刀片機電腦系統在伺服器端

㈠ 請回答刀片式伺服器與塔式伺服器、機架式伺服器的區別

所謂刀片伺服器是指在標准高度的機架式機箱內可插裝多個卡式的伺服器單元，實現高可用和高密度。每一塊"刀片"實際上就是一塊系統主板。它們可以通過"板載"硬碟啟動自己的操作系統，如Windows NT/2000、Linux等，類似於一個個獨立的伺服器，在這種模式下，每一塊母板運行自己的系統，服務於指定的不同用戶群，相互之間沒有關聯。不過，管理員可以使用系統軟體將這些母板集合成一個伺服器集群。在集群模式下，所有的母板可以連接起來提供高速的網路環境，並同時共享資源，為相同的用戶群服務。在集群中插入新的

"刀片"，就可以提高整體性能。而由於每塊"刀片"都是熱插拔的，所以，系統可以輕松地進行替換，並且將維護時間減少到最小。

這些刀片伺服器在設計之初都具有低功耗、空間小、單機售價低等特點，同時它還繼承發揚了傳統伺服器的一些技術指標，比如把熱插拔和冗餘運用到刀片伺服器之中，這些設計滿足了密集計算環境對伺服器性能的需求；有的還通過內置的負載均衡技術，有效地提高了伺服器的穩定性和核心網路性能。而從外表看，與傳統的機架/塔式伺服器相比，刀片伺服器能夠最大限度地節約伺服器的使用空間和費用，並為用戶提供靈活、便捷的擴展升級手段。

刀片伺服器的特點

刀片伺服器公認的特點有兩個，一是克服了晶元伺服器集群的缺點，被成為集群的終結者；另一個是實現了機櫃優化。

集群終結者

眾所周知，作為一種負載均衡技術，伺服器集群已經在有效提高系統的穩定性和核心網路服務的性能方面被廣泛採用，在集群系統中，若要提供更高端的運算和服務性能，只需增加更多的單元就可以獲得更高的性能。更為重要的是，伺服器集群還可以為任何一台單獨的伺服器提供冗餘和容錯功能。

目前IT行業正在大力發展適應寬頻網路、功能強大可靠的計算機。在過去的幾年裡，寬頻技術極大地豐富了信息高速公路的傳輸內容。伺服器集群和RAID技術的誕生為計算機和數據池的互聯網應用提供了一個新的解決方案，而其成本卻遠遠低於傳統的高端專用伺服器和大型機。但是，伺服器集群的集成能力低，管理這樣的集群使很多管理員非常頭疼。尤其是集群擴展的需求越來越大，維護這些伺服器的工作量簡直不可想像，包括伺服器之間的內部連接和擺放空間的要求。這些物理因素都限制了集群的擴展。刀片伺服器的出現適時地解決了這些問題。在集群模式下，刀片伺服器所有的主板可以連接起來提供高速的網路環境，共享資源。同時每個刀片都可內置監視器和管理工具軟體， 配置一台高密度伺服器就可以解決一台到一百台伺服器的管理問題，如果需要增加或者刪除集群中的伺服器，只要插入或拔出一塊板即可，將維護時間減少到最小。就這個意義上來說，Blade Server從根本上克服了伺服器集群的缺點。

實現機櫃優化

從某一角度而言，刀片伺服器實現了機櫃優化的自然飛躍。刀片伺服器將機櫃式伺服器所佔用的空間密度再一次提高了50%。資料顯示，在機櫃系統配置好的前提下，將1U機架優化伺服器系統移植到刀片伺服器上，所佔用的空間只是原來的1/3～1/2。而在一個標準的機櫃式環境里，刀片伺服器的處理密度要提高四到五倍。比如在處理1024節點的高密度計算伺服器環境里，1U配置需要24個機櫃，其中不包括乙太網交換集線器所佔用的機櫃空間，而採用插有8個"刀片"的刀片伺服器，只需要9個機櫃，卻包括了乙太網交換機的空間。在相同的面積內，數據中心可以通過部署刀片伺服器獲得8倍於機架式伺服器的伺服器租賃收益。

另外，刀片伺服器採用集中管理的方式，可以簡化伺服器的管理工作。在IT人員日益匱乏的今天，採用刀片伺服器的企業可以減少雇傭工資高昂的伺服器管理和維護人員，從而降低維護費用。還有，刀片伺服器的低功耗設計也會顯著減少能耗，節約能源的同時減少了費用。

作為一種新興的伺服器產品，讀者可能還缺乏對它的直觀認識。每台刀片伺服器一般由機櫃和刀片組成，因此刀片伺服器的標識由機櫃的型號和刀片的型號共同構成，而不像以往的伺服器那樣由一個單一的伺服器型號所代表。刀片通過機櫃背板上的CompacPCI介面與之相連接。伺服器機櫃一般可以容納8片至數十片刀片。刀片以伺服器刀片為主，而每個伺服器刀片都是一個功能完整的伺服器。

