[知识管理] 服务器

1 概述与基础常识

1.1 服务器的定义

• 定义：
  服务器，英文名Server，指能提供某种服务的网络设备。
  提供的主要服务包括：数据的接收和传递、数据的存储和数据的处理。
  通俗点儿，我们可以把服务器比作一台没有显示器的特殊电脑。

• 那我的个人电脑是不是也可以用来做服务器了？
  理论上，个人电脑是可以用来做服务器的。
  但是，服务器一般是用于特定场景下，比如：金融企业、网络购物平台等。这些场景下，由成千上万台服务器组成的数据中心，才能存储并处理海量数据。
  所以，个人电脑在性能、带宽、处理数据能力等方面是无法满足特殊需求。

1.2 电费的计算

• 1度电=1千瓦时(1Kw·h)=1千瓦×1小时=1000瓦×1小时

千瓦时就是平时所说的“度”，是电功的单位，符号：kW·h，计算公式为：功率X 时间。
假设一台耗电设备的功率为2500瓦，即其一小时的耗电量为2.5千瓦时，也就是1小时2.5度电。

功的单位有【焦耳】和【千瓦时】，它们之间的关系如下：
    1焦=1瓦×秒
    1千瓦时=1千瓦×1小时=1000瓦×1小时=1000瓦×3600秒=360,0000焦
        即：1千瓦时=3.6×10^6焦
        1kW.h=1kW×h=1000W×h=1000W×3600s=360,0000J
        对于日常来说，1千瓦时即1度。

• 知道设备的功率，怎么计算理论上的电费?

公式：

• 1度电能使用的时长 = 1000/功率
• 每小时的用电量 = 1/1度电能使用的时长
  耗电量是与所购买的电器的功率有关系的。平时说的1度电就是一个功率1000瓦的电器1小时的耗电量，所以计算耗电量可以按照公式计算就比较容易了。所产生的电费就容易算出来了。

1.3 服务器的分类

1.3.1 按产品外形分类

服务器按产品外形分类，可以分为：

• 塔式服务器：最常见的一种服务器，类似电脑的主机。这类服务器占用空间大，独立性强，协同工作时不方便进行系统管理，主要用于小型企业开展业务使用。

• 机架式服务器：拥有统一标准外观，且高度以U为单位的一种服务器。这类服务器占用空间小，便于管理，主要用于对服务器需求量较大的企业，同时也是最常使用的一款服务器。

• 刀片服务器：外形为标准高度的架式机箱，机箱内可插装多个卡式的服务器单元的一种服务器。主要用于大型数据中心或者需要大规模计算的领域，比如：银行、金融行业等。

1.4 U的含义？

1.4.1 U的定义

在服务器的分类中，我们了解到机架服务器的高度是以U为单位的。那么，U到底是什么呢？

• U（unit的缩略语）是一种表示机架式服务器高度尺寸的单位。
• U的详细尺寸由美国电子工业协会（EIA）制定，1U=4.445厘米，2U=4.445*2=8.89厘米，依此类推。
• U并不是服务器的专利，最早是用于通讯交换的机架结构，后被引用到服务器的机架。目前作为非正式标准用在服务器机架结构上,包括规定的螺丝大小、孔距、划轨等等。

通过U规定服务器的尺寸，可以使服务器保持适当的尺寸，以便于安装在铁质或铝质机架上。
机架上有根据不同尺寸的服务器提前预留好的螺孔，将它与服务器的螺孔对好，再通过螺丝加以固定。
U规定的尺寸是服务器的宽（48.26厘米＝19英寸）与高（4.445厘米的倍数）。
服务器的高度即厚度以U为基本单位，1U=4.445厘米。
由于宽为19英寸，所以有时也将满足这一规定的机架称为“19英寸机架”。

