计算机网络系统集成课件PPT-7.ppt

第七章服务器技术 2 7 1服务器局域网的组成 局域网 软件 硬件 3 服务器能够向网络中的用户提供非常丰富的网络服务 根据服务分类 文件服务器 Web服务器 FTP服务器 邮件服务器 数据库服务器 打印服务器 4 服务器硬件 硬盘 CPU 内存 主板 电源 网卡 输入输出设备 5 服务器特点 可扩展性 易用性 易管理性 高可用性 6 服务器分类 1 按架构分 RISC服务器 PC服务器 IA64服务器 曙光TC3000 HPDL760 方正7400 7 2 按应用分 入门级服务器 部门级服务器 企业级服务器 功能服务器 超级服务器与集群 曙光TC1700 8 3 按机型分 机架式服务器 塔式服务器 刀片式服务器 9 服务器品牌 10 7 2服务器技术 服务器性能指标以系统响应速度和作业吞吐量为代表 响应速度是指用户从输入信息到服务器完成任务给出响应的时间 作业吞吐量是整个服务器在单位时间内完成的任务量 单个用户的响应时间和吞吐量成反比 即响应时间越短 吞吐量越大 11 7 2 1技术目标1 可扩展性 1 可用空间 2 充裕的I O带宽2 可用性99 9 365 24 8小时99 999 365 24 60 5分钟提高可用性的基本方法是部件冗余 12 3 可管理性可管理性是指在利用特定的技术和产品来提高系统的可靠性 降低系统的购买 使用 部署和支持费用 最显著的作业体现在减少维护人员的工时占用和避免系统停机带来的损失 管理费用是各种费用之中所占比例最大的一项 13 4 可靠性可靠性简单的说就是要求服务器必须能够保证稳定运行 即降低死机率 导致日常维护中断的有 主机升级 硬件安装或维护 系统升级 文件维护 文件备份等 意外的灾难包括 硬盘损坏 系统故障 软件故障 用户错误 电源故障 人为破坏以及自然灾害等 14 7 2 2SMP SymmertricalMulti Processor 对称式多处理器 对称是指机器中的每一个处理器的地位都是平等的 连在一起共享一个存储器 国内市场上CPU一般是4个或8个 SMP结构的机器可扩展性 可用性较差 该机型技术相对成熟 支持的软件较多 15 16 7 2 3集群技术简单的讲 集群技术可以理解为 将至少两个服务器系统连到一起 使两台服务器像一台机器那样工作或者是对访问用户来说 感觉不到有多台服务器在工作 其目的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 17 常见的集群技术1 服务器镜像技术 软件或镜像卡 仅限于两台服务器 系统不具可扩展性 18 2 应用程序错误接管集群技术是将建立在同一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 对前端用户提供不同的服务 同时又监测其他服务器的运行状态 为指定服务器提供热备份 当某一节点因故障死机 指定服务器会在短时间内接管故障机的数据和应用 继续提供服务 19 3 容错集群技术在容错机中 每一个部件都具有冗余设计 在容错集群技术中集群系统的每个节点紧密的连接在一起 他们经常需要共享内存 硬盘 CPU和I O等重要的子系统 容错集群系统中各个节点被共同映像成为一个独立的系统 20 7 3廉价冗余磁盘阵列RAID廉价冗余磁盘阵列RedundantArrayofIndependentDisksRAID是将同一阵列中的多个磁盘视为单一的虚拟磁盘 数据是以分段的方式顺序存放于磁盘阵列 21 DiskSpanning数据跨盘技术使多个硬盘像一个硬盘那样工作用廉价的资源来突破现有硬盘空间限制最大限度的利用磁盘空间不能改善硬盘的可靠性和速度JBOD JustABunchOfDisks DiskSpanning 22 DiskStriping将数据按照一定大小分成多个数据块 这些数据块可以被分别存放在不同的物理盘上系统在从特定硬盘读取数据时可以通知下个目标盘准备数据提高系统读写数据的性能 DiskStriping 23 DiskMirroring将相同的数据同时写入多个硬盘中当某个物理硬盘失效时 提供数据资料的保护能力降低系统写数据的性能 DiskMirroring 24 HotSwap处于运行状态的磁盘阵列子系统当出现单个物理盘失效的情况时 采用新硬盘将失效物理盘在线替换 同时保证系统稳定运行只有RAID级别为1 