服务器的可扩展性

服务器的可扩展性

1编辑ppt在前面篇中我们介绍到了服务器的“四性”，即“Scalability(可扩展性)”、“Usability(可用性)”、“Managbility(可管理性)”、“Availability(可利用性)”，简称“SUMA”。那么在服务器中的的表现又将如何呢？本节就要以一个实例介绍服务器的第一个特性--可扩展性。服务器的可扩展性是指服务器的硬件配置可以根据需要灵活配置，如内存、适配器、硬盘、处理器等，因为服务器的硬件配置可能是根据不同时期的网络配置而改变。服务器通常因为要连接多个板卡，如网卡，所以需要具有较多的PCI、PCI-X插槽；因为需要高容量磁盘来存储服务器数据，所以需要有较多的驱动器支架。一般的服务器机箱都设有七八个硬盘托架，可以放置更多的硬盘。如图1左图所示的为IBM

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@serverxSeries250部门级服务器，该款服务器拥有0个热插拔扩展托架，最多可安装14块硬盘，其中10块硬盘支持热插拔。图1右图所示的服务器主板上具有8条内存插槽。3编辑ppt同样，因服务器需要高的内容容量来满足服务器的高性能连接和运算，所以需要较多的内存插槽。这些结构并不需要在一开始配置时就全部到位，而是在需要时购买相应部件安装在相应的插槽或支架上即可。同时为了确保服务器的高度可靠性，通常还提供冗余电源、冗余风扇，这样同时也使得用户的网络扩充时，服务器也能满足新的需求，保护用户的投资。以上这些就是许多品牌服务器所提出的“按需扩展”理念。“按需扩展”就是在购买服务器初期并不需要购买全部的组件，只要认为暂时用不上的，都可以先不购买，等的网络发展到需要用得上这些组件时再购买那些组件，直接插在原来的服务器或通过相应技术与服务器连接即可轻松实现原来服务器系统的升级、扩展。如在IBM企业级x架构服务器技术中所提出的“XpandOnDemand”就是这样一种技术。4编辑ppt对于以上所说的扩展性，无论如何都是非常有限的。因为这些扩展插槽和支架都需要在服务器机箱中，而服务器的机箱不可能太大，一则不便于安装，另一方面，机箱中部件太多，容量造成服务器机箱中温度上升，给服务器带来不稳定因素。虽然现在也有一些服务器把许多PCI设备从机箱中移到机箱外单独的一个柜子中，通过一个特制的电缆来与服务器进行连接，这样一则可以节省服务器机箱的空间，再则可以使服务器的PCI设备具有更大的扩展空间。这种技术在IBM中就称之为“RemoteI/O”技术。但大目前来说，它所能扩展的性能也是非常有限的，所以现在许多中高档服务器的扩展性都不是在机箱内部解决，而是通过相应的技术在服务器外部解决。其中应用最广，也是扩展性能最佳的就是服务器的群集(Cluster)5编辑ppt技术，目前几乎所有的服务器操作系统都支持群集技术，其中包括中高档服务器常用的UNIX、LINUIX，也包括中低档服器所用的微软Windows2000/2003。群集技术是使单独服务器实现物理和程序上的连接，并在服务器之间进行协同通讯，以使它们能够执行共同的任务。即便某一台服务器停止运行，故障应急进程会自动将该服务器的工作负载转移至另一台服务器，以保证提供持续不断的服务。除故障应急程序之外，某些形式的群集也使用负载均衡功能，该功能可使计算负载在联网的计算机间得以分配。目前一般来说比中高档的服务器可以实现4、6、8、12路，甚至16路对称扩展，每一路都具有独立的CPU、RAM和PCI等设备。为了更直接地说明服务器的可扩展性能，现分别以IBM企业级服务器X架构的“按需扩展”和群集技术对以上两种扩展方法进行简要说明。6编辑ppt一、XpandOnDemand(按需扩展)技术由于I/O总线拥塞以及内存不能得到有效利用，传统的多处理器服务器设计在向4路以上扩展时开始遇到一些障碍。IBM的Summit(顶峰)技术通过一个强化的4路SMP构件块，能够有效地向4路以上的SMP(对称多处理系统)扩展。通过利用这种4路构件块创建新的计算“节点”，为系统从4路扩展到8路、12路，甚至16路SMP提供了一种有效的途径。当客户在拥有4路处理器架构情况下，因业务增长需要扩充其系统时，只需要在原有4路处理器架构基础上增加节点，扩展到8路、12路或16路处理器架构。而Summit芯片组具有物理分区功能，能够灵活地划分工作量并分配给不同的处理器节点。例如，一个16路服务器可以划分成4路7编辑ppt节点，每个节点包括独立的处理器、内存和I/O支持，各节点可以运行一种不同的操作系统执行不同的任务。IBM企业级服务器X架构“按需扩展(XpandOnDemand)”技术合得服务器结构得到进一步优化，它通过提供新的内存和I/O(输入/输出)子系统使新的处理器体系结构能够充分发挥服务器的潜能。传统的服务器在设计上遇到的第一个性能瓶颈就是由于处理器和I/O总线堵塞，以及内存的低效利用而导致4向并行处理技术的向前发展。企业级服务器X架构的设计提供了先进的I/O和内存体系机构和一个高速共享缓存体系机构。工业标准服务器在使用了增强的、高性能的SMP(对称多处理器)架构模块技术后，IBM企业级服务器X架构平台后扩展性得到了新的提高，从而实现了4路并行性能的有效扩展。8编辑pptSMP(对称多处理器)技术是使用从4路到8路，再到12路，甚至是16路并行处理扩展技术来扩展企业的计算节点，可扩展的企业节点包括处理器、内存、I/O支持、存储器和其它设备。每个节点就像一台独立的计算机一样一体化运作，可以运行不同的操作系统，甚至不同分区的多个节点的工作可以镜像分配到一个系统中。节点之间通过一种称之为“对称多功处理器扩展端口”来实现设备间的高速连接和顶峰性能的资源共享。这就使服务器在运行多个节点时就像一个大的、单一节点的组合，或者像两个或者更多的小单元，甚至到可以在以后需要时重新配置。在IBM企业级服务器X架构中还有一种技术更加充分地保证了服务器的扩展性能，那就是“RemoteI/O(远程输入/输出)”技术，这个技术我们在前面已9编辑ppt经提到过，现在我们来具体看看它的实现过程和优势所在。在工业规范中有一个限制，那就是所有PCI和PCI-X适配器插槽都必须在主机箱中。一方面设计者总想在有限的机箱空间中设计最大量的适配器插槽，同时他们又想通过使服务器组件变得越来越小来尽量缩小服务器的大小，以满足用户在减小服务器架构空间大小方面的需求。不管怎样，减小服务器的大小也就意味着要牺牲一定的适配器插槽为代价。(这就是为什么服务器生产商所提供的服务器中要么是有多个适配器插槽，而减少驱动器架，要么是有多驱动器架，而提供的插槽较少。否则就得增加服务器的尺寸，那势必会造成用户拥挤的数据中心出现其它问题。)10编辑ppt一个非常明显的解决方案就是限制在机箱中的适配器数量，同时增加一个外置的“插件箱”来安装这些适配器。把适配器的插槽从主机中引到服务器机箱外面，这样服务器就可做得更小了。不幸的是PCI-X总线技术并没有明确地支持这种外置输入/输出接口。在IBM企业级服务器架构中的远程输入/输出(RemoteI/O)技术支持下，它可以使在单个服务器中通过外置的I/O扩展箱添加12个PCI/PCI-X的适配器插槽，提供极其强大的I/O扩展性能。这在一方面就解释了“随着的增长支付”这个全新的支付理念了。只需要购买现在需要的输入/输出组件，当需要另外的组件时再到时另外购买即可，这种性能就可以使IBM通过增加I/O外置扩展单元来自由升级的服务器。11编辑ppt远程I/O可为每个服务器提供更多可用的适配器插槽，但它同样具有非常高的可靠性。因为这个远程的I/O组件是用与插件箱分开的独立电源来供电，在电源中还有冗余的风扇，它比在一个服务器主机箱内安装这么多适配器和驱动器所散发的热量更少。另一方面的优点就是扩展外置的I/O插件箱同样可以被多个服务器共享。如图2所示。12编辑ppt13编辑ppt远程I/O在IBMp系列和I系列服务器(以前个另的IBMRS/6000和AS/400机)是用来进行实时连接的。远程I/O结合按需扩展系统节点的设计原理，允许在有序、受控的方式下扩展的系统。

