服务器技术基础

1、Inspur group服务器技术基础浪潮信息技术推进部2浪潮服务器在2014Q1的战绩据Gartner2014Q1中国X86服务器市场数据3目 录服务器概述服务器关键部件技术介绍4几个概念需要清晰什么是服务器？服务器和PC机的区别？服务器有哪些分类？5什么是服务器？服务器是网络环境中的高性能计算机，它侦听网络上的其他计算机（客户机）提交的服务请求，并提供相应的服务，为此，服务器必须具有承担服务并且保障服务的能力。 6服务器的设计要素RASUMuR：Reliability 可靠性（指一个部件或系统能不间断的使用多长的时间 ）uA：Availability 可用性（用系统的正常运行时间和使用时间

2、百分比来衡量 ）uS：Scalability 可扩展性uU：Usability 易用性（指系统的硬件和软件易于维护和修复的功能 ）uM：Manageability 可管理性7服务器与PC的区别u稳定性：服务器要求7x24x365不间断运行，PC只需要5x8；u性能：服务器需要及时响应众多客户端的请求，并提供相应服务；PC一般只由少数人操作；u扩展性：PC一般不需要很多外插卡，对扩展性要求不高，而服务器一般需要考虑增加网卡、RAID卡、HBA卡等；另外，扩展性还包括，内存、硬盘等存储位、电源，甚至是CPU的扩展，这些更是服务器的特性；u网络中的角色：用户直接操作PC进行，发出服务请求，是客户端；

3、服务器工作在后台，只和发出服务请求的客户机进行通信，是服务提供者；u多机协同：服务器可由多台构成一个集群，共同提供服务，PC往往独立工作8服务器分类按照外形分类立式放置的服务器机型；外形以及结构都跟立式PC差不多，但服务器机箱比PC机箱体积更大，Tower机型在外观尺寸上要求没有Rack严格，可预留更多扩展空间外观尺寸及装配尺寸符合标准尺寸，可以放在标准高度的机架中。高度用“U”来计量， “U”为通用工业机架高度标准；1U1.75英寸=44.445mm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

4、环境设计的，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。刀片式服务器目前最适合群集计算和IxP提供互联网服务。 刀片式服务器（Blade）塔式（Tower）机架式 （Rack）9u单路服务器（UPUnit Processor）u双路服务器（DPDual Processor）u多路服务器-4路（MPMulti Processor）u多路服务器-8路（MPMulti Processor）u多路服务器-32路（MPMulti Processor） 服务器分类按照处理器个数分类10u域控制服务器（Domain Server）u文件服务器（File Server）u打印服务器（P

5、rint Server）u数据库服务器（Database Server）u邮件服务器（E-mail Server）uWeb服务器（Web Server）u通讯服务器（Communication Server）u虚拟化服务器（Virtualization Server）服务器分类按照应用功能分类11u复杂指令集- CISC(Complex Instruction Set Computer）uX86系统uIA-32、 EM64T、AMD64u精简指令集- RISC（Reduced Instruction Set Computing ）uPower 、SPARC处理器（IBM 、oracle小型机）

6、u专用平台、专用系统u大型应用后台密集集中处理u显式并行指令集-EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computers）uIA-64 安腾 处理器（Hpsuperdome、浪潮K1高端容错计算机）u大型应用后台密集集中处理u专用平台、专用系统服务器分类按照CPU指令集分类12目 录服务器概述服务器关键部件技术介绍13服务器硬件组成示意图电源两块3.5英寸内置硬盘内存I/O扩展槽CPU网卡芯片组RAID14服务器硬件组成示意图CPU15服务器关键部件处理器（CPU）CPU是Central Processing Unit（中央微处理器）的缩写，它是计算机中最重

7、要的一个部分，由运算器、控制器和寄存器组成。 16 CPU的工作就是进行数据处理，数据从哪里来？首先会从高速缓存里寻找，如果找到就会执行如果找不到就会到内存里寻找如果再找不到就到硬盘上寻找CPU高速缓存内存硬盘CPUCPU处理数据的来源？如何工作的？处理数据的来源？如何工作的？服务器关键部件处理器（CPU）17市场上CPU的分类小型机市场X86市场18CPU发展Intel tick-tock定律Merom 架构新架构TOCK新工艺TICKNehalem 架构新架构TOCK新工艺TICKSandy Bridge 架构新架构TOCK新工艺TICKHaswell 架构新架构TOCK新工艺TICK1.

