小型机技术基础概述及各厂家小型机介绍ppt课件

小型机技术基础概述,1,目录,小型机历史及定义各厂商小型机内部构造小型机体系结构小型机分区技术介绍小型机CPU介绍小型机操作系统小型机与x86服务器对比,第一代计算机和大型机,世界上第一台现代电子计算机“埃尼阿克”(ENIAC)，长30.48米，宽1米，高2.4米，占地面积约170平方米，30个操作台，重达30英吨，耗电量150千瓦，每秒执行5000次加法或400次乘法。,1964年，IBM推出了划时代的大型机System360，System360成为第一部具有硬件扩充弹性化的特点的大型主机。,3,小型机名字由来,1965年DEC公司的PDP-8的小型计算机发布上市，此时伦敦街头正流行“迷你裙”，因此这款当时小巧玲珑的机器被称为“Minicomputer”，产品一经推出，由于其小巧的外形和具有竞争力的价格受到市场青睐，并引发了当时计算机市场的小型化革命，小型机的名字由此而来。,4,小型机定位,目前市场上按体系架构分类，服务器可分为：X86服务器、小型机、大型机,大型机,小型机,X86服务器,厂商：IBM,厂商：IBM、HP、Oracle、浪潮,厂商：浪潮、Dell、联想、曙光、华为等,单机性能,出货量,5,小型机定义,小型机泛指各个计算机厂商生产的基于RISC（ReducedInstructionSetComputer精简指令集）或者EPIC技术的CPU，运行UNIX一类操作系统（每个厂商都有自己“改良版”的UNIX）的服务器，此类服务器一般用于商业领域计算、处理的应用。,CPU,操作系统,厂商,6,目录,小型机历史及定义各厂商小型机内部构造小型机体系结构小型机分区技术介绍小型机CPU介绍小型机操作系统小型机与x86服务器对比,各厂家小型机产品,小型机属于中高端服务器产品，有研发能力的各大厂商为维持在服务器市场的战略地位都会推出自己的小型机产品，目前拥有小型机产品的厂商主要有IBM、HP、Oracle和富士通及中国浪潮小型机采用的是主机/哑终端模式,并且各家厂商均有各自的体系结构,彼此互不兼容。,8,各厂家小型机产品线,中端,高端,低端,超低端,超高端,K1910,K1930,K1950,P780,P770,P760,P750,P740,P730,P720,P710,K1产品线,IBMPower,Superdome2,Rx9900,SD28s,Rx9800,HP动能系列,Rx2800i4,CAMP,SPARCT5-2,SPARCT5-8/M10-4S,SPARCT5-4/M10,OracleT5,浪潮国产小型机产品线,旗舰型32路256核,核心型32路128核,灵动型8路64核,K1950,K1930,K1910,整机RAS特性增强,计算性能提升,K1产品线实现关键应用主机高中低端市场全面覆盖K1910灵动迅捷，关键应用系统的高效整合平台K1930坚若磐石，关键应用系统的护航基石K1950卓越超群，关键应用系统的最佳部署平台配合K-UX、K-DB，满足全部关键行业客户需求,下一代千核级关键应用主机,小型机构成-天梭K1系统,浪潮天梭K1系统采用模块化设计，包括计算模块、互连模块、管理模块等，其中计算模块为主要模块，包含CPU、内存等部件，互联模块用于各个计算模块的连接,计算模块,互连模块,管理模块,散热模块,I/O模块,电源模块,各个模块,11,小型机构成-天梭K1系统计算模块内部结构,浪潮天梭K1系统硬件系统互连拓扑如右图所示：主要由8个计算模块和4个NR板组成，每个计算板上两个NC芯片，每个NC芯片有4个高速NI端口，每个NI端口的速率达到8.5GB/s，16个NC和4个NR实现全互连。,12,小型机构成-天梭K1系统计算模块内部结构,计算模块为系统提供强大的计算能力，以及多种设备接口，是系统的核心模块,13,小型机构成-天梭K1系统K2芯片,国际先进的自主知识产权的处理器协同芯片16端口的高阶交叉开关实现32路系统的单级网路跳步连接通过高带宽冗余链路分别与各处理模块相连,构成多平面网络结构,中国成为世界上第三个掌握此核心技术的国家,小型机产品IBM篇,小型机构成-IBM770,IBM小型机770由四个4U机架服务器组成，多个节点服务器之间通过SMPFlex线缆按照一定的规则顺序连接起来。,16,小型机构成-IBM770,每个4U机架式服务器包括一个Power7处理器卡，封装了两个Power7芯片插槽和16个DDR3内存插槽。,17,小型机产品-HP篇,小型机构成-HPSuperDome2,惠普的小型机SuperDome2定位为关键业务服务器，为刀片架构，主要由I/O扩展柜、刀片机箱和存储单元三部分组成。