在过去为了确保的服务器高性能不断提高，必须花费巨资去买一个带有许多处理器插槽、适配器插槽和驱动器架的主机，或许所买的服务器中有的组件永远都用不上，但只想通过这种方式确保的服务器有足够高的扩展性能。现在，在IBM企业级服务器X架构的扩展性设计方案下，可以从单个小小的节点组件开始。随后在工业标准架构中随着的需要增加节点、I/O扩展插件箱和磁盘扩展单元(在的预算允许范围内)。不仅企业级服务器X架构中的远程I/O给非常好的扩展14编辑ppt性，而且它的性能也是非常高的。远程I/O扩展单元是通过独占的2Gbps带宽的连接速度与系统进行连接。IBM的“按需扩展”的性能在基于Intel体系架构上的服务器上表现出革命性的先进性，可以在不需要任何停机的情况下扩大的服务器性能：增加(或者删除)节点并不需要关掉其它节点(按正确的操作程序)。另外模块化节点设计可以通过节点间的相互切换来实现效率的最大化。IBM企业级服务器X架构的配置允许向上扩展(Scaleup)，群集排列使向外扩展(Scaleout)，事实上，群集一个8路、12路或者16路IBM企业级服务器X架构系统以上两种群集方法都可以用。15编辑ppt二、群集扩展原理IBM企业级服务器x架构的群集扩展技术使得我们对服务器扩展变得非常容易。为了能更清楚地说明问题，我们先从一个简单、廉价的4路对称多处理节点开始。在IBM企业级服务器x架构的群集技术中，如果以后发现需要更多的处理器系统时，只需要简单地增加第二个4路并行处理节点，并用简单的一根数据线进行连接来就可以建立一个8路并行处理服务器(如果认为所建立的8路并行处理服务器没有为提供足够多的插槽和总线时，还可以插入一个像IBMEXP300一样的外置的远端I/O扩展单元、记录设备和远端存储单元16编辑ppt来满足)，这样，随着需求的增加，三个4路并行处理节点就能够配置成一个12路并行处理系统，最后4个4路并行处理节点能够组合成一个16路并行处理服务器。图3左图显示的是一个通过上述方法组成的16路并行处理服务器。在实际中，各节点是由一个框架来堆叠的。图3右图显示的是连接两种不同SMP扩展端口系统的图示，只需要一条电缆，第二条电缆是用来当系统有双倍吞吐量时分担工作量平衡系统，第三个扩展端口是用于4路并行节点的配置。17编辑ppt18编辑ppt如果有时认为有些节点需要改变，不再需要8路或16路并行处理服务器，这些节点也能够重新分离成一个单独的4路并行处理系统。这种模块设计使自由地决定如何去一步步提高的IT组织，并不需要在事先就要作出一切决定，而不像原来的工业标准设计一样需要一步到位。