8、 Tick-Tock（工艺年-构架年）是英特尔的芯片技术发展的战略模式。 Tick指每隔两年的奇数年推出更小、更先进制程的处理器；Tock指每隔两年的偶数年推出新架构的处理器。 2.每个Tick-Tock中的“Tick”，代表着工艺的提升、晶体管变小，并在此基础上增强原有的微架构，而Tick-Tock中的“Tock”，则在维持相同工艺的前提下，进行微架构的革新。19CPU技术intel处理器命名规则u我们以E3-1220处理器来说明uIntel E3，E5，E7代表了3个不同档次的至强CPU，至强“E系列”的这种命名方式有些类似桌面上的Core i3，i5，i7；u比较通俗易懂的解释就是可以对

9、应我们的豪华汽车生产商宝马3系，5系和7系。分别对应好，更好和最好。20CPU技术intel处理器命名规则u 我们以E3-1220处理器来说明u E3-1220中的这个“1”，也就是连字符后的第一个数字，它代表处理器最多支持的CPU个数，有1、2、4、8四种规格，分别代表了单路、双路、四路和八路。u 我们现在举例的这款E3-1220 至强CPU，连字符后的第一个数字是1，那么这款CPU就是一款单路的CPU，只能用于对应的单路的服务器主板上面。21u 我们以E3-1220处理器来说明u 接着我们来看连字符后的第二个数字，它代表处理器封装接口形式，一共有2，4，6，8四种规格，分别是2对应Sock

10、et H2(LGA 1155)、4对应Socket B2(LGA 1356)、6对应Socket R(LGA 2011)、8对应Socket LS(LGA 1567)。u 我们现在举例的这款E3-1220 至强CPU，连字符后的第二个数字是2，2对应Socket H2(LGA 1155)，也就是说，这个CPU封装是Socket LGA 1155的。CPU技术intel处理器命名规则22u 我们以E3-1220处理器来说明u 连字符后第三和第四位代表编号序列，一般是数字越大产品性能越高，价格也更贵。比如我们E3-1200系列，如上图，1220，1230，1240。u 我们来看连字符后第四位数字后

11、面的代表什么。紧跟第四位数字后的L代表是低功耗版，留空的话就代表是标准版。如上图所示，E3-1220，这个20后面留空代表是标准版，E3-1220L，20后面是L代表是低功耗版。连字符后面最后的数字代表修订版本，比如v2、v3、v4等等。 CPU技术intel处理器命名规则23CPU技术intel处理器命名规则总结服务器路数对应CPU系列单路服务器E3-1200系列E5-1600系列双路服务器E5-2400系列 E5-2600系列四路服务器E5-4600系列E7-4800系列E7-8800系列八路服务器E7-4800系列E7-8800系列32路服务器安腾9300系列安腾9500系列24CPU技

12、术AMD处理器命名规则 6000 Series = 高性能 2路或4路服务器 4000 Series = 2路服务器 3000 Series= 1路服务器 63xx = 3代表第三代6000系列处理器 43xx = 3代表第三代4000系列处理器 SE=高功耗处理器. HE=低功耗处理器 AMD最新一代产品最高只能支持4路25CPU技术AMD6300系列处理器规格AMD处理器核心数较多，投标时应注意区分26CPU技术AMD4300系列处理器规格AMD的主频非常高，最低主频都有3.0GHz投标的时候要注意例：2颗处理器，每颗处理器核数6核，主频2GHzE5-2620：6C；2.0GHz $551

13、 E5-2430：6C；2.2GHz $4104334： 6C；3.1GHz $191 6320： 8C；2.8GHz $293 27Intel与AMD两个公司的策略AMD：Opteronu更多的内核u一种技术满足所有需求u为降低价格而牺牲性能u关注采购成本Intel：Xeonu数量不多，但更强大的内核u一平衡的设计，不同的处理器满足不同的需求u根据应用提供最佳实际的性能u关注降低整体拥有成本28Intel CPU Vs AMD CPU双路性能比较Higher is betterBest PublishedEnterpriseTechnical ComputingE5-2660vs. Opte

