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一、服务器的基础概念
1.1 服务器是什么
英文名称为“Server”,是在网络上提供各种服务的高性能计算机。
服务器的特点:
- 可靠性
- 可用性
- 可扩展性
- 可管理性
- 易用性
1.2 服务器概述
按硬件形态分类
按服务规模分类
按处理器类型分类
服务器和PC机的区别
区分项 | 服务器 | PC机 |
---|---|---|
运算能力 | 高(多处理器) | 低(单处理器) |
存储能力 | 大容量、可扩展 | 容量较小、不易扩展 |
使用人数 | 多人 | 1人 |
使用方式 | 网络接入 | 键盘、鼠标、显示器 |
工作时间 | 7 x 24小时 | 数小时 |
协同工作 | 集群 | 单机 |
部件冗余 | 电源、风扇 | 无冗余 |
系统监控 | IPMI | 无监控 |
1.3 服务器设备的物理结构
华为RH2288服务器硬件结构示意图
核心部件
服务器逻辑架构介绍
1.4 服务器系统的软件框架
BMC
BMC是基板管理控制器(baseboard management controller)的缩写,这是一个在IPMI结构下提供智能管理的控制器。
BMC的主要功能
- 通过系统的串口进行访问
- 故障日志记录和 SNMP 警报发送
- 访问系统事件日志 (System Event Log ,SEL) 和传感器状况
- 控制包括开机和关机
- 独立于系统电源或工作状态的支持
模拟KVM
通过远程连接服务器的BMC端口,来实现对服务器的操作和控制,就像是使用键盘、鼠标、显示器直接连接到服务器上操作一样。
虚拟媒体
虚拟媒体功能将客户端的物理光驱或是ISO文件虚拟成服务器的内置光驱来使用。
二、服务器关键部件介绍
2.1 CPU类型和应用
中央处理器(Central Processing Unit, CPU)是一台计算机的运算核心和控制核心。
- CPU、内部存储器和输入/输出设备是电子计算机三大核心部件
- CPU主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据
CPU的组成
CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。
CPU的频率
- 主频
主频也叫时钟频率,单位是兆赫(MHz)或千兆赫(GHz),用来表示CPU的运算、处理数据的速度 - 外频
外频是CPU的基准频率,单位是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度 - 总线频率
总线频率直接影响CPU与内存数据交换的速度 - 倍频系数
倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系
CPU的缓存
- L1 Cache
L1 Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存,分为数据缓存和指令缓存 - L2 Cache
L2 Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存,分内部和外部两种芯片 - L3 Cache
L3 Cache(三级缓存),分为两种,早期的是外置,现在的都是内置的
CPU的指令集
- CICS指令集
CISC指令集,即复杂指令集(Complex Instruction Set Computer),X86架构的CPU均使用这种指令集 - RISC指令集
RISC是英文“Reduced Instruction Set Computing (精简指令集)”的缩写。它是在CISC指令系统基础上发展起来的 - EPIC指令集
EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computers,精确并行指令计算机),Intel的安腾Itanium CPU采用EPIC技术
2.2 内存类型和应用
内存(Memory)也被称为内存储器,其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据,以及与硬盘等外部存储器交换的数据。
- 内存是计算机中重要的部件之一,它是与CPU进行沟通的桥梁
- 计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的,因此内存的性能对计算机的影响非常大
- 内存由内存芯片、电路板、金手指等部分组成
主流内存条厂商介绍
厂商 | 国家/地区 | 工厂 | 特点 |
---|---|---|---|
Samsung三星 | 韩国 | 西安 | 质量优、价格贵 |
SK Hynix海力士 | 韩国 | 无锡 | 质量较优、价格适中 |