3 5 10 30 50的阵列才提供该功能 HotSwap 25 Parity来自多个物理磁盘上的数据通过异或 XOR 操作运算产生的冗余奇偶数据当单个硬盘失效时 这些冗余数据能够通过与其它物理磁盘上的数据进行异或 XOR 操作而恢复由于硬盘失效而丢失的数据产生的冗余数据可以被存放于一个专作奇偶校验用的硬盘上 也可以将这些奇偶校验数据分散分布在磁盘阵列的全部硬盘中产生和存储奇偶校验数据需要一些额外的操作 目前产生奇偶校验数据有两种方式 硬件生成和软件计算 Parity 26 RAID0Striping数据以分段 1K 8MByte 的方式放在磁盘阵列中 没有校验数据 没有容错能力 同一通道4个1GB的硬盘做RAID0的效率是1个4GB硬盘的3 3 5倍 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 4N 2 4N 1 4N 4N 3 磁盘0 磁盘2 磁盘3 磁盘1 27 RAID1Mirroring使磁盘读取的效率增加 但写入的效率降低通过数据直接备份具有容错能力 A0 A0 A1 A1 N N 磁盘0 磁盘1 RAIDLevels RAID1 28 数据镜像 100 数据备份 磁盘有效空间利用50 数据校验 无 硬盘数目 2 读写性能 读性能提高 RAID1 RAID技术如何实现数据保护 29 RAID3StripingwithDedicatedParityDrive有校验数据 提供数据容错能力当单个硬盘失效时 会产生奇偶盘I O瓶颈效应 A2 P1 A3 A5 P2 4N 2 4N 1 4N 3 磁盘0 磁盘1 磁盘2 磁盘3 P1 A0 A1 P2 A4 PN RAIDLevels RAID3 30 数据校验 数据分段存储 磁盘有效空间利用n n 1 数据校验 校验数据存在专门校验盘 硬盘数目 3 最少 读写性能 均有提高 RAID3 RAID技术如何实现数据保护 31 RAID5StripingwithDistributedParity有校验数据 提供数据容错能力校验值分散在各个盘的不同位置 相当程度的分散了负载 故有较好的性能 尤其是对小型数据 RAID5适用于银行和股市的联机交易系统 RAIDLevels RAID5 32 数据校验 数据分段存储 磁盘有效空间利用n n 1 数据校验 校验数据均匀分布在各个磁盘上 硬盘数目 3 最少 读写性能 均有提高 RAID5 RAID技术如何实现数据保护 33 TwoRAID1 sStriped RAIDLevels RAID10 34 数据镜像 分段 100 数据备份 磁盘有效空间利用50 数据校验 无 硬盘数目 4 读写性能 均有性能提高 RAID10 RAID技术如何实现数据保护 35 TwoRAID3 sStriped RAIDLevels RAID30 36 TwoRAID5 sStriped RAIDLevels RAID50 37 SCSI SmallComputerSystemInterface 定义了一种输入 输出总线和逻辑接口 主要目标是提供一种设备独立的机制用来连接主机和访问设备 IDE Intergradeddriveelectronics 现在PC机使用的主流硬盘接口 SCSI与IDE 38 基于IDE接口的RAID应用产品称为IDERAID与SCSIRAID相比有及具竞争力的性价比为中低端应用的服务器产品提供更强的数据处理和数据保护以及较高的性能价格比支持RAID0 1 0 1 5 IDERAID 39 基于SCSI接口的RAID应用产品称为SCSIRAID多个I O并行操作 设备传输速度快 可扩展性好 最多可连接15个外部scsi设备 支持RAID级别多 RAID0 RAID1 RAID10 RAID3 RAID5 RAID30 RAID50 等 支持Hotspare在线热插拔 性能更稳定 可靠性更好 SCSIRAID 40 用户对磁盘系统的四大要求增加磁盘I O存取速度数据安全性要求 及容错 Faulttolerance 的能力有效的利用磁盘空间分担主机CPU的I O事务降低内存及磁盘的性能差异提高计算机的整体工作性能 使用RAID卡的原因 41 将若干IDE硬盘做成一个或几个阵列盘 提高了系统中磁盘I O的性能 并且使磁盘系统具有数据镜像的安全保护功能 具有可管理性 