总结：U是一种表示服务器外部尺寸的单位。1U、2U指的是服务器的厚度。1U指的是形满足EIA规格、厚度为4.445cm的服务器产品。

2U厚度则是1U的2倍为8.89cm的服务器产品。
采用1U的服务器主要是节省空间。1u的扩展性不如2u的好，主要是最大硬盘个数，1u最多的4个，2U的可以到8个。另外PCI的插槽数目不同，1U最多2个，2U的可以到6个。

1.4.2 1U服务器、2U服务器、4U服务器

在机架式服务器中，比较常见的服务器为：

• 1U服务器：服务器高度为4.445厘米
• 2U服务器：服务器高度为4.445*2=8.89厘米
• 4U服务器：服务器高度为4.445*4=17.78厘米

机架式服务器的外形看来不像计算机，而像交换机。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。
在实际使用当中，1U或者2U服务器是最经常使用的服务器。
由于服务商是根据服务器占用空间来计算费用的，所以采用1U服务器是最节省空间的和价格最低的。1U的服务器扩展性不如2U服务器的好，硬盘数最多为4个，PCI的插槽数最多为2个。而2U服务器的扩展性相较1U服务器的要好一些，硬盘数最多为8个，PCI的插槽数可以到6个。

1.4.3 19英寸机柜

日常中，我们的主机都是放在地上或者桌上的，但服务器是放在专门的柜子里的，即我们常说的“机柜”。
机柜的尺寸不同，但是最常见的是宽为19英寸的标准机柜。
19英寸标准机柜就是可放置下19英寸的机架式服务器的机柜。
19英寸=48.26厘米，指的是服务器的宽度，具体指的是机架式设备两个挂耳之间的距离。这是目前大部分机架式设备的结构标准。

19英寸标准机柜内安装设备时，设备所占高度用单位U表示，1U=4.445厘米。
使用19英寸标准机柜的设备，设备面板都是按nU（n表示从1开始的整数）的规格进行制造的。而对于一些非标准设备，大多可以通过附加适配档板装入19英寸机箱并固定。
由于很多工程级的设备的面板宽度都为19英寸，所以19英寸的机柜是最常见的一种标准机柜。

1.5 PCI 插槽

1.6 RAID

RAID 定义

RAID是英文Redundant Array of Independent Disks的缩写，中文简称为独立冗余磁盘阵列。简单的说，RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术。

• 组成磁盘阵列的不同方式称为RAID级别（RAID Levels）。
• 磁盘阵列卡： 管理磁盘的RAID卡。有RAID卡后，一般磁盘就会插到RAID卡上，而不是插到主板上了。

RAID 分类

RAID 0

又称为Stripe或Striping，它代表了所有RAID级别中最高的存储性能。

RAID 0提高存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取，这样，系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行，每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求。

这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽，显著提高磁盘整体存取性能

RAID 1

又称为Mirror或Mirroring，它的宗旨是最大限度的保证用户数据的可用性和可修复性。

RAID 1的操作方式是把用户写入硬盘的数据百分之百地自动复制到另外一个硬盘上。

由于对存储的数据进行百分之百的备份，在所有RAID级别中，RAID 1提供最高的数据安全保障。同样，由于数据的百分之百备份，备份数据占了总存储空间的一半，因而，Mirror的磁盘空间利用率低，存储成本高。

Mirror虽不能提高存储性能，但由于其具有的高数据安全性，使其尤其适用于存放重要数据，如服务器和数据库存储等领域。

RAID 5

一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。

• RAID 5不对存储的数据进行备份，而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。当RAID5的一个磁盘数据发生损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。

• RAID 5可以理解为是RAID 0和RAID 1的折衷方案。

• RAID 5可以为系统提供数据安全保障，但保障程度要比Mirror低而磁盘空间利用率要比Mirror高。

• RAID 5具有和RAID 0相近似的数据读取速度，只是多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢。同时由于多个数据对应一个奇偶校验信息，RAID 5的磁盘空间利用率要比RAID 1高，存储成本相对较低