在此，我們以一款常見的一種刀片伺服器向大家介紹一下，以了解其基本構成。

根據所需要承擔的伺服器功能，刀片伺服器被分成伺服器刀片、網路刀片、存儲刀片、管理刀片、光纖通道SAN刀片、擴展I/O刀片等等不同功能的相應刀片伺服器。

目前最為常見的伺服器刀片一般採用1顆為的Intel Pentium Ⅲ處理器，並採用ServerWorks LC-E晶元組、Intel 815晶元組、Via Pro266晶元組，支持的內存容量和類型由晶元組決定，內存類型一般為具有ECC功能的SDRAM或DDR。由於刀片伺服器的散熱問題較為嚴重，在設計中也有廠商採用了低功耗的Transmeta 5600處理器。目前，HP、Sun也正致力於把它們的RISC處理器製作成伺服器刀片，只是尚未面世。

除連接機櫃背板的介面外，伺服器刀片上一般還具有一個PMC擴展介面，可以連接PMC介面的擴展卡，如SCSI卡、光纖存儲卡等，其功能相當於PCI擴展槽，只是相應介面的擴展卡價格略貴。 伺服器刀片採用與筆記本電腦相同規格的65mm(2.5英寸)硬碟，一般只安裝操作系統和簡單的應用軟體，性能較低。

網路刀片

網路刀片的功能相當於區域網交換機，從而提供良好的網路監控和管理功能。網路刀片普遍提供10/100Mbps埠，以雙絞線的方式連接伺服器刀片，對外提供高速上連通道(千兆埠)。採用NAS存儲方式的刀片伺服器經常會配備2個網路刀片，其中一個專門用於連接NAS設備。每個刀片支持10/100/1000M乙太網連接，並且可以在背板上安裝10/100/1000M的2-4層交換機，這樣就可以把系統中每個槽位上安裝的刀片與交換機連接起來，提供一個基於IP的交換網路。通過集成這種匯流排，刀片伺服器系統可以很好地集成IP業務和語音業務，提供各種不同的電信增值服務。

存儲刀片

存儲刀片可以被視為一個硬碟模塊，通過背板匯流排或者硬碟介面線向伺服器刀片提供存儲功能。存儲刀片上一般配備2塊性能較高90mm(3.5英寸)硬碟，介面類型有IDE、SCSI和光纖通道(Fiber Channel)介面。

管理刀片

第一代刀片伺服器的KVM(Keyboard、VGA、Mouse)刀片可以說是功能最為簡單的管理刀片，提供對所有伺服器刀片的管理控制。KVM刀片，提供鍵盤、滑鼠、顯示器介面，KVM刀片經常還包括軟碟機和光碟機，便於使用者直接操作伺服器刀片。KVM刀片上提供切換開關，用於在機櫃上的不同刀片之間或者不同機櫃之間進行切換。第二代刀片伺服器具備更加強大的管理功能，但是各家產品各不相同。管理刀片往往通過伺服器刀片上集成的監控管理晶元進行1台或多台刀片伺服器的集中監控和管理。管理刀片向伺服器機櫃內的其他刀片提供必要的配置信息，並在某些刀片發生故障時接收報警信息，並向監控程序發出報警。

CompactPCI ：刀片伺服器的標准

CompactPCI開放式標准架構很好地平衡了業界標准，包括硬體、操作系統、應用開發工具、能快速有效開發高利潤的電信增值服務，同時使傳統上以專有軟硬體架構為主的電信建設轉型，能享受開放系統帶來成本大幅降低及大眾化業界標准操作系統的好處。這一轉變讓設備及服務供應商找到了數以百萬計的開發者，並開始採用具高可靠性、高擴展性和高性能的CompactPCI寬頻通訊平台。

CompactPCI匯流排標準是建立刀片伺服器的基礎。它是惟一的標准，同時也是標准紛爭的起源。CompactPCI目前有2個主要的版本，即 1.0版和2.0版，它們在介面定義的完善程度上不盡相同。早期的刀片伺服器全部採用CompactPCI 1.0的標准，背板帶寬也限定在32位PCI之內，這些產品屬於第一代刀片伺服器。2002年最新推出的刀片伺服器部分採用CompactPCI 2.0標准，背板支持64位PCI通信，稱之為第二代刀片伺服器。由於標準的版本不同，兩代刀片伺服器之間不能完全兼容。

目前為止，只有HP一家聲稱完全按照CompactPCI標准設計刀片伺服器，而其他伺服器廠商只是在匯流排和介面標准方面遵循CompactPCI，在刀片的尺寸上沒有完全按照該標准去執行。

