服务器基础
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第二章 服务器基础
1 服务器介绍
1.1 什么是服务器
服务器定义
服务器是计算机的一种。它比普通计算机运行速度更快、负载更高且价格更高。
服务器是为用户提供服务的计算机,通常分为文件服务器、数据库服务器和应用程序服务器。
服务器特点
服务器的主要特点包括:
R:Reliability—可靠性,能连续正常运行多长时间;
A:Availability—可用性,系统正常运行时间和使用时间的百分比;
S:Scalability—可扩展性,包括两方面,一方面是硬件的可扩展性,另一方面是软件对操作系统的支持能力;
U:Usability—易用性,服务器的硬件和软件易于维护和修复;
M:Manageability—可管理性,对服务器运行情况能进行监控,报警,对一些故障的自动智能化处理。
服务器使用场景
服务器应用部署架构:
C/S:Client/Server的缩写。通常也称为客户端/服务器架构。服务器端运行服务端程序,客户端安装客户端软件。在此架构里服务端和客户端分别完成不同的任务,客户端处理用户的前端界面和交互操作,服务端处理后台业务逻辑和请求数据,这使得两端的通讯速度和通讯的效率大大提高。例如,我们在文件服务器上(服务器端)安装vsftpd程序,并启动服务;在用户的计算机中安装FileZilla或WinSCP等客户端工具后,用户就可以通过客户端工具进行文件的上传和下载。 B/S:Browser/Server的缩写。通常也称为浏览器/服务器架构。B/S架构中,用户只需安装浏览器即可,而将应用逻辑集中在服务器和中间件上,可以提高数据处理性能。例如,我们在访问一个网站时,只需要在自己的浏览器中输入网站的域名,如[www.huawei.com]([http://www.huawei.com](http://www.huawei.com)),就可以看到该网站的后台服务器给我们提供的Web服务。而网站的后台服务器端可能有很多服务器提供服务,如数据库服务,代理服务,缓存服务等等,这些都不需要用户关心,用户只需要通过浏览器输入网址就可以看到相应的界面。
1.2 服务器发展历程
服务器发展历程
计算产业在进化:从计算1.0到计算3.0
1.3 服务器的类型
塔式服务器:
有的塔式服务器采用大小与普通立式计算机大致相当的机箱,有的采用大容量的机箱,像个硕大的柜子。通过转换支架可转化成机架式的服务器。
机架服务器:
机架式服务器的外形看来不像计算机,而像交换机,有1U(1U=1.75英寸)、2U、4U等规格。机架式服务器安装在标准的19英寸机柜里面。这种结构的多为功能型服务器。 特点是机箱尺寸比较小巧,在机柜中可以同时放置多台服务器,从而获得更高的处理能力。
刀片服务器:
特点是每个服务器都是一个插板,在插板上配备有处理器、内存、硬盘以及相关组件。由于刀片服务器的特殊架构,所以刀片服务器的使用还需要与刀片服务器的专用机箱结合,通常在一个机箱中可以容纳几个到几十个刀片服务器,所以对于高性能计算、多种应用的前台服务器,应用服务器,以及后台的中心数据库应用都可以满足。
服务器分类 | ||||
---|---|---|---|---|
服务规模分类 | 入门级服务器 | 工作组服务器 | 部门级服务器 | 企业级服务器 |
等同于“PC服务器” | 低档服务器,提供小规模(50客户端左右)服务 | 中档服务器,为100个左右的客户端提供服务 | 高档服务器,用于数百台以上的客户端访问 |
1.4 服务器硬件介绍
1.4.1 服务器的硬件结构
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1.4.2 CPU
CPU的定义
CPU:Central Processing Unit,中央处理器,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由逻辑运算单元、控制单元和存储单元构成。
CPU:是服务器上的核心处理单元,而服务器是网络中的重要设备,要处理大量的访问需求。因此对服务器具有大数据量的快速吞吐、超强的稳定性、长时间运行等严格要求。所以说CPU是计算机的“大脑”,是衡量服务器性能的首要指标。
控制器:计算机是根据事先存储的程序对全机实行控制,而程序是指能实现某一功能的指令序列,控制器就是根据指令来对各种逻辑电路发布命令的机构,它是计算机的指挥中心,控制整个CPU的工作,决定计算机运行过程的自动化。
运算器:计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算,与、或、非、异或等逻辑操作,以及移位、比较和传送等操作,亦称算术逻辑部件。
寄存器:寄存器的主要作用是用来暂时存放参与运算的数据和运算结果,具有接收数据、存放数据和输出数据的功能。
CPU的频率
主频
主频也叫时钟频率,单位是兆赫(MHz)或吉赫(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。
1.4.3 内存
内存定义
-
存储器按用途可分为主存储器和辅助存储器。主存储器又称内存储器(简称内存),是CPU能直接寻址的存储空间。
-
内存的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。
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内存由内存芯片、电路板、金手指等部分组成。
1.4.4 硬盘
MTBF:Mean Time Between Failure,平均无故障工作时间。
在价格方面,通常来说SATA和NL-SAS硬盘较为便宜,SAS硬盘较贵一些,SSD最为昂贵。
SATA | SAS | NL-SAS | SSD | |
主流转速(RPM) | 7,200 | 15,000/10,000 | 7,200 | NA |
串行/并行 | 串行 | 串行 | 串行 | 串行 |
主流容量(TB) | 1 T/2 T/3 T |
0.6 T/0.9 T |
2 T/3 T/4 T |
0.6 T/0.8 T/1.2 T/1.6 T |
MTBF(h) | 1,200,000 | 1,600,000 | 1,200,000 | 2,000,000 |
