IBMUNIX服务器的技术优势

1、IBMUNIX服务器的技术优势技术优势最近传来一个喜讯:IBM p690服务器（32路CPU）打破了 HP Superdome服务器（64路CPU）新近制造的单机TPC/C记录，再一次制造了业界单机最高的TPC/C记录值 680613 tpmCo从S80服务器开始，IBM的UNIX服务器（P系列服务器）一直不断的制造业界 新的TPC/C记录（因此也同时保持着一些其它的基准测试记录）。什么缘故IBM的P 系列服务器能以少胜多一 IBM 32路CPU服务器的处理能力超过其它厂家64路CPU服务器的处理能力!这是因为IBM在技术的研发上有髙人一筹的地点：既注重CPU半导体技术的研发 和CPU技术的设

2、计，也注重服务器体系结构的设计。本文要紧讨论IBM P系列服务器体系结构与其它厂商的高端服务器所采纳的MBB 体系结构的区不。从中我们能够了解到什么缘故其它厂商的UNIX服务器尽管有更多的CPU却达不到所期望的更高性能。1什么是MBB结构2. MBB结构的优点3. MBB结构的缺陷4. 以P0WER4为芯片的IBM UNIX服务器的设计5. 关于IBM UNIX服务器上的一些限制“6. 终止语1.什么是MBB结构MBB 的全称是 Modular Building Blockr 每个 BB （Building Block）可包含 4 路CPU,若干内存和I/O卡。在Sun服务器上称BB为boar

3、d：在HP服务器上称BB为 cell；在原先的Compaq服务器 上称BB为quad。不同BB内的CPU能够有不同的时 钟频率。所有的BB通过一种称为crossbar switch的交换机制连接在一起ocrossbar switch能够提供BB之间的点对点的高速连接。采纳MBB技术能够比较容易的设计出拥有更多数量CPU的服务器。在这种服务 器上既能够运行一个操作系统，也能够在一个或多个BB上运行多个操作系统。这确实 是所谓的服务器（基于物理分区）的逻辑分区。MBB技术从显现到现在差不多超过十年了r最早是山Sequent (NumaQ)公司在八 十年代末到九十年代初时发明并采纳的。Cray公司在

4、九十年代初时在它的Cray 6400 上采纳了 MBB技术，该机型是Sun EI0000的前身；Compaq公司在2000年一季度公 布了它的基于MBB技术的机型Wildfire (GS320)； HP公司公布了业界最后一款基于MBB技术的机型Superdome,那是在2000年三季度。Sun公司在2001年三季度公布 的Starfire (F15K)在体系结构上并无变化，只是将原先E10000上的CPU换成了 SPARC3而已。2. MBB结构的优点基于MBB技术的服务器是山多个BB构成的，因此它天生具有物理分区(PhysicalPartition)的特性。前面提到在MBB服务器上存在一个连

5、接BB的互连机制(crossbar switch),它工作在一个固定的时钟频率上。例如，在Sunfire服务器上的Uniboard机制确实是完成这种互连功能的。其总线时钟是150MHz,不管CPU的主频是多少(600, 750,900, 1050MHz),它是固定不变的。所带来的咨询题是数据/指令被传送出去的等待时刻过长。这是典型的高CPU时 钟频率和低总线速度的矛盾。所有的MBB结构的服务器都具有一个:显著“的优势：能够热插拔CPU板和内存板。这是因为每一个BB是物理分开的，每个4路CPU板能够单独从系统中隔离出来并将其下电。但有一点需要注意：在一个运行的系统中，从一个BB中拔出CPU、内

6、存或I/O板是有限制的，这基于每个机型的设讣不同而不同。例如，Sun 6800服务器就有一个警告标签，其注明每个U niboardie在系统运行时空槽位的时刻不能超过60秒(而且电源、温度等环境因素必须操纵在一定的范畴内)。山此推断，F12K/F15K叮能时 刻会更短。3. MBB结构的缺陷HP公司起初公布Superdome服务器时，曾公布了它与HP其它UNIX服务器的相 对性能值。64路CPU的Superdome (MBB结构)的相对性能值是20, 8路N4000 (共 享结构)的相对性能值是63。我们能够看到，8倍数量的CPU换来的只是3倍性能的 提升。造成这种现象的全然缘故就在MBB结构

7、上。Superdome 的每个cell （BB）里的CPU、内存或I/O卡可能需要访咨询其它cell里的数据。crossbar switch在cell之间建立点对点的连接，但同时带来延迟（latmcy）。即假如一个连接要求建立不成功时，则会再试一次直到建立连接成功，而现在其它的连接要求将会等待。在实际环境中，专 门多客户通过建立物理分区（每个分区中最多12到16个CPU）的方法来尽量减少这 种延迟的阻碍。这种做法将原先CPU个数较多的机器分成了若干个有较少CPU个数的 机器，因此也就不是原先宣称的服务器的扩展性了（例如具有64路CPU的服务器）。Sun和Compaq公司的具有MBB结构的服务器