應用模式指南

刀片伺服器的應用很廣泛，尤其是對於計算密集型應用，比如天氣預報建模、數據採集、數據模擬、數字影象設計、空氣動力學建模等等。而對於行業應用，如電信、金融、 IDC/ASP/ISP應用、行動電話基站、視頻點播、Web主機操作及實驗室系統等，刀片伺服器依然能大顯身手。刀片伺服器的出現使其在2001年底的伺服器市場上占據一塊相對於機架式伺服器來說不算小的市場份額。而隨著2002年技術的發展尤其是InfiniBand技術開始扮演重要角色，刀片伺服器將逐漸成為主流伺服器並占據較大的市場份額。

刀片伺服器的使用范圍相當廣泛。下面我們列出兩個典型的應用模式進行簡單的介紹。

應用模式1：網站Web伺服器

這種方式可充分發揮刀片伺服器密度高、可群集以及可遠程管理的優勢。網站可以用刀片伺服器組成高密度的群集，用來實現高訪問量的Web伺服器，後端再連接中高端的伺服器或群集系統作為資料庫伺服器。存儲服務提供商可以採用同樣的前端方案，後端配合NAS設備來提供存儲服務。與普通機架伺服器相比，刀片伺服器在這類應用中的優勢在於佔用機位少，可有效節省託管費用。

應用模式2：中小企業網路伺服器

當前的企業網路需求是多方面的，需要類型多樣的服務，其中有些服務可以安裝在一台機器上，而有些則需要使用至少一台備份機器或者群集。與之相對應，任何一個刀片系統既可以獨立運行，也可以與其他伺服器組成群集或互為備份。根據企業的實際需要進行搭配。這種方式可充分發揮刀片伺服器易管理、配置靈活和可擴展性好的優勢。 使用刀片伺服器進行群集並與存域網相結合，這可以勝任大數據量吞吐的資料庫並行處理。對於企業來說，這種高密度不僅節約了寶貴的機櫃空間，還節約了布線成本，並可節電，從而降低對UPS的要求。

塔式伺服器應該是大家見得最多，也最容易理解的一種伺服器結構類型，因為它的外形以及結構都跟我們平時使用的立式PC差不多，當然，由於伺服器的主板擴展性較強、插槽也多出一堆，所以個頭比普通主板大一些，因此塔式伺服器的主機機箱也比標準的ATX機箱要大，一般都會預留足夠的內部空間以便日後進行硬碟和電源的冗餘擴展。
由於塔式伺服器的機箱比較大，伺服器的配置也可以很高，冗餘擴展更可以很齊備，所以它的應用范圍非常廣，應該說目前使用率最高的一種伺服器就是塔式伺服器。我們平時常說的通用伺服器一般都是塔式伺服器，它可以集多種常見的服務應用於一身，不管是速度應用還是存儲應用都可以使用塔式伺服器來解決。

就使用對象或者使用級別來說，目前常見的入門級和工作組級伺服器基本上都採用這一伺服器結構類型，一些部門級應用也會採用，不過由於只有一台主機，即使進行升級擴張也有個限度，所以在一些應用需求較高的企業中，單機伺服器就無法滿足要求了，需要多機協同工作，而塔式伺服器個頭太大，獨立性太強，協同工作在空間佔用和系統管理上都不方便，這也是塔式伺服器的局限性。不過，總的來說，這類伺服器的功能、性能基本上能滿足大部分企業用戶的要求，其成本通常也比較低，因此這類伺服器還是擁有非常廣泛的應用支持。

機架式伺服器的外形看來不像計算機，而像交換機，有1U（1U=1.75英寸）、2U、4U等規格。機架式伺服器安裝在標準的19英寸機櫃裡面。這種結構的多為功能型伺服器。

對於信息服務企業（如ISP/ICP/ISV/IDC）而言，選擇伺服器時首先要考慮伺服器的體積、功耗、發熱量等物理參數，因為信息服務企業通常使用大型專用機房統一部署和管理大量的伺服器資源，機房通常設有嚴密的保安措施、良好的冷卻系統、多重備份的供電系統，其機房的造價相當昂貴。如何在有限的空間內部署更多的伺服器直接關繫到企業的服務成本，通常選用機械尺寸符合19英寸工業標準的機架式伺服器。機架式伺服器也有多種規格，例如1U（4.45cm高）、2U、4U、6U、8U等。通常1U的機架式伺服器最節省空間，但性能和可擴展性較差，適合一些業務相對固定的使用領域。4U以上的產品性能較高，可擴展性好，一般支持4個以上的高性能處理器和大量的標准熱插拔部件。管理也十分方便，廠商通常提供人相應的管理和監控工具，適合大訪問量的關鍵應用，但體積較大，空間利用率不高。