RAID0+1 <=> RAID 10

正如其名字一样RAID 0+1是RAID 0和RAID 1的组合形式，也称为RAID 10。

• RAID 0+1是存储性能和数据安全兼顾的方案。它在提供与RAID 1一样的数据安全保障的同时，也提供了与RAID 0近似的存储性能。

• 由于RAID 0+1也通过数据的100%备份提供数据安全保障，因此RAID 0+1的磁盘空间利用率与RAID 1相同，存储成本高。

• RAID 0+1的特点使其特别适用于既有大量数据需要存取，同时又对数据安全性要求严格的领域，如银行、金融、商业超市、仓储库房、各种档案管理等。

综合比较

• 冗余从好到坏：raid 1 > raid 10 > raid 5 > raid 0

• 性能从好到坏：raid 0 > raid 10 > raid 5 > raid 1

• 成本从低到高：raid 0 < raid 5 < raid 1 < raid 10

RAID5 VS RAID10

在Raid 10中,四个硬盘的总空间不能大于3.8T。这样现在的大容量磁盘: 1T的就无法使用,限制了储存空间；
而RAID 5就基本不存在这种限制。
另外，磁盘数量增加，对电源的要求上升，能耗也加大了，且服务器散热风扇的噪音也将急剧增大。

类型	RAID0	RAID1	RAID5 (RAID0与RAID1的的折中方案)	RAID10 (RAID0+1镜像阵列条带)
读写性能	最好(因并行性而提高)	读：与单个磁盘无区别 写：要写两边	读：RAID5≈RAID0（相近似的读取速度） 写：RAID5＜单个磁盘的写速度（写入时多了一个奇偶校验信息）	读：RAID10≈RAID0（数据跨盘抽取） 写：RAID10≈RAID1（每个磁盘都有一个镜像磁盘）
安全性	最差（毫无保障） 1/N	最高（提供数据的100%备份）	RAID0＜RAID5＜RAID1	RAID10＝RAID1
冗余类型	没有	有（镜像100%）	奇偶校验	有（镜像100%）
磁盘数量	2或2*N（至少2块）	≥2	≥3	≥4
连接方式	串联	并联	并联	并联（先做2个RAID1；然后再并联按照RAID1）
磁盘利用率	最高（100%）	差（50%）	RAID0＞RAID5＞RAID1 (n-1)*10	RAID10＝RAID1 (50%)
容错率	没有错误修复能力	有	有	有
随机/连续写性能	高	低	低	高
管理方便性	容易	出现问题，可及时更换问题硬盘
成本	最低	最高	RAID0＜RAID5＜RAID1	RAID10＝RAID1
应用方面	1、普通工人用户 2、图形工作站（对性能要求高，安全性要求不高）	适用于存放重要数据，如：服务器、数据库存储等领域	一种存储性能、数据安全、存储成本兼顾的存储解决方案。（随机数据传输要求安全性高） 应用领域：金融、数据存储等	集合了RAID0、RAID1的优点，但空间上由于使用镜像，而非RAID5的“奇偶校验信息”，磁盘利用率同样为50%。 使其特别适用于既有大量数据需要抽取，同时又对数据安全性要求严格的领域，如：银行、金融、商超、仓储、档案管理等。

1.7 硬盘

接口类型：SAS 盘 VS SATA 盘

• 外观的区别

• 兼容性：SAS的接口技术可向下兼容SATA，反之不支持。

具体来说，二者的兼容性主要体现在物理层和协议层的兼容。

• 在物理层，SAS接口和SATA接口完全兼容，SATA硬盘可以直接使用在SAS的环境中，从接口标准上而言，SATA是SAS的一个子标准。因此，SAS控制器可以直接操控SATA硬盘，但是SAS却不能直接使用在SATA的环境中；因为SATA控制器并不能对SAS硬盘进行控制。
• 在协议层，SAS由3种类型协议组成，根据连接的不同设备使用相应的协议进行数据传输。因此在这3种协议的配合下，SAS可以和SATA以及部分SCSI设备无缝结合。其中：

