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刀片式服务器
作者:server   来源:本站   点击:2861   时间:2013-03-03

刀片服务器是指在标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式的服务器单元,是一种实现HAHD(HighAvaiMabiMityHighDensity,高可用高密度)的低成本服务器平台,为特殊应用行业和高密度计算环境专门设计。刀片服务器就像“刀片”一样,每一块“刀片”实际上就是一块系统主板。
 
                                 
基本简介
  所谓刀片服务器(准确的说应叫做刀片式服务器)是指在标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式的服务器单元,实现高可用和高密度。每一块"刀片"实际上就是一块系统主板。它们可以通过"板载"硬盘启动自己的操作系统,如Windows NT/2000Linux等,类似于一个个独立的服务器,在这种模式下,每一块母板运行自己的系统,服务于指定的不同用户群,相互之间没有关联。不过,管理员可以使用系统软件将这些母板集合成一个服务器集群。在集群模式下,所有的母板可以连接起来提供高速的网络环境,并同时共享资源,为相同的用户群服务。在集群中插入新的"刀片",就可以提高整体性能。而由于每块"刀片"都是热插拔的,所以,系统可以轻松地进行替换,并且将维护时间减少到最小。
 
  这些刀片服务器在设计之初都具有低功耗、空间小、单机售价低等特点,同时它还继承发扬了传统服务器的一些技术指标,比如把热插拔和冗余运用到刀片服务器之中,这些设计满足了密集计算环境对服务器性能的需求;有的还通过内置的负载均衡技术,有效地提高了服务器的稳定性和核心网络性能。而从外表看,与传统的机架/塔式服务器相比,刀片服务器能够最大限度地节约服务器的使用空间和费用,并为用户提供灵活、便捷的扩展升级手段。
 
  刀片式服务器已经成为高性能计算集群的主流,在全球超级500 强和国内100 超级计算机中,许多新增的集群系统都采用了刀片架构。由于采用刀片服务器可以极大减少所需外部线缆的数量,可以大大降低由于线缆连接故障带来的隐患,提高系统可靠性
 
主要优点
  IBM 提供的Blade Center 是一个7U 19 英寸机架装置,可以为刀片服务器提供冗余电源、冗余风扇、管理单元以及连接背板,并可安装网络交换机模块等。每一Blade Center 可以安装14 个刀片服务器,不同CPU 的刀片服务器可以混插,并支持刀片服务器的热插拔。采用刀片服务器,单一机柜最多可容纳84 个刀片服务器,共168 个处理器。目前,IBM的刀片支持Intel Xeon, Opteron Power PC 等不同CPU 类型,以及AIXLinuxWindows 等不同操作系统。由于刀片中心包含了交换机模块和独立的管理模块,可以极大地减少所需线缆和外部交换机。它的优点主要如下:
  (1)大大降低运行管理费用
  (2)高处理能力密度,节省宝贵空间和占地费用
  (3)低耗电降低电费
  (4)低散热减少空调费用
  (5)可靠性设计更加完善,减少停机时间
  (6)冗余电源、风扇
  (7)光路诊断
  (8)电缆连接点大大减少
  (9)冗余交换模块和电缆连接
 
发展应用
  通常人们按照外形结构的不同将服务器分成塔式、机架式、刀片式服务器三种类型,那么这三种服务器之间究竟有什么区别,各自适合应用于哪些方面呢?
 
  塔式服务器一般是大家见得最多的,它的外形及结构都与普通的PC机差不多,只是个头稍大一些,其外形尺寸并无统一标准。
 
  塔式服务器的主板扩展性较强,插槽也很多,而且塔式服务器的机箱内部往往会预留很多空间,以便进行硬盘,电源等的冗余扩展。这种服务器无需额外设备,对放置空间没多少要求,并且具有良好的可扩展性,配置也能够很高,因而应用范围非常广泛,可以满足一般常见的服务器应用需求。
 
  这种类型服务器尤其适合常见的入门级和工作组级服务器应用,而且成本比较低,性能能满足大部分中小企业用户的要求,目前的市场需求空间还是很大的。
 
  但这种类型服务器也有不少局限性,在需要采用多台服务器同时工作以满足较高的服务器应用需求时,由于其个体比较大,占用空间多,也不方便管理,便显得很不适合。
 
  机架服务器实际上是工业标准化下的产品,其外观按照统一标准来设计,配合机柜统一使用,以满足企业的服务器密集部署需求。机架服务器的主要作用是为节省空间,由于能够将多台服务器装到一个机柜上,不仅可以占用更小的空间,而且也便于统一管理。机架服务器的宽度为19英寸,高度以U为单位(1U=1.75英寸=44.45毫米),通常有1U2U3U4U5U7U几种标准的服务器。最常用的有1U 2U
 
