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高端UNIX服务器介绍(上)
作者:未知 文章来源:本站整理 点击数: 更新时间:2007-1-8 11:07:24
   今天我们主要说的是高档UNIX服务器,但在介绍高档UNIX服务器之前,我想先简要介绍一下低端UNIX服务器和NT服务器之间的竞争和共存关系。

  现在,市场上UNIX低端服务器和NT服务器似乎竞争得很激烈,甚至有人认为NT服务器的发展会对UNIX低端服务器市场形成巨大冲击。NT服务器确实有它的优势,NT服务器的特点非常明显:界面友好,系统安装、网络设置、客户机设置简易,设置、管理系统直观、方便,系统扩展灵活。这些特点恰恰迎合了中小型网络快速构建的要求,因此,它在中低端服务器市场发展迅速,几乎是创造了服务器市场的增长神话。短短几年的光景,NT服务器在中低端服务器市场所占份额就已经超过了有着悠久发展历史的UNIX服务器,跃居市场首位。但是,NT服务器的缺点也同样明显,系统稳定性相对UNIX服务器还有差距,安全性方面也差强人意,而且NT系统的向上扩展性有限,比如说NT服务器目前单节点最多支持四路处理器。而稳定、安全、强大的可扩展能力是高端服务器必备的特点,也正因为此,在高端服务器市场上,UNIX服务器风景依然,NT服务器还有很长的路要走。

  实际上,NT服务器的发展是市场需求的必然,如果我们仅仅从产品本身,而不是从客户需求的角度去看待这一市场,就容易产生偏差。未来整个服务器市场将还保持较大幅度的增长,尤其是随着国内信息化建设的发展,企业对服务器的需求,包括对UNIX低端服务器和NT服务器的需求都将不断增长。而目前一些新兴的中小企业和.com公司,已经越来越重视系统的安全性、稳定性和可管理性,从而形成了对UNIX低端服务器的较大需求。虽然在传统低端UNIX市场(或称为NT的高端市场),人们普遍认为UNIX面临NT的强烈挑战。但一些市场咨询公司的数字证明,低端UNIX服务器不但没有被NT逼死,甚至出现快速的增长,涨幅丝毫不亚于NT服务器。

  所以,确切地说,UNIX低端服务器和NT服务器虽然各有其优势,但二者之间并非你死我活,而是共存互补的关系。如何让二者共存在同一个计算环境当中,发挥各自的作用和优势,满足客户需求,才是服务器供应商应该关心的重点。此外,随着时间的推移,UNIX高端技术的最新发展必将逐步地下移,使中档UNIX服务器甚至低端UNIX服务器的技术含量不断增高。按照以往的经验,从高端到中档的技术延迟,至少需要六个月到一年的时间。因此,预计在2001年,各厂商的中低档UNIX服务器产品将会有一次较普遍的更新换代过程。

  低端UNIX服务器在和NT服务器激烈拼杀,而高性能UNIX服务器在市场上却稳如泰山。由于在可伸缩性、可靠性、可用性、可维护性和系统管理水平等方面都具有无与伦比的优势,高端UNIX服务器在大型企业、政府部门的计算机网络中仍处于中心的地位。事实证明64位的UNIX在高端市场是不可替代的。那么,高性能UNIX服务器主要应用在哪些方面?用户对高性能UNIX服务器又有什么要求呢?