每个刀片机箱可插8个刀片，每个刀片可支持两颗安腾CPU。,19,小型机构成-HPSuperDome2,以下为Superdome2刀片上的主要组成单元。其中每个CPU通过4颗MemoryBuffer（内存缓冲）芯片连接到16个DDR3-RDIMM（RegisteredECC）内存插槽。2颗Itanium处理器与sx3000Agent芯片组之间的连接，是通过每个CPU提供的3条QPI来实现的。,20,小型机构成-HPSuperDome2,21,小型机产品Oracle篇,小型机构成-OracleT5系列服务器,Oracle的T5系列处理器，其中T5代表此类服务器所用CPU为T5系列处理器，T5-x中的x代表CPU数量。,OracleT5-1B、T5-2、T5-4、T5-8系列处理器,23,小型机构成-OracleT5系列服务器,Oracle系列服务器支持1/2/4/8颗CPU互联，其中两颗T5CPU处理器互联如下图。,24,本章小结,总而言之，小型机有着有普通服务器不一样的内部构造，这是由于各厂商为提高小型机的整机性能和高可靠性而进行整体优化的结果。,25,目录,小型机历史及定义各厂商小型机内部构造小型机体系结构小型机CPU介绍小型机分区技术介绍小型机操作系统小型机与x86服务器对比,小型机体系结构,SMP结构：目前IBMPOWER系列处理器采用的是SMP结构，在CPU设计、操作系统架构等方面进行优化，可实现最大32路CPU互联。NUMA结构：目前浪潮天梭K1系统及惠普的SuperDome2采用的是NUMA结构。CPU直连：OracleT5系列小型机采用的体系结构,天梭K1,P795,Superdome2,SPARCM6-32,FujitsuM10,27,服务器体系架构-SMP,SMP(SymmetricMultiProcessing)：全称是对称多处理技术，是指在一个计算机上汇集了一组处理器(多CPU),各CPU之间共享内存子系统以及总线结构。,28,服务器体系架构-SMP,SMP(SymmetricMultiProcessing)，并行处理技术，应用比较广泛，单处理器很难满足实际应用需求，厂商开始采用对称多处理来解决问题，常规的是4-8个CPU。,29,SMP体系结构适用性,可用性较差能承担一般性系统业务，在对应核心业务时，难以保障用户投资,扩展能力有限每个CPU通过相同的内存总线访问，造成内存访问冲突，降低CPU效率,NUMA体系结构介绍,NUMA(Non-UniformMemoryAccess)：为了突破SMP在扩展能力上的限制，来构建大型系统，NUMA技术顺势而生。NUMA（非一致性访问存储架构）由多个CPU模块组成，每个CPU模块由多个CPU组成，并且具有独立的本地内存、I/O槽口,Cray推出Cray6400,Compaq推出GS320,HP推出Superdome,INSPUR推出K1,Sequent提出定义,IBM推出NUMA-Q,NUMA体系结构介绍发展历程,NUMA体系结构介绍,远端节点,邻居节点,本地节点,对于某个节点中的所有CPU，此节点称为本地节点,与本地节点相邻的节点称为邻居节点,非本地节点或邻居节点的节点，称为远端节点,NUMA具有多个节点(Node)，每个节点可以拥有多个CPU(每个CPU可以具有多个核或线程)。节点可分为本地节点(LocalNode)、邻居节点(NeighbourNode)和远端节点(RemoteNode)三种类型。,NUMA体系结构特点,摆脱超大总线对多处理器的束缚，增强单一操作系统可管理的处理器、内存和I/O插槽让处理器快速的访问在同一单元的内存,NUMA体系结构优点,提供内存互联的硬件系统在保持系统规模高扩展的前提下，实现处理器带宽与网络带宽相对平衡，并同时保持较低的互连网络平均延迟。,NUMA体系结构优点,NUMA系统的带宽较宽，适合多线程、多事务的并发处理模式高负荷下，保障系统高性能、稳定性、可靠性,NUMA体系结构优点,NUMA结构与SMP结构对比,目录,小型机历史及定义各厂商小型机内部构造小型机体系结构小型机分区技术介绍小型机CPU介绍小型机操作系统小型机与x86服务器对比,分区概念,所谓分区,就是将一台物理上的服务器划分为多台机器来使用的技术，可分为物理分区、虚拟分区。在小型机分区技术里：物理分区可分为固定式分区、静态分区以及动态分区三种虚拟分区可分为逻辑分区、微分区。,APP1,HW1,OS1,APP2,APPn,虚拟分区,物理分区,OS2,OSn,40,IBMPOWER服务器应用模式,SystemP服务器在一般的计算环境中，都是以虚拟化的方式出现。