• 串行SCSI协议(SSP)用于传输SCSI命令；
• SCSI管理协议(SMP)用于对连接设备的维护和管理；
• SATA通道协议(STP)用于SAS和SATA之间数据的传输。

小结

SATA硬盘
  支持插入为SAS接口的硬盘背板

SAS硬盘
  支持插入为SAS接口的硬盘背板
  不支持插入为SATA接口的硬盘背板
    因为主板上的SATA控制器根本就不支持SAS硬盘，故就算插上去也无法识别
    但可通过 磁盘阵列卡 + miniSAS转SAS的数据线 来解决

SAS硬盘无法直接插入SATA接口，但SAS硬盘可通过购买第三方的磁盘阵列卡与主板的PCIe插槽直连，并购买miniSAS转SAS的数据线————其数据线一头连接主板，另一头接到阵列卡的硬盘的SAS接口上。

参见: 榨干服务器硬盘 SAS硬盘也能轻松家用 SAS和SATA的区别 - Bilibili

• 使用设备不同
  目前个人电脑主板，是不能直接连接SAS硬盘读写的。如果想使用SAS硬盘，需要加SAS卡、阵列卡之类的，不过目前有部分厂商开发出SAS的硬盘盒，如麦沃的K308SAS，就支持SAS硬盘转接成USB3.0，可以直接用在个人电脑上。
  SAS硬盘一般使用上企业服务器上。

• 价格对比: SAS 高于 SATA

价格上，SAS硬盘普遍比SATA硬盘价格高，如希捷银河系企业级硬盘，SAS硬盘比SATA贵了400-500元。

• 硬盘转速对比：SAS 高于 SATA

SATA硬盘，转速在5400和7200转居多。SAS硬盘，基本都是10000转或者15000转，配备旋转震动补偿以保证数据准确度，因此具有更高的可靠性。
SAS硬盘被使用于数据量大、数据可用性极为关键的应用中。

SAS硬盘算是机械硬盘中速度最快的了，首先接口上，SAS接口就比SATA和SCSI的机械硬盘快，其次加上转速快，寻道快，所以SAS硬盘都被应用到无盘服务器上。

从已经推出的产品来看，SAS硬盘更多地被应用在高端4路服务器上，而4路以上服务器用户并非一味追求高速度的硬盘接口技术，最吸引他们的应该是成熟、稳定的硬件产品。

随着英特尔等主板芯片组制造商、希捷等硬盘制造商以及众多的服务器制造商的大力推动，SAS的相关产品技术会逐步成熟，价格也会逐步滑落。现阶段云服务器服务商的主流接口还是SAS接口。

2 核心参数

• 品牌

DELL / HP / ...

• 机架服务器

  • 服务器类型: 塔式 / 机架式 / 刀片式
  • U数
  • 支持的硬盘个数
  • 硬盘接口类型: SAS接口 √ / SATA接口
  • 支持的PCI插槽个数
  • 接口类型： SAS / SATA
  • 功率
  • 二级缓存容量: 12MB / ...
  • 最大支持CPU个数: 2个 / ...
  • 处理器类型: Xeon 2160 / ...
  • 内存类型: REG / ...

• 硬盘

  • 接口类型: SAS / SATA

• RAID

  • RAID/磁盘阵列卡： ...
  • RAID级别： RAID0 / RAID1 / RAID5 √ / RAID10

3 推荐品牌

• Dell
• HP
• 曙光
• 浪潮

X 参考文献

• 秒懂1U、2U、4U和42U服务器 - Weixin/中科院半导体所 【推荐】
• 5分钟带你了解，SAS硬盘和SATA硬盘的区别？ - 百度
• 榨干服务器硬盘 SAS硬盘也能轻松家用 SAS和SATA的区别 - Bilibili
• SAS和SATA硬盘接口兼容吗？ - bilibili
• 什么是dell阵列卡（raid卡）？raid卡概述 - Zhihu
• RAID10和RAID5区别比较，利用率与安全的取舍 - CSDN