Micron美光 | 美国 | 成都 | 可提供定制1.5H高度内存 |
Ramaxel记忆科技 | 大陆 | 深圳、东莞 | 模组厂家、价格优势 |
Kingston金士顿 | 台湾 | 台湾 | 模组厂家 |
内存颗粒(DRAM)三大原厂:Samsung、SK Hynix和Micron。
模组厂家:Ramaxel 和Kingston购买三大原厂颗粒制作内存条(DIMM)
内存条类型介绍
类型 | 全称 | 主要差别 | 特点 |
---|---|---|---|
UDIMM | Unbuffered DIMM | 无Buffer芯片 | 适用于低端CPU平台 |
RDIMM | Registered DIMM | 地址控制信号经过Register芯片后输出到DRAM芯片 | 适用于主流场景 |
LRDIMM | Load-Reduced DIMM | 数据和地址控制信号都经过Register芯片 | 适用于大容量场景 |
主流CPU平台选用4GB、8GB、16GB内存建议使用RDIMM内存;主流CPU平台选用32GB、64GB内存建议使用LRDIMM内存,以便提升系统整体内存容量。
内存类型
-
UDIMM
UDIMM: Unbuffered DIMM (无缓冲双信道内存模块技术),表示控制器输出的地址和控制信号直接到达DIMM。
UDIMM特性:
服务器常使用带有温度传感器和ECC功能的UDIMM
使用UDIMM的服务器:X6000JDM(XH310 v2、XH311 v2) -
RDIMM
RDIMM : Registered DIMM,表示控制器输出的地址和控制信号经过Register寄存后输出到DRAM芯片,控制器输出的时钟信号经过PLL后到达各DRAM芯片。
RDIMM特性:
内存容量:4GB, 8GB ,16GB, 32GB
当使用4 Rank RDIMM时,仅支持1/ 2DPC配置,不支持3DPC配置(Intel CPU每个通道最大支持8个Rank)。 -
LRDIMM
LRDIMM : Load-Reduced DIMM(低负载DIMM)。
LRDIMM特性:
容量: 32GB , 64GB
LRDIMM突破每个channel最大8 Rank的限制。可提升系统整体内存容量。
内存条规格识别方法
适用于Samsung、SK Hynix、Micron和Ramaxel内存条
内存颗粒越多性能越优(理论上x4 比 x8性能优)
内存Rank数越多性能越优
内存条容量的计算
内存条容量(单位 : B)=内存颗粒容量内存颗粒个数/8
内存颗粒容量(单位 : b) =寻址空间颗粒位宽
内存颗粒个数=Rank数*(64/颗粒位宽 )
举例:
规格为 8GB 2Rx8 PC3L-12800R 的内存条
内存条容量 8GB=(4Gb×16)/8
内存颗粒容量=4Gb
内存颗粒个数=2×64/8=16
内存演进的目标——容量、功耗、性能
2.3 硬盘类型和应用
硬盘的供应商
接口类型
SAS/SATA 接口最大传输速率关系表
尺寸
HDD按照碟片的尺寸大小,即硬盘碟片直径分为: 1 inch、1.8 inch、2.5 inch、3.5 inch、5.25 inch。SSD虽然没有碟片概念,但尺寸大小和HDD是一致的。
HDD主要尺寸
- 主流的硬盘中,有3.5寸和2.5寸2种,不同硬盘厂商的外形尺寸都在公差范围内,差异极小。
- 3.5寸:LFF,长宽=147mm101.85mm,企业级3.5寸硬盘的厚度一般为26.1mm 。
- 2.5寸:SFF,长宽= 100.45mm69.85mm ,企业级2.5寸硬盘的厚度一般为15mm 。
SSD主要尺寸
- 主流的固态硬盘尺寸为2.5寸,不同硬盘厂商的外形尺寸差异微小。
- 2.5寸:SFF,长宽= 100.45mm69.85mm ,SSD的高度有7mm,9.5mm和15mm,各个厂家可能设计不同的厚度,但不会超过15mm。
关键指标
- 硬盘容量(Volume)
- 转速(Rotational speed)
- 平均访问时间*(Average Access Time)
- 数据传输率(Date Transfer Rate)
- IOPS(Input/Output Per Second)
容量差异对比
寿命及可靠性分析
业务类型
基于业务应用的不同,HDD主要有:
- 企业级Performance类
- 企业级Capacity类
- 企业级云盘类
- 桌面级硬盘(Desktop Disk)类
基于业务应用和Flash介质的不同,SSD主要有: - 读密集型(Read intensive)
- 均衡型(Main Stream)
- 写密集型(Read intensive)
2.4 RAID技术
定义
