服務(wù)器的可擴展性

服務(wù)器的可擴展性

1編輯ppt在前面篇中我們介紹到了服務(wù)器的“四性”，即“Scalability(可擴展性)”、“Usability(可用性)”、“Managbility(可管理性)”、“Availability(可利用性)”，簡稱“SUMA”。那么在服務(wù)器中的的表現(xiàn)又將如何呢？本節(jié)就要以一個實例介紹服務(wù)器的第一個特性--可擴展性。服務(wù)器的可擴展性是指服務(wù)器的硬件配置可以根據(jù)需要靈活配置，如內(nèi)存、適配器、硬盤、處理器等，因為服務(wù)器的硬件配置可能是根據(jù)不同時期的網(wǎng)絡(luò)配置而改變。服務(wù)器通常因為要連接多個板卡，如網(wǎng)卡，所以需要具有較多的PCI、PCI-X插槽；因為需要高容量磁盤來存儲服務(wù)器數(shù)據(jù)，所以需要有較多的驅(qū)動器支架。一般的服務(wù)器機箱都設(shè)有七八個硬盤托架，可以放置更多的硬盤。如圖1左圖所示的為IBM

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@serverxSeries250部門級服務(wù)器，該款服務(wù)器擁有0個熱插拔擴展托架，最多可安裝14塊硬盤，其中10塊硬盤支持熱插拔。圖1右圖所示的服務(wù)器主板上具有8條內(nèi)存插槽。3編輯ppt同樣，因服務(wù)器需要高的內(nèi)容容量來滿足服務(wù)器的高性能連接和運算，所以需要較多的內(nèi)存插槽。這些結(jié)構(gòu)并不需要在一開始配置時就全部到位，而是在需要時購買相應(yīng)部件安裝在相應(yīng)的插槽或支架上即可。同時為了確保服務(wù)器的高度可靠性，通常還提供冗余電源、冗余風(fēng)扇，這樣同時也使得用戶的網(wǎng)絡(luò)擴充時，服務(wù)器也能滿足新的需求，保護用戶的投資。以上這些就是許多品牌服務(wù)器所提出的“按需擴展”理念?！鞍葱钄U展”就是在購買服務(wù)器初期并不需要購買全部的組件，只要認(rèn)為暫時用不上的，都可以先不購買，等的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到需要用得上這些組件時再購買那些組件，直接插在原來的服務(wù)器或通過相應(yīng)技術(shù)與服務(wù)器連接即可輕松實現(xiàn)原來服務(wù)器系統(tǒng)的升級、擴展。如在IBM企業(yè)級x架構(gòu)服務(wù)器技術(shù)中所提出的“XpandOnDemand”就是這樣一種技術(shù)。4編輯ppt對于以上所說的擴展性，無論如何都是非常有限的。因為這些擴展插槽和支架都需要在服務(wù)器機箱中，而服務(wù)器的機箱不可能太大，一則不便于安裝，另一方面，機箱中部件太多，容量造成服務(wù)器機箱中溫度上升，給服務(wù)器帶來不穩(wěn)定因素。雖然現(xiàn)在也有一些服務(wù)器把許多PCI設(shè)備從機箱中移到機箱外單獨的一個柜子中，通過一個特制的電纜來與服務(wù)器進行連接，這樣一則可以節(jié)省服務(wù)器機箱的空間，再則可以使服務(wù)器的PCI設(shè)備具有更大的擴展空間。這種技術(shù)在IBM中就稱之為“RemoteI/O”技術(shù)。但大目前來說，它所能擴展的性能也是非常有限的，所以現(xiàn)在許多中高檔服務(wù)器的擴展性都不是在機箱內(nèi)部解決，而是通過相應(yīng)的技術(shù)在服務(wù)器外部解決。其中應(yīng)用最廣，也是擴展性能最佳的就是服務(wù)器的群集(Cluster)5編輯ppt技術(shù)，目前幾乎所有的服務(wù)器操作系統(tǒng)都支持群集技術(shù)，其中包括中高檔服務(wù)器常用的UNIX、LINUIX，也包括中低檔服器所用的微軟Windows2000/2003。群集技術(shù)是使單獨服務(wù)器實現(xiàn)物理和程序上的連接，并在服務(wù)器之間進行協(xié)同通訊，以使它們能夠執(zhí)行共同的任務(wù)。