  这种服务器的优点是占用空间小,而且便于统一管理,但由于内部空间限制,扩充性较受限制,例如1U的服务器大都只有12PCI扩充槽。此外,散热性能也是一个需要注意的问题,此外还需要有机柜等设备,因此这种服务器多用于服务器数量较多的大型企业使用,也有不少企业采用这种类型的服务器,但将服务器交付给专门的服务器托管机构来托管,尤其是目前很多网站的服务器都采用这种方式。
 
  这种服务器由于在扩展性和散热问题上受到限制,因而单机性能比较有限,应用范围也受到一定限制,往往只专注于在某方面的应用,如远程存储和网络服务等。
 
价格成本
  在价格方面,机架式服务器一般比同等配置的塔式服务器贵上二到三成。
 
  刀片服务器是一种HAHD(High Availability High Density,高可用高密度)的低成本服务器平台,是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的,其主要结构为一大型主体机箱,内部可插上许多刀片,其中每一块刀片实际上就是一块系统母板,类似于一个个独立的服务器,它们可以通过本地硬盘启动自己的操作系统。每一块刀片可以运行自己的系统,服务于指定的不同用户群,相互之间没有关联。而且,也可以用系统软件将这些主板集合成一个服务器集群。在集群模式下,所有的刀片可以连接起来提供高速的网络环境,共享资源,为相同的用户群服务。在集群中插入新的刀片,就可以提高整体性能。而由于每块刀片都是热插拔的,所以,系统可以轻松地进行替换,并且将维护时间减少到最小。
 
  刀片服务器比机架式服务器更节省空间,同时,散热问题也更突出,往往要在机箱内装上大型强力风扇来散热。此型服务器虽然空间较节省,但是其机柜与刀片价格都不低,一般应用于大型的数据中心或者需要大规模计算的领域,如银行电信金融行业以及互联网数据中心等。
 
  目前,节约空间、便于集中管理、易于扩展和提供不间断的服务,成为对下一代服务器的新要求,而刀片服务器正好能满足这一需求,因而刀片服务器市场需求正不断扩大,具有良好的市场前景。
 
端缘运算
 
刀片服务器于2001年诞生后的数年间,众多大厂看好而加入,走向多元应用型态时期。刀片服务器从2001年由RLX提出后,以当时的国际知名企业而言,最先响应的自是RLX的母公司:COMPAQ,之后惠普宣称也发布刀片服务器,但其实仅是电信设备用的单板信息系统,一直到2002年5月惠普正式收并COMPAQ,惠普才算有ISP/IDC领域之用的刀片服务器。接着也有尔,不过戴尔的刀片服务器在密度上并不高,在3U空间只能安置6片,只比1U多1倍密度,而非RLX的多7倍。 2004年第3季才有更高密度的刀片服务器,但这种动作也被诸多人士认定为:刀片服务器的高利时代已经过去,迈入成熟销售期。至于IBM,IBM不依循RLX、COMPAQ的3U基座设计,而采行7U基座(可装14片)。之后Sun也加入战局,也是3U基座,但可置纳的Server又更少了些,RLX为3U内24片,惠普/COMPAQ为3U内20片,Sun则为16片。更之后才有日系企业,如NEC、富士通等。各地本土硬件企业也有自规设计的刀片服务器。2003年出货增长率高达300%。
 
  即便Web Hosting市场(通常也是中小企业申请自有网站的需求市场)再大,也不足以让如此多家企业涌入,IBMSun之所以跨入刀片服务器市场,完全就是看在整个端缘运算,Edge Computing”的新伺服生态环境(EcoSystem)的成形,亦是Dedicated Server Appliance(简称DSA,专用功能的精简服务器),这也使得刀片服务器在2003年能有300%的出货量增长(IDC统计)。
 
  所谓端缘运算,指的是互联网运用日益发达后,与互联网基础服务密切关连的网络应用,Web Hosting只是其中之一,其他还有Mail ServerWebCachingFirewall,以及更多基础网络运用功能,如VPN(虚拟私有网络)、QoS(频宽管理)、LoadBalance(负载平衡)、SSL加速、IDS(入侵侦测)等。
 
  EdgeComputing:简单、娇小,高扩充性这些基础网络服务都有一个特性,那就是执行的工作相当简单、娇小、且例行,许多甚至在简单的32MB256MB之快闪内存(Flash Memory)内就可以完整存储执行程序,连光盘、硬盘都不需要。另一个特点则是:即便工作负荷增加,也可以直接加添新服务器来分担负荷,各机几乎完全独立作业,没有数据库服务器的信息集中化、一致化的问题,也不是执行一般商用软件般地单一工作的重度负荷,而是多量且各自无关连的小服务工作运算。
 