IBM企业级服务器X架构的设计提供了在所有处理器与内存之间的互访，不受它们各自的节点的限制，减少了彼此间的总线争夺。不仅如此，还增加了一倍的芯片组、前端总线、PCI总线、以及其它资源来分担数据交换的负担，而这些仅是两个节点完成的，更多的节点能够转换成更宽的系统带宽。这样的连接和资源问题在传统的12路或16路对称多处理系统中开始产生，IBM企业级服务器X架构的设计可以轻松19编辑ppt地实现超负荷运作，就像用16路并行处理系统来完成8路处理系统的工作一样。需要时仅需加入一个新的4路并行处理节点，而在最开始并不需要预算所有的资金，采购是可以分成若干个分离的预算周期来完成的。在上面所指的设计中不仅是指处理器需要增加，在整个平衡体系中所需的所有资源都需要增加。在每一个4路到16路的转换配置中，所有节点间的连接都既能在一个操作系统和应用程序场合中当作单个分区使用，也可以划分成多个独立的分区。同样，连接带切换功能的群集服务器就像连接两个、三个或者四个节点一样容易，只需在连接的节点之间使用同样的对称多处理器扩展端口连接电缆即可。对于这样的扩展群集，在节点之间的建立高速的连接不需要复杂的以太网设置，因为那已通过对称多处理端口自动设置了。20编辑ppt三、IBM群集扩展优势

上面介绍了一些在IBM企业级服务器X架构中的群集扩展原理，那么这种扩展方式与标准的分布式群集相比又有哪能些优势呢？在前面我们了解了在IBM企业级服务器X架构中是如何实现系统扩展的，或许会认为这些灵活性都是以牺牲性能为代价，可实际上绝对不是那样。事实上，IBM企业级服务器X架构中的高速对称多处理扩展端口不仅为我们提供灵活的扩展性能，同时还为我们在Intel体系机构领域中提供了最优良的性能。那么用4个节点方式连接组成的服务器系统的扩展性能比用简单的4个单独的4路并行处理系统连在一起去实现传统21编辑ppt的四个服务器群集有哪能些好处呢？它们有共同之处，但又有哪能些重大的差别呢？下面就是答案：4个4路并行处理的IBM企业级服务器X架构使能得到充分的扩展自由，可以配置成2个8路并行处理服器、1个8路和2个4路并行处理服务器、1个12路和1个4路并行处理服务器，或者为一个单一的16路并行处理服务器。即使已连接成了某种连接方式，如果想改变仍可以通过一个简单的控制命令重新配置成其它的排列，不会像传统的群集方式一样局限于某一种特殊的配置。

IBM的“系统分区(SystemPartitioning)”技术允许用一个操作系统和应用软件系统的复制在整个四个节点分区中使用，这就比在传统的群集解决方案中一个个去设置方便许多。22编辑pptSMP扩展端口允许节点间在每个连接间运用进行双向32GB/s的速度进行实时对话，每个节点可与其它3个节点进行连接。32GB就相当于32倍千兆以太网的连接速度(或者16倍于通过局域网交换机进行双向操作的速度)。另外，这样的网络结构再也不需要为仅少数几个地方需要支持千兆以太网而进行重新配置，也就是说不再需要在这些群集服务器中配置全部的千兆以太网集线器、路由器、交换机或者适配器。如果不用千兆以太网，通常认为对称多处理扩展端口的速度相当于320倍的100Mbps以太网。除了在服务器已安装的以太网端口外，剩下的可用端口都是用于一般网络的连接的。因为SMP扩展端口在节点间允许处理器对处理器直接通信，并没有占用任何被操作系统处理过程中的23编辑ppt适配器总线和网络交换总线，这样就在系统之间提供