  关键任务,是指那些在国民经济发展中占据重要地位、关系国计民生的计算技术应用领域,例如基础科学研究-气象、海浪、地震预报;金融、证券交易;全球经济预测;军事战略研究等覆盖面广、应用程度高的重要计算领域。由于"关键任务"与生俱来的重要特性,决定了支持关键业务的计算系统必须具备更高的性能指标、更好的安全性、可用性、可靠性和可扩展性。这正是高性能UNIX服务器大显身手的地方。近年来迅速发展起来的64位高性能计算技术已责无旁贷地肩负起实现这些前所未有的应用需求的重任。

  高性能UNIX服务器在国内许多关键业务计算领域拥有广泛而成熟的应用基础,尤其在证券、电信、交通、邮政等在国民经济中拥有重要地位的行业应用领域一直深受青睐,并以其超级的性能使我国高性能计算技术的应用规模和应用水平得到了充分的发展。在我国的电信、邮政和交通等信息化程度很高的应用行业,高性能UNIX服务器起到了关键的作用。国内的电信部门已开始使用它们进行调度,并在优化通信流量、提高响应速度、防止欺诈、改善服务等方面取得了良好的效益。借助于高性能的UNIX服务器,国内邮电部门也已经开始采用数值分析方法,提高邮件的传递速度。铁道部也采用了大量的Alpha 服务器,并在铁路运输调度部门大量采用线性规划等数值计算技术,优化铁路车皮和物资运输调度,并取得了明显的效益。

  我国的民航、海港、码头和城市交通管理等应用行业也大量采用了64位高性能计算技术。另外,在我国的能源建设部门,石油、煤炭矿藏勘探部门,气象预报、环境监测机构,钢铁、汽车、船舶、航空等制造行业,以及科研和教育战线,64位高性能计算技术都发挥着巨大的作用。

  既然高性能UNIX服务器的地位如此重要,用户对它有什么要求呢?服务器所要求的高可用性、可管理性、高可靠性和高扩展性不仅是厂商追求的技术目标,也是用户所需求的。

  可用性是以设备处于正常运行状态的时间比例作为衡量指标,例如99.9%的可用性表示每年有8小时的时间设备不能正常运行;99.999%的可用性表示每年有5分钟的时间设备不能正常运行。部件冗余是提高可用性的基本方法,通常是对一旦发生故障会给系统造成危害最大的那些部件(例如电源、硬盘、风扇和PCI卡)添加冗余配置,并设计方便的更换结构(如热插拔),从而保证这些设备即使发生故障也不会影响系统的正常运行。

  可管理性旨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。最显著的作用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。服务器的管理性能直接影响服务器的易用性。可管理性是TCO各种费用之中所占比例最大的一项。有研究表明,系统的部署和支持费用远远超过了初次购买所花的费用,而付给管理和支持人员的报酬又是其中所占份额最高的。另外,工作效率的降低、商业机会的丧失和营业收入的下滑所带来的财务损失也不可忽视。因此,系统的可管理性既是IT部门的迫切要求,又对企业经营效益起着非常关键的作用。可管理性产品和工具可通过提供系统内部的有关信息而达到简化系统管理的目的。通过网络实现远程管理,技术支持人员在自己的桌面上即可解决问题,不必亲赴故障现场。系统部件可自动监视自己的工作状态,如果发现故障隐患可随时发出警告,提醒维护人员立即采取措施保护企业数据资产,故障部件更换的操作也非常简单方便。

  说到可靠性,简单来说就是要求服务器必须稳定运行,也就是宕机率低。其中的关键在于操作系统与硬件设备的协作,如果待处理的资源控制在CPU和操作系统上,而不是应用上,就会避免由于某项任务处理出错而导致系统无法运行,服务器宕机率将大大降低,而这也恰恰是UNIX/Linux系统的优势之一。导致日常维护工作的中断有:主机升级、硬件维护或安装、操作系统升级、应用/文件升级或维护、文件重组、全系统备份等原因。意外的灾难包括硬盘损坏、系统故障、软件故障、用户错误、电源掉电、人为破坏和自然灾害等因素。

  可扩展性具体表现在两个方面:一是留有富余的机箱可用空间;二是充裕的I/O带宽。随着处理器运算速度的提高和并行处理器数量的增加,服务器性能的瓶颈将会归结为PCI及其附属设备。高扩展性意义在于用户可以根据需要随时增加有关部件,在满足系统运行要求的同时,又保护投资。