HMC(HardwareManagementConsole，硬件管理控制台)和IVM(IntegratedVirtualizationManager，集成虚拟化管理器)、SystemsDirector为实现服务器的虚拟化提供了强有力的支持。,通过HMC管理服务器,通过IVM管理服务器,通过Director管理服务器,41,POWERSystem分区技术LPAR、DLPAR、VPAR,逻辑分区（LPAR）就是将单台服务器划分成多个逻辑服务器，彼此运行独立的应用程序。每个LPAR拥有自己的CPU、内存和I/O设备分配。此类分区是在固件级别而不是在物理资源级别进行的。每个LPAR包含自己的操作系统。然而，逻辑分区也有些限制，如要增加或删除资源，必须停止逻辑分区的运行，然后重新引导分区。动态逻辑分区(DLPAR)则允许在不中断应用操作的情况下，增加或减少分区占用的资源，为计算环境提供了很大的灵活性。微分区也是一种逻辑分区，是在Power5及以后处理上使用的技术，它对CPU的划分粒度更细了，每颗CPU可以等分成多个具有相同处理能力的EntitleUnit，而每个分区最少可以分配0.1个EntitleUnit。使用微分区技术对CPU资源的划分更加灵活了，提高了CPU资源的利用率。POWER系统管理程序(Hypervisor)控制分配物理处理器资源给每个共享的处理器分区。,42,LPAR的问题,逻辑分区/微分区的原理和问题IBM的虚拟化在系统最底层使用Hypervisor实现分区资源的划分，一个mini的AIX操作系统，逻辑分区下，其CPU/内存资源在一个资源池中进行分配，而IO板卡和内置存储资源也需要统一由Hypervisor进行管理。因此，从体系架构上无法做到真正的分区之间的电气隔离，在分区的安全性和稳定性上存在风险。因一个分区的故障导致整机宕机的情况在电信、银行行业中也有发生。微分区的部署模式下，需要额外使用1-2个逻辑分区安装VIOS(虚拟IO服务器)，用于处理微分区之间的IO资源的共享使用，但内存/CPU资源由Hypervisor统一管理调配，如果用于存储VIOS核心的内存出现物理故障，有很大可能导致VIOS分区宕机，从而导致所有微分区的IO出现故障而宕机。,单点故障风险,非电气隔离，分区故障容易引起整机宕机,浪潮天梭K1系统分区技术,硬件分区：浪潮天梭K1系统可选择硬件分区技术，单一分区（节点）装载单一操作系统，各个分区拥有独自的资源。应用容器：浪潮天梭K1系统可以实现在同一操作系统内将不同应用隔离起来，实现不同应用之间的隔离。,APP1,HW1,OS1,硬件分区,APP2,APPn,应用容器,44,硬件分区、应用容器技术优势,最高级别可靠性：分区与分区之间完全电气隔离，一个分区出现的软件或者资源故障对其他分区没有任何影响，最高级别的可靠性。降低总体拥有成本：分区的功能降低了总体拥有成本。,硬件分区,应用容器,一定级别的可靠性：实现在同一操作系统上不同应用的隔离。更高程度的灵活性：硬件资源可被所有应用程序共享，资源配置更灵活。,45,目录,小型机历史及定义各厂商小型机内部构造小型机体系结构及分区技术小型机CPU介绍小型机操作系统小型机与x86服务器对比,复杂指令集-CISC(ComplexInstructionSetComputer）X86系统IA-32、EM64T、AMD64精简指令集-RISC（ReducedInstructionSetComputing）Power、SPARC处理器（IBM、oracle小型机）专用平台、专用系统大型应用后台密集集中处理显式并行指令集-EPIC(ExplicitlyParallelInstructionComputers）IA-64安腾处理器（Hpsuperdome、浪潮K1关键应用计算机）大型应用后台密集集中处理专用平台、专用系统,CPU指令集分类,CPU指令集比较,如今CISC和RISC/EPIC指令集之间也相互学习，CISC指令也不随意增加，大部分指令也能在一个时钟周期内完成。RISC也设计了一些复杂的指令，允许在更多时钟周期内完成。,各厂商小型机CPU,浪潮和惠普使用的为Intel的安腾系列CPUIBM主要为POWER系列CPUOracle主要为SPARC的T系列和M系列CPU,安腾CPU产品定位及应用场景分析,Intel安腾系列处理器的市场定位是在于企业级服务器与高效能运算系统。面向商业智能分析、数据库、大型内存应用、云计算等最繁重的应用领域。