8、里都有类似的crossbar switch结构，因此都存在相同的数据访咨询延迟的缺陷：点对点的连接必须建立，同时这种连接的建 立是竞争的。Sun公司宣称其服务器的扩展性是线性的，即服务器的性能随着CPU个数的增加呈线性增长。它是用SPECintRate和SPECjbb2000这两个基准测 试值来证明的。我们 需要指出的是：这两种测试方法只是基于CPU本身，并没有共学数据的访咨询和网络 及硬盘I/O的发生。专门明显，这与实际悄形是不相符的。我们谈服务器的性能是整体的去看。有专门多能够整体评判服务器性能的基准测 试，例如：TPC/C. Oracle ASBHi、Peoplesoft、SAP、Baa

9、n JDEdwards 等。这些 测试方法都具有数据库访咨询、模拟客户的实际应用和专门大的I/O访咨询量等特点。4.以POWER4为芯片的IBM UNIX服务器的设计IBM UNIX （p系列）服务器的设il思想是共享式的，即所有CPU能够同等的看到 所有的内存和I/O的连接方式：一种全新的为数据/指令流提供足够的高速通路的体系 结构。P系列服务器CPU数量的增加是一个成比例渐进的过程。U前p690上的最大CPU 个数是32路。从p690”以少胜多“的实例来看，服务器CPU数量的多少并不真正代表 其处理能力的高低。P690 （32路CPU）胜过Siipcnlonw （64路CPU）确实是一个有

10、 力的证明。P0WER4和以POWER4为芯片的服务器在设计上有两个重要点:-排除对数据传送的约束-数据传送能力是随着CPU性能的增长而增长下面将比较详细的做一介绍:（2）在POWER4的设计中存在一个称作分布式交换器（disBbined switch）的连接机制。它提供在一个MCM （Multi-ChiP Module）上的处理器之间的点对点的连接，也 用于在不同的MCM上的处理器之间的点对点的连接。那个分布式交换器的时钟频率是CPU的时钟频率的一半。例如，假如是13GHz POWER4的处理器，则分布式交换器提供16字节宽、时钟是650MHz的点对点总线连接O IBM U前提供给UNIX市

11、场的服务器，真正实现了 CPU处理能力和服务器处理能力的线性增长。5.关于IBM UNIX服务器上的一些邛艮制”IBM在其UNIX服务器（P系列）的设讣上没有釆纳MBB的设计结构，因此在p 系列机器上不支持物理分区。IBM沿用了大主机S390上的逻辑分区（LPAR）设计思 想，即设计一个hypervisor （系统治理程序），它能看到所有的真实资源（CPU、内存和I/O卡），同时通过一个操纵台（HMC）来治理逻辑分区。通过HMC将上述提到的资源定义到不同的逻辑分区中去，每个逻辑分区所需的最小资源是一个CPU、iGB内存 和一个PCI插槽。IBM没用象其它丿商那样釆纳crossbar switc

12、h技术做CPU之间的连接。在p系列 服务器上所有的CPU能够看到所有的内存和I/O资源，它不承诺不同主频的CPU共存 在同一台机器内。而MBB结构的服务器则承诺如此做，其代价确实是crossbar switch工作在相同的带宽上（MBB之间的连接带宽恒定人因此高主频CPU带来的服务器整 体性能提升是有限的。在P系列服务器上，假如升级CPU则必须更换整个CPU板，其优点是CPU上频 和系统总线带宽同时得到提升，保证更高主频的CPU带来更高的服务器性能。由于没有釆纳MBB的设计结构，因此在P系列服务器上不支持热插拔CPU板和内存板。”热插拔”那个设计思想的U的是为了方便系统爱护，即更换服务器失效部

13、件时 不需停机，以减少打算内停机时刻、提高系统的可用性（dwilability）。关于系统可用性方面，IBM的设计思想是：在关键性部件（如CPU,内存等）显 现硬件故障时，系统能自动隔离失效部件同时连续运行。要紧包括如下三个方面的内容:选用高质量的材料，制造高质量的部件，提供更高的可黑性。TBM发明的自诊断技术FFDC （First Failure Data Capture）能够做到早发觉故障（例如在p690上就设有5600多个观看点），并能自动隔离失效部件。U前在P系列服务 器上能做到自动隔离失效的CPU、L2/L3缓冲器、PCI总线、PCI卡和LPAR （逻辑分区）等，使系统能够连续运行。客户在打算内的停机爱护时刻里，能够专门快的修复失效部件。据研究讲明打算内的停机是有代价的（对客户来讲有些缺失），但非打算内停机所带来的缺失则是儿 何级数量的。采纳MBB结构服务器的厂商声称热插拔CPU/内存的功能可减少打算内的停机时刻，但其服务器有限的自诊断和自隔离功能将增加非打算内的停机时刻。6.终止语IBM是唯独一家在高端服务器行业有