14、ron 6276E5-2690vs. Opteron 627629Intel CPU Vs AMD CPU虚拟化比较Higher is betterBest Published1.26XBest Published72 VMs30 VMs72 VMs108 VMs102 VMsVMware ESXVMware ESX* *、VMmarkVMmark* * v1.1.1 benchmark v1.1.1 benchmark30Intel CPU Vs AMD CPU四路对比OLTP数据仓库数据仓库OLTP交易系统交易系统应用服务器应用服务器虚拟化虚拟化ERP整形计算整形计算Java*中间件中间件

15、Java*客户端客户端浮点计算浮点计算E7-4870 (30M, 2.40GHz, 10C) 对比对比AMD Opteron* 6176SE (2.3GHz, 12C)4处理器E7-4870服务器性能比较Normalized performance. Higher is better31Intel CPU Vs AMD CPU总结u性能比较：同样核心下，Intel处理器性能比AMD处理器高46%（）u虚拟化优化技术u安全优化技术u稳定性：实测稳定性高u产品线覆盖：uIntel全线产品（单路、双路、四路、8路、32路）uAMD只有单路、双路、四路产品线32服务器硬件组成示

16、意图芯片组33服务器关键部件芯片组Cougar Point ChipsetDMI Gen 2CODECCODECCODEC HD AudioLAN PHYLAN PHY LAN PHYSPI FlashSPI FlashDisplayPort (WS)芯片组是一组共同工作的集成电路（“芯片”），并作为一个产品销售。它负责将电脑的核心微处理器和机器的其他部分相连接，是决定主板级别的重要部件。芯片组的作用：uCPU的类型u主板总线频率u扩展槽的种类与数量u扩展接口的种类与数量（USB、串口等）34服务器硬件组成示意图内存35内存在计算机中的作用很大，只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调

17、到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。服务器关键部件内存内存芯片电路板金手指内存是与CPU进行沟通的桥梁。用来存放当前正在使用的（即执行中）的数据和程序。 36内存种类区分DDR2DDR3DDR4工作电压1.8V1.5V1.2V读写频率800MHz1600MHz21334266MHz读取带宽4bit8bit16bit内存颗粒容量2GB4GB4GB（目前）DDR：Double Data Rate双倍速率37内存技术内存高级特性PLL（锁相回路，使内存和系统时钟工作一致）Registered DDR3 DIMMRegistered：寄存器或目录寄

18、存器，在内存上的作用如同书的目录，当内存接到读写指令时，会先检索此目录，然后再进行读写操作，这将大大提高服务器内存工作效率。带有Register的内存一定带BufferECC（错误检查和更正）Buffer即缓存器，容量多为64K，具有Buffer的内存将对内存的读写速度有较大提高，Unbuffer表示不具有高速缓存。有Buffer的内存几乎都带ECC功能，Unbuffer内存只有少数带ECC功能。 Registered：改善信号质量，提高信号驱动里；增加存储容量38什么是ECC？Non-ECCNon-ECCECCECC（错误检查纠正）：ECC可发现2bit错误，并纠正1bit错误；一般情况下服

19、务器内存都具有ECC功能，只有较低端的服务器采用普通台式机内存时不具有此功能；由于要保存校验位，需要格外的存储空间，所以ECC内存从表面上看会比非ECC内存多一个颗粒。39内存技术内存高级特性u内存热备Sparingu热备内存在正常情况下不使用，当工作内存的故障次数达到预设值ECC的最大值，系统自动将故障内存条中的数据传输到热备内存条，故障内存条就不再使用。u内存镜像Mirroringu 内存数据有两个拷贝，避免由于内存故障而导致数据丢失，同时工作内存与镜像内存不处于同一通道，也避免了因内存通道错误而引起的数据丢失40内存发展趋势DDR4内存预计14年底上市，15年成为主流41内存出货量u 2