即便某一臺服務(wù)器停止運行，故障應(yīng)急進程會自動將該服務(wù)器的工作負(fù)載轉(zhuǎn)移至另一臺服務(wù)器，以保證提供持續(xù)不斷的服務(wù)。除故障應(yīng)急程序之外，某些形式的群集也使用負(fù)載均衡功能，該功能可使計算負(fù)載在聯(lián)網(wǎng)的計算機間得以分配。目前一般來說比中高檔的服務(wù)器可以實現(xiàn)4、6、8、12路，甚至16路對稱擴展，每一路都具有獨立的CPU、RAM和PCI等設(shè)備。為了更直接地說明服務(wù)器的可擴展性能，現(xiàn)分別以IBM企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)的“按需擴展”和群集技術(shù)對以上兩種擴展方法進行簡要說明。6編輯ppt一、XpandOnDemand(按需擴展)技術(shù)由于I/O總線擁塞以及內(nèi)存不能得到有效利用，傳統(tǒng)的多處理器服務(wù)器設(shè)計在向4路以上擴展時開始遇到一些障礙。IBM的Summit(頂峰)技術(shù)通過一個強化的4路SMP構(gòu)件塊，能夠有效地向4路以上的SMP(對稱多處理系統(tǒng))擴展。通過利用這種4路構(gòu)件塊創(chuàng)建新的計算“節(jié)點”，為系統(tǒng)從4路擴展到8路、12路，甚至16路SMP提供了一種有效的途徑。當(dāng)客戶在擁有4路處理器架構(gòu)情況下，因業(yè)務(wù)增長需要擴充其系統(tǒng)時，只需要在原有4路處理器架構(gòu)基礎(chǔ)上增加節(jié)點，擴展到8路、12路或16路處理器架構(gòu)。而Summit芯片組具有物理分區(qū)功能，能夠靈活地劃分工作量并分配給不同的處理器節(jié)點。例如，一個16路服務(wù)器可以劃分成4路7編輯ppt節(jié)點，每個節(jié)點包括獨立的處理器、內(nèi)存和I/O支持，各節(jié)點可以運行一種不同的操作系統(tǒng)執(zhí)行不同的任務(wù)。IBM企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)“按需擴展(XpandOnDemand)”技術(shù)合得服務(wù)器結(jié)構(gòu)得到進一步優(yōu)化，它通過提供新的內(nèi)存和I/O(輸入/輸出)子系統(tǒng)使新的處理器體系結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮服務(wù)器的潛能。傳統(tǒng)的服務(wù)器在設(shè)計上遇到的第一個性能瓶頸就是由于處理器和I/O總線堵塞，以及內(nèi)存的低效利用而導(dǎo)致4向并行處理技術(shù)的向前發(fā)展。企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)的設(shè)計提供了先進的I/O和內(nèi)存體系機構(gòu)和一個高速共享緩存體系機構(gòu)。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器在使用了增強的、高性能的SMP(對稱多處理器)架構(gòu)模塊技術(shù)后，IBM企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)平臺后擴展性得到了新的提高，從而實現(xiàn)了4路并行性能的有效擴展。8編輯pptSMP(對稱多處理器)技術(shù)是使用從4路到8路，再到12路，甚至是16路并行處理擴展技術(shù)來擴展企業(yè)的計算節(jié)點，可擴展的企業(yè)節(jié)點包括處理器、內(nèi)存、I/O支持、存儲器和其它設(shè)備。每個節(jié)點就像一臺獨立的計算機一樣一體化運作，可以運行不同的操作系統(tǒng)，甚至不同分區(qū)的多個節(jié)點的工作可以鏡像分配到一個系統(tǒng)中。節(jié)點之間通過一種稱之為“對稱多功處理器擴展端口”來實現(xiàn)設(shè)備間的高速連接和頂峰性能的資源共享。