  随着计算机技术的发展和业务的需要,计算机系统已经渗透到各行各业。电信、金融等的绝大多数行业的业务系统已经成为需要一年365天、7×24小时连续运行的关键性业务,特别是电子商务成为现实,对中心系统的运行提出了更高的要求。无论采用传统的集中式处理,还是客户机/服务器模式,还是当今流行的三层架构,高性能UNIX服务器都是业务数据处理的核心,它的选择是至关重要的。在目前的需求下,对高性能UNIX服务器的选型提出了如下的选型原则:

  1.先进性

  当选择计算机系统的时候,必须考虑到系统的先进性。根据摩尔定律,计算机的处理能力每隔一年半就会翻一番。在现实社会中,计算机技术的发展甚至超越了摩尔定律。当选择计算机主机系统的时候,必须选择拥有先进技术的机型。否则,投入巨大资金购买到过时或者将要过时的产品,其处理能力与扩展能力也会受到限制,计算机的处理能力很快就跟不上业务发展的需要。用户为适应业务的发展在短期内就必须购买新的设备,无疑是一种投资的浪费。

  2.可靠性、可用性和可维护性(RAS)

  系统的可靠性、可用性和可维护性是RISC系统区别与CISC系统的典型特点之一,也是其适用于关键性业务的重要特点之一。当出现故障时,必须进行部件的维修或者维护。或者为了防止故障的产生,必须进行事前的维护,这都要求系统具有很好的可维护性。

  3.高性能

  为了衡量某种服务器是否具有很高的性能,业界有各种各样的指标,有SPEC、TPC等通用性指标,也有SAP、 ORACLE、BAAN等具体的应用指标。我们应该看到,指标在一定程度上能反映服务器的某方面的性能,但任何某个单一的指标都不能完全反映服务器的真实性能。如果在不能进行真实业务系统测试的情况下进行服务器的选择,就应该根据各种指标进行综合考虑,更重要的是要从服务器本身的体系结构上来寻找答案。

  4.投资保护和扩展能力

  关键性业务的投资对客户来说,是一笔很大的投资。随着企业的发展和整个社会经济形势的发展,业务需求不断增长,导致了关键业务的处理能力需求不断增长。保护客户投资不仅仅要求厂商提供的服务器对将来具有投资保护的能力,而且对现在也要有良好的投资保护能力。投资保护在一定程度上要通过扩展能力来体现,系统的扩展能力越强,投资保护能力越强。

  5.管理能力

  6.异构环境支持

  在目前的计算机网络中,可以说都有NT服务器的存在。对NT的互操作性也就成为衡量业务系统的一个指标。

  虽然高性能UNIX服务器的地位稳固,可是各厂家从未放松过对技术的追求。Internet的出现对服务器提出了更高的要求,如何适应并满足不断变化、增强的网络应用需求成为服务器技术发展要面临的重要课题。UNIX服务器的重要厂商,如Sun、HP、IBM、SGI等的策略之一就是采纳新技术,不断加强性能和容量方面的领先地位,主要包括64位处理器及64位操作系统、快速可扩充的互联技术、大内存及高性能的集群以及高带宽I/O技术等。当前正是高端UNIX服务器集中进行更新换代的阶段,从中我们可以看出:大规模SMP、ccNUMA、模块化设计和硬件分区功能四大技术是UNIX高端技术的发展趋势。

  对于服务器而言(不管是PC服务器,还是UNIX服务器),单纯地提高单个处理器的运算能力和处理能力正在变得越来越难,虽然许多制造商从材料、工艺和设计等方面进行了不懈的努力,近期内仍然使得CPU保持着高速的增长势态,但高频之下的高功耗所引起的电池容量问题和散热问题等负面效应,以及这些负面效应对整机系统产生的电磁兼容性问题,又反过来将CPU运算能力的提升推到了暮年。显然,提高单个处理器速度和性能已是强弩之末,而研发多个CPU的并行处理技术,才是真正提高现代服务器处理能力和运算速度的有效途径。这也正是多处理器服务器不仅是UNIX服务器的专利,而且也是已经在PC服务器中普遍采用的原因。目前,业界比较关注的并行处理技术主要有SMP技术、MPP技术、COMA技术、集群技术和NUMA技术等。