20、GB内存将会逐渐被淘汰u 8GB和16GB是2013年市场主流u 16GB增长迅猛，在13年Q2超过8GB42内存配置方法芯片名称数据频率内存条名称带宽DDR3-800800MhzPC3-64006.4GB/SDDR3-1066 1066MhzPC3-85008.5GB/SDDR3-1333 1333MhzPC3-1060010.6GB/SDDR3-1600 1600MhzPC3-1280012.8GB/S处理器支持内存通道内存搭配原则E3-1200v32通道至少配置2根内存E5-24003通道至少配置3根内存E5-2600v24通道至少配置4根内存E5-46004通道至少配置4根内存E7-4

21、8004通道至少配置4根内存E7-88004通道至少配置4根内存内存配置销售话术：大容量、高性能内存成为发展方向，目前最大的单条内存容量32GB，配置内存时需要实现多通道交叉存取保证性能最大化。带宽要匹配：内存的数据带宽跟CPU的带宽相等，否则，数据的传输能力将受制于带宽较低的那端，考虑性价比多根少容量最优举例说明：NF5240M3配置E5-2420处理器，支持内存类型DDR3-800/1066/1333，每处理器最大支持3个内存通道，每处理器最大支持内存带宽为32GB/s，这时配置DDR3-1333内存类型的内存3条，可以实现内存通道最大化匹配43服务器硬件组成示意图两块3.5英寸内置硬盘4

22、4服务器关键部件硬盘硬盘（英文名：Hard Disc Drive 简称HDD ）是服务器主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。45硬盘的分类按转速分按尺寸分按种类分u SATA硬盘u SAS硬盘u FC硬盘u SSD硬盘u 3.5”硬盘u 2.5”硬盘u 1.8”硬盘u PCI-E卡u 15000转/分u 10000转/分46硬盘技术-硬盘分类SATAu SATA是Serial ATA的缩写，即串行ATA。u 由于采用串行方式传输数据而得名。SATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的

23、纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。uSATA3目前 6Gbit/s高速传输速率。SATA电缆47硬盘技术-硬盘分类SAS白色的为主板15pinSAS接口黑红蓝色的为7pinSATA接口硬盘SAS接口SAS电缆uSAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI，是新一代的SCSI技术，和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后

24、开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，并且提供与SATA硬盘的兼容性。uSAS 2.0目前 6Gbit/s高速传输速率。48SAS与SATA的对比分析uSAS指令兼容SATAu SAS2.0和SATA3.0的单向传输速率都是6.0Gb/suSAS有冗余端口而SATA只有一个传输端口uSAS的磁盘转速为10000/15000转，而SATA大部分为7200相似之处不同之处u 都是串行协议u 两种硬盘都可以接入到SAS背板u 成本：SATA硬盘成本低，SAS硬盘成本高u 性能：SAS是全双工模式，最高12Gb/s；SATA是半双工模式，最高速率6Gb/su 兼容性：

25、SAS向下兼容SATA，SATA向上无法兼容SASu 稳定性：SAS经过更多稳定性测试，稳定性好49硬盘技术-硬盘分类SSD（固态硬盘）u 数据存取速度快u 防震抗摔u 没有噪音、发热低u 工作温度范围大u 重量小优势u 成本高u 容量小u 数据损坏后难以恢复u 写入寿命有限u 容易受到某些外部因素的干扰劣势固态硬盘（Solid State Disk）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。50评价机械硬盘的关键技术参数接口速率容量尺寸主轴转速平均寻道时间数据传输率MTBFS.M.A.R.T（自监测、分析与报告技术）支持硬盘技术评价硬盘关键

26、参数51硬盘的选择SATA硬盘SAS硬盘SSD硬盘u 成本低，容量大u 适合于磁盘I/O要求不高的应用；例如：文件存储、离线数据统计、分析等。u 主流硬盘，磁盘性能高u 适合于磁盘I/O敏感的应用；例如：数据库等。u 成本高，容量小u 适合于磁盘I/O高，以读操作为主的应用；例如：小文件搜索、热点数据缓存。52服务器硬件组成示意图RAID53RAIDRAID（Redundant Array of Independent Disks）：独立冗余磁盘组。其基本思想就是把多个相对便宜的硬盘组合起来，成为一个硬盘阵列组，使性能达到甚至超过一个价格昂贵、容量巨大的硬盘。RAID提升磁盘I/O速率数据容错