,商业智能分析,数据库,云计算,大型内存应用,50,安腾CPU产品亮点,关键业务顶级计算能力针对UNIX与大型主机系统优化设计采用安腾CPU的UNIX操作系统运行数据库、数据仓库、大型ERP等应用测试，证实了安腾CPU的超级计算能力,关键数据终极保护安腾CPU集成了多种容错技术，处理器可自动检测并从多种错误中恢复另外安腾CPU在设计过程中始终将错误预防放在首要位置，很多错误在电路设计层面就被避免安腾CPU具有一系列的RAS特性，保证了数据完整性,功耗智能管理Intel独有的睿频加速技术提供了先进的功耗监控和管理功能，最大化平衡了处理器性能和功耗支持内存动态时钟，降低了系统功耗,51,IntelItanium9500:迄今为止最出色的Intel处理器,CommonEnterpriseBenchmarks,相对于9300系列处理器有了巨大提升整体性能提高2.4倍2倍的核数，2倍的指令吞吐量主频提升40%，I/O速率提升33%功耗降低8%，待机功耗降低80%关键创新技术Intel指令重试Intel超线程技术,增强的双域多线程支持IntelItanium处理器新指令,增强的企业级表现,53,4bundle,12-wideissuepipeline,IntelItanium处理器新指令自适应预加载,8核心总共54MB高速缓存,Intel超线程技术，双域多线程支持,线程并行,核心并行,内存并行,指令并行,Itanium9500无处不在的并行技术,高端的可伸缩性,大量的内存访问,64b可寻址能力50b物理寻址,目录一致性目录缓存,有效的可伸缩性,Itanium9500支持大型企业系统,领先的系统可用性,增加或减少系统容量,高效的CPU,IOH,Memory维修和升级,ElectricallyIsolatedPartitions,硬件分区,热插拔,动态容量改变,业务连续性永不停顿,+-,世界级的RAS,更完整的错误处理-HW/SW恢复机制,缓存线路错误预测处理,扩大保护-增加误差修正功能,重试指令自动恢复,Intel指令重试技术,端到端的错误检测,Intel缓存安全技术,完整的固件错误处理-MAC,ItaniumRAS有助于提供不间断的弹性,Intel指令重试技术,指令重试特性可显著改善系统的可用性在不同阶段能够侦测到更多的错误在指令缓存池里的错误的指令会被重新执行以使系统从严重错误中恢复过来,Intel指令重现技术能够避免系统宕机和数据崩溃,指令缓存池,重试路径,增强的Intel超线程技术,支持双域多线程可显著增强处理器性能最小化了传统安腾多线程实现过程中线程转换的成本并行指令的执行最大化提高了指令执行的效率,后端,前端,InstructionBuffer,特有的EPIC架构增加了整体指吞吐率,指令缓存池,Poulson的架构和新指令为安腾计算的未来打下基础,安腾CPU的新指令,IndividualPoulsonCore,Buffers,FloatingPointExecution,IntegerExecution,1stlevelCache,1stlevelCache,BranchPredict,InterfaceLogic,1stlevelCache,Mid-LevelInst.Cache,PipeLineControl,Mid-LevelDataCache,InstructionQueues,Buffers,IntegerRegister,FloatingPtRF,BRCTL,线程控制hintpriority,整数运算mpy4mpyshl4clz,扩展软件预取ifetch.count,扩展的据访问提示movdahr,Poulson继承并优化了以往安腾系列CPU的代码，没有重新编译新指令简化了常见任务和分支操作帮助未来安腾性能更上一层楼,Intel睿频加速技术不断提升,Core0,Core1,Core7,Core0,Core1,Core7,Frequency,Allcoresoperateatratedfrequency,Allcoresoperateathigherfrequency,8CTurbo,Normal,Core0,Core1,Core7,Core0,Core1,Core3,Core5,Core6,ActivityLevel,Allcoresoperateathighestactivitylevel,Independentcorecontrolforhighestoverallperformance,Optimizingvaryingdemands,Normal,Core2,Core4,Core7,智能睿频加速技术,普通的睿频加速,Itanium9300,Itanium9500,智能睿频加速技术提供更加细粒度的