  1.SMP技术

  SMP(对称多处理-Symmetrical MultiProcessing)技术是相对非对称多处理技术而言的、应用十分广泛的并行技术。在这种架构中,多个处理器运行操作系统的单一复本,并共享内存和一台计算机的其他资源。所有的处理器都可以平等地访问内存、I/O和外部中断。

  在非对称多处理系统中,任务和资源由不同处理器进行管理,有的CPU只处理I/O,有的CPU只处理操作系统的提交任务,显然非对称多处理系统是不能实现负载均衡的。在对称多处理系统中,系统资源被系统中所有CPU共享,工作负载能够均匀地分配到所有可用处理器之上。

  目前,大多数SMP系统的CPU是通过共享系统总线来存取数据,实现对称多处理的。如某些RISC服务器厂商使用Crossbar或Switch方式连接多个CPU,虽然性能和可扩展性优于Intel架构,但SMP的扩展性仍有限。

  在SMP系统中增加更多处理器的难点是系统不得不消耗资源来支持处理器抢占内存,以及内存同步两个主要问题。抢占内存是指当多个处理器共同访问内存中的数据时,它们并不能同时去读写数据,虽然一个CPU正读一段数据时,其他CPU可以读这段数据,但当一个CPU正在修改某段数据时,该CPU将会锁定这段数据,其他CPU要操作这段数据就必须等待。

  显然,CPU越多,这样的等待问题就越严重,系统性能不仅无法提升,甚至下降。为了尽可能地增加更多的CPU,现在的SMP系统基本上都采用增大服务器Cache容量的方法来减少抢占内存问题,因为Cache是CPU的"本地内存",它与CPU之间的数据交换速度远远高于内存总线速度。又由于Cache支持不共享,这样就不会出现多个CPU抢占同一段内存资源的问题了,许多数据操作就可以在CPU内置的Cache或CPU外置的Cache中顺利完成。

  然而,Cache的作用虽然解决了SMP系统中的抢占内存问题,但又引起了另一个较难解决的所谓"内存同步"问题。在SMP系统中,各CPU通过Cache访问内存数据时,要求系统必须经常保持内存中的数据与Cache中的数据一致,若Cache的内容更新了,内存中的内容也应该相应更新,否则就会影响系统数据的一致性。由于每次更新都需要占用CPU,还要锁定内存中被更新的字段,而且更新频率过高又必然影响系统性能,更新间隔过长也有可能导致因交叉读写而引起数据错误,因此,SMP的更新算法十分重要。目前的SMP系统多采用侦听算法来保证CPU Cache中的数据与内存保持一致。Cache越大,抢占内存再现的概率就越小,同时由于Cache的数据传输速度高,Cache的增大还提高了CPU的运算效率,但系统保持内存同步的难度也很大。

  在硬件方面,SMP可以在UltraSPARC、SPARCserver、Alpha以及PowerPC架构上实现,也可以利用包括486以上所有Intel芯片来实现。

  2.集群技术

  集群(Cluster)技术是近几年兴起的发展高性能计算机的一项技术。它是一组相互独立的计算机,利用高速通信网络组成一个单一的计算机系统,并以单一系统的模式加以管理。其出发点是提供高可靠性、可扩充性和抗灾难性。一个集群包含多台拥有共享数据存储空间的服务器,各服务器通过内部局域网相互通信。当一台服务器发生故障时,它所运行的应用程序将由其他服务器自动接管。在大多数模式下,集群中所有的计算机拥有一个共同的名称,集群内的任一系统上运行的服务都可被所有的网络客户使用。采用集群系统通常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。


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