  由于互联网基础服务仍持续在变化,未来将要迎接IPv6VoIPMediaStreaming等各种演变,因此端缘运算确实该存在、建立,这使得ISP/IDC机房内除了DBServerAPServer外,在即将通往互联网前,又多了一层的EdgeServer,负责最后在互联网上传递时的各种转化,包括信息显示型态的转化,如前端存取的是PC,则给予最丰富的呈现效果,但若是电视手机,则会依据存取装置的解析度、出色能力等,给予适当的呈现变化,因此运算机房内,最深层的是Data Layer,次为Application Layer,最后要连接互联网时则还要通过PresentationLayer,这一层亦多与EdgeServer的进阶应用息息相关。刀片社区生态的建立、推行、经营——>大厂支持成为明日之星如此,刀片服务器从纯WebHosting的功用,扩展成可以实现更多种基础网络应用的系统平台,才使IBMSun愿意投入,并以经营社区、生态的想法来推倡刀片服务器,鼓励独立软硬件企业响应其提出的刀片服务器,例如IBMQLogicBrocadeCiscoNortel等企业合作,为IBM Blade Center提供各种网络交换设备,同样的Sun方面除了提供内容负载平衡方面的刀片(ContentLoadBalancingBlade)、SSL加速的刀片SSLProxyBlade)外,也提供WebServerFirewall的刀片设计参考架构。
 
  此外,刀片服务器讲求薄利多销,是刺激CPU用量的好机会,除英特尔外,IBMSun也希望借此增加自有CPU的用量,纷纷推出使用POWERSPARC架构的刀片服务器,不过L英特尔(Linux+英特尔)的总体价格性能比实在太诱人,相信POWERBladeSPARCBlade的销量不会太多,而RLX则初期使用TransmetaCPU,之后也有用英特尔CPU
 
  刀片、端缘背后的最大支柱:自由软件最后也是最重要的是,过去刀片服务器能在WebHosting领域闯出一片天,除Linux外,ApachePHPMySQL等都功不可没,之后之所以能扩大到整个Edge领域,也是倚赖各种开放原码软件所赐,如Proxy/CacheServer使用SquidMail Server使用SendmailFirewall使用ipChain/ipTableFileShare使用SambaDomain Name Serverdns)使用BIND,以及DirectoryServer使用OpenLDAP等,一堆自由授权且性能稳定都优异的软件,才让以L英特尔为主的刀片服务器在市场上有更强力的后援。
 
运算网格
  从Web HostingEdge Computing,刀片服务器的演化尚未结束,而且还冲到运算技术的第一前线:群集运算(Cluster Computing)与网格运算(Grid Computing)。
 
密度取向转往性能取向
 
  群集组态的用意主要有二:1、容错;2、加速。本文的重点在后者。加速群集就是一般俗称的平行运算Parallel Computing),以分工合作的蚂蚁雄兵方式让运算工作早点完成,而此方面表现最优异的操作系统为Linux,胜过一般的UNIXWindows
  既然关键是在Linux,那么不一定要用刀片服务器,使用一般x86Server也颇具成本效益,不过ClusterComputing需要多部独立Server通过I/O网络串接而成,为了让空间更精省运算,采行刀片服务器也成了新趋势,也因此刺激出刀片服务器的新设计取向,过去刀片服务器完全专注于WebHosing,一片刀片服务器只要一颗CPU,到了Edge Computing有时需要更为够力的运算力,开始有12CPU的需求,而为了更密切支持ClusterComputing,因此提出24CPU的更高端规范,例如惠普ProLiantBL40p就是4CPU的刀片服务器,或IBMeServerBladeCenterHS40亦是。
  不过也有企业认为1CPU应对Web HostingEdge Computing,以2颗机型应对Edge ComputingCluster Computing也是足够。
 
网格运算、公用运算、随需运算
 
  另一方面,各个单机装置、设备的运算力都相当充沛,且几乎都与互联网相连,因此将Cluster的运算串连网络更广义看待,整个互联网等于串连起全球众多部电脑,成为一个大型且完全的运算体,但事实却是各自为政的岛,运算力、存储空间的资源无法分享与挪移、调度,为了达大更广义的资源活化运算,于是GridComputing的理念被提出。1999年左右约在校园尝试,2002IBM则开始推展往商务领域的运用,且先从重度运算需求的在线游戏服务的营运企业试行,而同样的类属观念字还有公用运算(Utility Computing)、随需运算(On-Demand Computing)等。
 
  刀片服务器也是如此,每一片Blade都是独立的一部Server,相互间通过基座的网络互通,若通过GridComputing技术,则可以实现澈底的资源共享活用,如Sun提出N1GridSystem的执行负荷调度软件,让各片刀片服务器可相互支应工作负荷与借调运算资源。
 
  或许读者认为GridComputing是跨硬件系统、作业平台的,与刀片服务器无直接关连性,然若进一步推敲,可以发现刀片服务器在密度运算比以及价格运算比上都有高度的竞争力,加上自开创以来就对Linux保持最佳支持性,而Linux又是跨平台性最高的操作系统,最适合用来实现GridComputing,如此全球电脑互连的环境下,刀片服务器在成本、空间、用电、性能上都比其他传统Server更具竞争力。

   
 
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