27、54RAID级别分类uRAID0uRAID1uRAID3uRAID5uRAID6uRAID10u55常见的RAID卡RAID卡就是用来实现RAID功能的板卡，通常是由I/O处理器、硬盘控制器、硬盘连接器和缓存等一系列零组件构成的。uSAS卡（连接硬盘，只有简单的RAID功能）：u2008 SAS卡uRAID卡（连接硬盘，有高级RAID功能；缓存、电池保护）：uLSI 9271（1GB）uAdaptec 6805（512MB）、7805（1GB）56RAID卡的选择SAS卡SAS RAID卡u简单的RAID功能（RAID0、1），不需要高级RAID功能u可以同过SAS卡+Key的模式实现RAID

28、高级功能，成本低，但性能不好u对性能要求比较高（通过缓存）u可靠性高（加电池保护）u成本高57服务器硬件组成示意图I/O扩展槽58uI/O接口是一电子电路，它是CPU和I/O设备之间交换信息的媒介和桥梁。CPU与外部设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为I/O接口，而后者则被称为存储器接口。u 用来连接显示卡、声卡、网卡、硬盘控制器等高速的外围设备服务器关键部件服务器主板IO接口59目前PCI插槽规格PCIPCI-XPCI-E 1.0PCI-E 2.0PCI-E 3.0服务器主板IO接口PCI扩展槽60什么是PCI-Express?PCI Express（以下简称PC

29、I-E）是新一代的总线接口。它采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提供的高带宽。x16x1x4x8服务器主板IO接口PCI扩展槽61服务器主板IO接口PCI扩展槽速率及兼容性PCI-E X1的速率是2.5Gb/s（单向）算法公式：单向速率=2.5Gb/s*（2或4）*通道数双向速率=2.5Gb/s*（2或4）*通道数*2PCI-E 支持向下兼容：u PCI-E X16插槽上可插X8/X4的卡u PCI-E 3.0可向下兼容PCI-E 2

30、.062根据客户需求的一项技术创新由浪潮八路服务器实现此技术建立在现有的PCI架构之上延伸的功能: - 热更换 - 热增加 / 升级与友商相比，浪潮热插拔技术是真正的热插拔。其他厂家的很多需要软件辅助才能完成服务器主板IO接口PCI扩展槽高级特性热插拔PCI-E技术浪潮服务器TS850、NF8520服务器均有此项技术63常见外插卡的插槽一个双端口万兆网卡的总速率是2*10Gb/s=20Gb/sPCI-E 3.0 X4的传输速率是：2.5Gb*4*4=40Gb/s外插卡名称插槽类型RAID卡：PCI-E X8网卡：PCI-E X4FC HBA卡：PCI-E X8HCA卡（Infiniband）：

31、PCI-E X8显卡（GPU卡）：PEI-E X1664服务器硬件组成示意图网卡65服务器关键部件网卡网卡的英文全称为Network Interface Card，简称NIC。用于实现联网计算机和网络电缆之间的物理连接，为计算机之间相互通信提供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输。66网络技术网卡分类外插以太网卡（电口） 外插以太网卡（光口）外插FC网卡主板集成网卡u以太网卡：传输协议为IP协议，一般通过光纤线缆或双绞线与以太网交换机连接。接口类型分为光口和电口。光口一般都是通过光纤线缆来进行数据传输，接口模块一般为SFP，对应的接口为SC、ST和LC。电已口目前常用接口类型为RJ45，用来与双绞线连接。 uFC网卡：传输协议为光纤通道协议，一般通过光纤线缆与光纤通道交换机连接。接口类型分为光口和电口。光口一般都是通过光纤线缆来进行数据传输，接口模块一般为SFP和GBIC，对应的接口为SC和LC。电口的接口类型一般为DB9针或HSSDC。 67网络技术网络高级特性u 服务器多网卡