备注 | 由ATA硬盘发展而来,采用串行的方式传输,SATA3.0实现600 MB/s最高数据传输率。 SATA硬盘年故障率大约2%。 | SAS专为满足高性能企业需求而设计,并且兼容SATA硬盘。能够提供3.0 Gb/s到6.0 Gb/s的传输率,未来规划到12.0 Gb/s。 SAS硬盘年故障率小于2%。 | 带有SAS接口的“企业级SATA驱动器”,适用于在一个磁盘阵列系统中实现分级 存储,简化了磁盘阵列系统的设计。 NL-SAS硬盘年故障率大约2%。 | 固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。 固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法与普通硬盘完全相同,在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。 |
硬盘是计算机最主要的存储设备。
硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件,作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度,直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。
1.4.5 RAID卡
RAID卡又名磁盘阵列卡,简称阵列卡。
RAID卡的作用:
可以将若干硬盘驱动器按照一定要求组成一个整体、由阵列控制器管理的系统。
可以提高磁盘子系统的性能及可靠性。
热备(HotSpare)的定义
当冗余的RAID组中某个硬盘失效时,在不干扰当前RAID系统正常使用的情况下,用RAID系统中另外一个正常的备用硬盘自动顶替失效硬盘,及时保证RAID系统的冗余性。
热备一般分为两种
-
全局式:备用硬盘为系统中所有的冗余RAID组共享。
-
专用式:备用硬盘为系统中某一组冗余RAID组专用。
RAID的实现 - 硬件方式
基于硬件的RAID是利用硬件RAID适配卡来实现的。
硬件RAID又可分为内置插卡式和外置独立式磁盘阵列 。
RAID卡上集成了处理器,能够独立于主机对RAID存储子系统进行控制。因为拥有自己独立的处理器和存储器,RAID卡可以自己计算奇偶校验信息并完成文件定位,减少对主机CPU运算时间的占用,提高数据并行传输速度。
RAID的实现 - 软件方式
软件RAID中不能提供如下功能:
硬盘热拔插;
硬盘热备份;
远程阵列管理;
可引导阵列支持;
在硬盘上实现阵列配置;
SMART硬盘支持。
RAID的实现 - 方式比较
方式 | 软件RAID | 内置插卡式RAID | 外置独立磁盘阵列RAID |
特点 | 全部RAID功能靠CPU执行,主机CPU占用严重,系统性能下降。 | 减少了密集RAID操作对主机CPU的占用,从而提高了性能。 | 通过标准控制器与服务器相连,RAID功能全部由外部RAID存储子系统上的微处理器来实现,独立于操作系统。 |
优点 | 实现成本低; 配置灵活。 |
具有数据保护和高速特点; 与软件RAID相比有更强的容错性和更好的性能; 与外置相比价格相对低廉; p支持可引导阵列。 |
为高端服务器提供超大容量存储系统; 可配置双控制器,提高数据吞吐率,或供双机共享存储; 支持热插拔; 更好的可扩展性。 |
1.4.6 网卡
PCIe(PCI-Express)是继ISA和PCI总线之后的第三代I/O总线,即3GIO。由Intel在2001年的IDF上提出,由PCI-SIG(PCI特殊兴趣组织)认证发布后才改名为“PCI-Express”。它的主要优势就是数据传输速率高,另外还有抗干扰能力强,传输距离远,功耗低等优点。 PCIe标卡:对于华为服务器,指的是位于PCIe插槽的网卡。
1.4.7 电源和风扇模块
2 服务器关键技术
2.1 BMC 介绍
BMC定义
BMC:Baseboard Management Controller,主板管理控制单元,是IPMI规范的核心,负责各路传感器的信号采集、处理、储存,以及各种器件运行状态的监控。BMC向机框管理板提供被管理对象的硬件状态及告警等信息,从而实现机框管理模块对被管理对象的设备管理功能。
BMC主要实现以下功能:
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远程控制;
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告警管理;
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状态检测;
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设备信息管理;
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散热控制;
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支持ipmitool工具;
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支持Web界面管理;
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支持集中账号管理。
iBMC介绍
iBMC提供硬件状态监控、部署、节能、安全等系列管理工具,标准化接口构建服务器管理更加完善的生态系统。iBMC基于华为自研的管理芯片Hi1710,采用多项创新技术,全面实现服务器的精细化管理。 iBMC提供了丰富的用户接口,如命令行、基于Web界面的用户接口、IPMI集成接口、SNMP集成接口、Redfish集成接口,并且所有用户接口都采用了认证机制和高度安全的加密算法,保证接入和传输的安全性。
2.2 BIOS
2.2.1 BIOS简介
BIOS是系统内核和硬件层之间桥梁。
BIOS特点:
软件升级、加载和装载功能;
基本OAM功能;
串口管理功能;
故障恢复功能;
ECC管理功能;
硬件诊断功能。
总结
BIOS:Basic Input/Output System,基本输入输出系统
BMC:Baseboard Management Controller,主板管理控制单元
B/S:Browser/Server,通常也称为浏览器/服务器架构
C/S:Client/Server,通常也称为客户端/服务器架构
CPU:Central Processing Unit,中央处理器
iBMC: Huawei Intelligent Baseboard Management Controller,华为服务器智能管理系统
IPMI:Intelligent Platform Management Interface,智能平台管理接口
MTBF:Mean Time Between Failure,平均无故障工作时间
NIC: Network Interface Card,网络接口卡
RAID:Redundant Array of Independent Disks,独立硬盘冗余阵列