性能优化，能够使任意指定的核心的性能最优,Itanium关键价值总结,世界领先的系统弹性,可扩展的性能,系统级别创新,Intel指令重试技术,端到端错误检测和固件错误处理支持硬件分区的先进的虚拟化技术基于内置冗余的自动错误检测和恢复技术的soft-Error保护,Itanium9500系列高达2.4倍的性能提升先进的EPIC架构支持大内存寻址(50/64PA/VA)可伸缩性的节点控制,世界领先的Unix平台先进的系统提供无缝的故障迁移和系统重新配置集成管理和固件故障预测分析和根源分析支持,安腾9500提供企业级的性能和系统弹性,安腾CPU配置主推及注意事项,对于K1930950，由于每节点有四颗CPU，因此在配置CPU时以四颗为单位。K1910支持9500系列处理器，支持2路、4路、6路、8路配置，2路配置时只支持6个PCIE插槽。,9300和9500系列处理器中，主推9500系列处理器，9500系列处理器中，9540性价比最高，主推9540CPU，对于主频和性能要求较高的应用，推荐9560CPU。,62,POWER7(+)处理器,POWER7+处理器的性能扩展到了新的水平，最高提供64个4.4GHz核心处理器，或在单系统中提供128个3.7GHz的核心处理器速度，以便在企业基础架构中支持最高要求的应用程序，包括新兴的公有或私有云环境,POWER8处理器,POWER8处理器使用IBM22纳米绝缘硅(SOI)技术。每个处理器芯片649平方毫米,包含42亿个晶体管。POWER8处理器的增强功能:POWER8内存控制器支持DDR3芯片和DDR4内存内存缓冲区，提升内存交换效率。每个内存板CDIMM提供16MBL4缓存芯片，降低了本地访问内存的内存延迟，L4缓存的对POWER8处理器上运行的应用程序完全透明。每个POWER8处理器最大支持128MB的L4缓存。支持硬件事务内存。支持芯片上的加速器，包括加密，压缩以及随机数加速器。自适应电源管理。,PowerCPU,POWER是PerformanceOptimizationWithEnhancedRISC的缩写,65,SPARCT5CPU,相对于SPARCT4的40nm工艺，8核心以及3.0GHz，4MB三级缓存等关键特性，新的SPARCT5采用了28nm工艺制造，乱序双发射架构，16级整数流水线，16个浮点单元，16个加密单元，拥有多达16个S3核心，每个核心都支持1-8路动态同步多线程(最多128线程)，主频也高达3.6GHz。缓存方面，每核心搭配16KB四路关联指令和数据缓存、128KB二级缓存(总计2MB)，所有核心共享8MB三级缓存。,66,SPARCCPU,SPARC全称为“可扩充处理器架构”（ScalableProcessorARChitecture）,67,RAS是什么?,有一种关于RAS的定义:Reliability服务器出现错误或者缺陷的频率Availability系统或者应用的性能受到错误或缺陷的影响Serviceability错误和错误造成的影响及时传递给用户或者服务以及错误在不影响业务的情况下被修复的效率,RAS是为了最小化停机时间,各厂商RAS对比,69,目录,小型机历史及定义各厂商小型机内部构造小型机体系结构及分区技术小型机CPU介绍小型机操作系统小型机与x86服务器对比,UNIX操作系统诞生于60年代末期的Bell实验室美国电话电报公司(AT对用户而言,如同多个程序并行执行.内核中的进程管理包括进程调度,负载均衡及进程间通信CPUSET：提供多种功能，可以用来设置进程的与CPU的绑定关系，迁移进程至指定的CPU上执行，指定一个程序在某个CPU上运行等。,故障管理子系统,FaultManagerSystem（简称FMS）：提供了一套完整灵活的体系结构，用于错误检测，自动诊断，代理响应（包括隔离、恢复和修复），拥有结构化的事件驱动机制，实现预测性自我修复能力。FMS实现对系统组件（包括CPU，内存和I/O子系统）有效管理，当检测到错误后，能够及时诊断并处理。从而，保证系统可以在出现某些底层故障的情况下继续运行。,应用容器子系统,应用容器是由操作系统管理的、具有特定资源的虚拟运行环境。容器技术有效地将由单个操作系统管理的资源灵活地划分到独立的虚拟运行环境中，以实现高效地资源分配和故障隔离。K-UX操作系统应用容器已经实现了处理器占用率、内存总量等多种系统资源的动态设置。与虚拟机技术不同，所有应用容器直接运行在同一操作系统，无需虚拟监控层的管理，容器向应用程序提供虚拟的操作系统视图，而非物理机器。应用容器仅消耗极少的系统资源，使用K-UX操作系统应用容器带