在操作系统支持下 管理软件可监控阵列的状态 添加和删除阵列 在线数据恢复等 最多支持4个硬盘 可实现RAID0 1 0 1 IDERAID卡 42 将若干硬盘做成一个或几个阵列盘 提高了系统中磁盘I O的性能 并且使磁盘系统具有容错的安全保护功能 通过磁盘Cache的运用 提高系统的存取速度 结合SAF TE SCSIAccessFaultTolerantEnclosure 对磁盘阵列中的磁盘进行监控管理 管理的人机接口有 1 RAID卡本身的指示报警 2 具有SAF TE功能的热插拔背板 3 操作系统上安装的监控软件 SCSIRAID卡 43 SCSIRAID卡的结构 44 RAID卡提高磁盘读写性能的另一手段是 磁盘CACHE 磁盘CACHE 系统CACHE Memory 磁盘CACHE SCSI硬盘 CPU Memory控制器 RAIDCPU SCSI控制器 45 磁盘CACHE的两大工作 磁盘I O 从磁盘读 写入磁盘 首先从CACHE读 首先往CACHE写 无CACHE 有CACHE 预读 回写 磁盘CACHE 46 ReadAhead Pre Fetch 预读的两种方式 CACHE预读提高了计算机系统中的硬盘读的功能 尤其是在读取含有大量文件碎片的文件时 具有良好预读功能的RAID卡能在看起来很随机的读访问中 识别出读取磁盘的规律 通过这个规律提前将系统要读取的数据放在CACHE中 预读 47 当RAID卡发现系统要读的是先前已经读过的数据时 在这一次 便将这一个数据块的数据写到CACHE里 由于硬盘数据经常是以一族连续的硬盘扇区组织起来的 所以有时侯如把系统所请求的扇区随后的一个扇区里的数据同时读进来是有价值的 Readahead Pre Fetch 48 回写是通过暂时将数据存在CACHE里 从而推迟将数据写到慢设备 如硬盘 磁带机 的一种工作方式 数据将在随后的时间 硬盘闲置的时候写到硬盘中 写的时候也是统一将CACHE内的尚未写出的数据按照数据块的在硬盘中的BLOCK序号写入 这样可以提高写的效率 回写 49 系统 block7 block1 block5 block3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 block1 block3 block5 block7 注 回写需要加电池给CACHE供电 以免数据在写到硬盘之前系统断电导致硬盘数据丢失 电梯式回写 回写 50 通写模式下 所有数据在以命令完成状态返回到计算机之前 直接写到硬盘 通写 51 容量增加CACHE大小对于预读来说 为系统提供了更多的来自CACHE的可供读取的记录 对于回写来说 允许控制卡保存更多的记录留待后期写磁盘 特别是对于电梯式回写 使得连续的回写段之间有更近的间隔 降低硬盘写操作的平均访时间并提高了吞吐率 1 当用户数很多而且不是都访问相同的数据 2 当数据文件很大时 大容量cache 磁盘Cache性能分析 52 带RAID卡SCSI系统硬件框图 53 是一个PCI从设备 接受并执行来自系统的命令 同时占用PCI中断 代表SCSI磁盘子系统向系统 提出中断请求 请求占用PCI总线 返回对系统命令的响应 如输送SCSI硬盘上的数据 作为RAID卡的CPU 通过执行闪存中的Firmware 控制SCSI控制器 CacheMemory以及指示报警电路 来实现RAID卡的功能 运作流程如流程图所示 RAID处理器 54 初始化RAID卡寄存器 发送配置提示 响应HOST命令进入配置界面 提供配置菜单 将用户提供的RAID卡参数 RAID参数存入NVRAM 根据RAID参数 通过SCSI控制器对硬盘进行初始化写操作 完成配置 读取NVRAM内的上次RAID参数 与硬盘实际信息进行比较 显示结果 等待Host发出读写操作命令 RAID处理器运作流程简图 55 Adaptec2100S单通道Ultra160SCSIRAIDi960RS 32 Bit 33MHz3200S双通道Ultra160SCSIRAIDi960RN 64 Bit 33MHz3210S双通道Ultra160SCSIRAIDIOP303 64 Bit 66MHz3410S四通道SCSIRAIDIOP303 64 Bit 66MHzRAID0 1 0 1 5 0 5支持Windows2000 WindowsNT