴架构 以减轻地址 命令与控制总线的负担 3 采用100nm以下的生产工艺 将工作电压从1 8V降至1 5V 性能更好更为省电 增加异步重置 Reset 与ZQ校准功能 服务器硬盘 硬盘类型及接口 SAS SATA FC SCSI ATA IDE LC SC 硬盘类型 接口视图 经验分享 服务器硬盘 硬盘发展历史及趋势 硬盘接口发展趋势 ATA IDE接口硬盘简介 ATA AdvancedTechnologyAttachment 高级技术附加装置ATA硬盘是传统的桌面级硬盘 主要应用于个人PC机 也经常称为IDE IntegratedDriveElectronics 硬盘ATA接口为并行ATA技术 下一代的产品是串行ATA SATA SCSI接口硬盘介绍 SCSI SmallComputerSystemInterface 小型计算机系统接口SCSI硬盘并发处理性能优异 常应用于企业级存储领域SCSI硬盘采用并行接口 接口速率目前发展到320MB s Ultra320SCSI 基本已经达到极限 将来必被其串行版本SAS SerialAttachedSCSI 硬盘所替代 68pin和80pin的SCSI硬盘的区别 最大的区别在于 80pin的支持热拔插 而68pin不支持 68pin的硬盘有Jimper 跳线 设置 主要用来调整硬盘ID 接磁盘模组 直接接68pin硬盘