RAID (Redundant Array of Independent Disks)即独立磁盘冗余阵列,RAID技术将多个单独的物理硬盘以不同的方式组合成一个逻辑硬盘,从而提高了硬盘的读写性能和数据安全性。
根据不同的组合方式可以分为不同的RAID级别:
级别 | 说明 |
---|---|
RAID 0 | 数据条带化,无校验 |
RAID 1 | 数据镜像,无校验 |
RAID 3 | 数据条带化读写,校验信息存放于专用硬盘 |
RAID 5 | 数据条带化,校验信息分布式存放 |
RAID 6 | 数据条带化,分布式校验并提供两级冗余 |
同时采用两种不同的RAID方式还能组合成新的RAID级别: | |
级别 | 说明 |
– | – |
RAID 0+1 | 先做RAID 0,后做RAID 1,同时提供数据条带化和镜像 |
RAID 10 | 类似于RAID 0+1,区别在于先做RAID 1,后做RAID 0 |
RAID 50 | 先做RAID 5,后做RAID 0,能有效提高RAID 5的性能 |
数据组织及存取方式
分块:将一个分区分成多个大小相等的、地址相邻的块,这些块称为分块。它是组成条带的元素。
条带:同一磁盘阵列中的多个磁盘驱动器上的相同“位置”(或者说是相同编号)的分块。
RAID 0
没有容错设计的条带硬盘阵列,以条带形式将RAID组的数据均匀分布在各个硬盘中
RAID 1
又称镜像(Mirror),数据同时一致写到主硬盘和镜像硬盘
RAID 3
带有校验的并行数据传输阵列,数据条带化分布在数据盘中,同时使用专用校验硬盘存放校验数据
RAID 5
与RAID 3机制类似,但校验数据均匀分布在各数据硬盘上,RAID成员硬盘上同时保存数据和校验信息,数据块和对应的校验信息保存在不同硬盘上。RAID 5是最常用的RAID方式之一
RAID 6
- 横向校验盘:P1—P4为各个数据盘中横向数据的校验信息
例:P1=A1 XOR A2 XOR A3 XOR A4 - 斜向校验盘:DP1—DP4为各个数据盘及横向校验盘的斜向数据的校验信息
例:DP1=A1 XOR A6 XOR A11 XOR A16
RAID 10
将镜像和条带进行两级组合的RAID级别,第一级是RAID1镜像对,第二级为RAID 0。RAID10也是一种应用比较广泛的RAID级别
RAID 50
将RAID5和RAID 0进行两级组合的RAID级别,最低一级是RAID 5,第二级为RAID 0
常见RAID级别的比较
RAID级别 | RAID 0 | RAID 1 | RAID 5 | RAID 6 | RAID 10 |
---|---|---|---|---|---|
可靠性 | 最低 | 高 | 较高 | 最高 | 高 |
冗余类型 | 无 | 镜像冗余 | 校验冗余 | 校验冗余 | 镜像冗余 |
可用空间 | 100% | 50% | (N-1)/N | (N-2)/N | 50% |
性能 | 最高 | 最低 | 较高 | 较高 | 高 |
2.5 PCIE接口及应用
总线
总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线。
PCI Express总线技术
PCIE插槽和卡实物图
2.6 BIOS的作用和发展
定义
BIOS全称“Basic Input Output System”,即"基本输入输出系统"。
它是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序
工作过程
2.7 BMC和机框管理的作用和发展
iMana 200智能管理系统,(内部名称iBMC),是华为自主开发的具有完全自主知识产权的服务器远程管理系统。iMana 200兼容服务器业界管理标准IPMI2.0规范、支持键盘、鼠标和视频的重定向、文本控制台的重定向、远程虚拟媒体、高可靠的硬件监控和管理功能。iMana智能管理系统提供了丰富的特性支持。
BMC的物理接口
IPMI
智能平台管理接口 (Intelligent Platform Management Interface) 是一种开放标准的硬件管理接口规格,定义了嵌入式管理子系统进行通信的特定方法。
IPMI 信息通过基板管理控制器 (BMC) 进行交流,使用低级硬件智能管理而不使用操作系统进行管理。
IPMI的工作原理
- IPMI的核心是BMC(基板管理控制器)。
- IPMI不依赖于服务器的处理器、BIOS或操作系统,是一个单独在系统内运行的无代理管理子系统。
- IPMI提供了一种与厂商无关的远程查看启动、操作系统加载器或紧急管理控制台来诊断和维修故障的标准方式。
- IPMI增强的认证功能能够实现安全的远程操作。
- IPMI克服了以往基于操作系统的管理方式所受的限制。
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