這就使服務(wù)器在運行多個節(jié)點時就像一個大的、單一節(jié)點的組合，或者像兩個或者更多的小單元，甚至到可以在以后需要時重新配置。在IBM企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)中還有一種技術(shù)更加充分地保證了服務(wù)器的擴展性能，那就是“RemoteI/O(遠程輸入/輸出)”技術(shù)，這個技術(shù)我們在前面已9編輯ppt經(jīng)提到過，現(xiàn)在我們來具體看看它的實現(xiàn)過程和優(yōu)勢所在。在工業(yè)規(guī)范中有一個限制，那就是所有PCI和PCI-X適配器插槽都必須在主機箱中。一方面設(shè)計者總想在有限的機箱空間中設(shè)計最大量的適配器插槽，同時他們又想通過使服務(wù)器組件變得越來越小來盡量縮小服務(wù)器的大小，以滿足用戶在減小服務(wù)器架構(gòu)空間大小方面的需求。不管怎樣，減小服務(wù)器的大小也就意味著要犧牲一定的適配器插槽為代價。(這就是為什么服務(wù)器生產(chǎn)商所提供的服務(wù)器中要么是有多個適配器插槽，而減少驅(qū)動器架，要么是有多驅(qū)動器架，而提供的插槽較少。否則就得增加服務(wù)器的尺寸，那勢必會造成用戶擁擠的數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)其它問題。)10編輯ppt一個非常明顯的解決方案就是限制在機箱中的適配器數(shù)量，同時增加一個外置的“插件箱”來安裝這些適配器。把適配器的插槽從主機中引到服務(wù)器機箱外面，這樣服務(wù)器就可做得更小了。不幸的是PCI-X總線技術(shù)并沒有明確地支持這種外置輸入/輸出接口。在IBM企業(yè)級服務(wù)器架構(gòu)中的遠程輸入/輸出(RemoteI/O)技術(shù)支持下，它可以使在單個服務(wù)器中通過外置的I/O擴展箱添加12個PCI/PCI-X的適配器插槽，提供極其強大的I/O擴展性能。這在一方面就解釋了“隨著的增長支付”這個全新的支付理念了。只需要購買現(xiàn)在需要的輸入/輸出組件，當(dāng)需要另外的組件時再到時另外購買即可，這種性能就可以使IBM通過增加I/O外置擴展單元來自由升級的服務(wù)器。11編輯ppt遠程I/O可為每個服務(wù)器提供更多可用的適配器插槽，但它同樣具有非常高的可靠性。因為這個遠程的I/O組件是用與插件箱分開的獨立電源來供電，在電源中還有冗余的風(fēng)扇，它比在一個服務(wù)器主機箱內(nèi)安裝這么多適配器和驅(qū)動器所散發(fā)的熱量更少。另一方面的優(yōu)點就是擴展外置的I/O插件箱同樣可以被多個服務(wù)器共享。如圖2所示。12編輯ppt13編輯ppt遠程I/O在IBMp系列和I系列服務(wù)器(以前個另的IBMRS/6000和AS/400機)是用來進行實時連接的。遠程I/O結(jié)合按需擴展系統(tǒng)節(jié)點的設(shè)計原理，允許在有序、受控的方式下擴展的系統(tǒng)。

在過去為了確保的服務(wù)器高性能不斷提高，必須花費巨資去買一個帶有許多處理器插槽、適配器插槽和驅(qū)動器架的主機，或許所買的服務(wù)器中有的組件永遠都用不上，但只想通過這種方式確保的服務(wù)器有足夠高的擴展性能?，F(xiàn)在，在IBM企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)的擴展性設(shè)計方案下，可以從單個小小的節(jié)點組件開始。隨后在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)中隨著的需要增加節(jié)點、I/O擴展插件箱和磁盤擴展單元(在的預(yù)算允許范圍內(nèi))。不僅企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)中的遠程I/O給非常好的擴展14編輯ppt性，而且它的性能也是非常高的。遠程I/O擴展單元是通過獨占的2Gbps帶寬的連接速度與系統(tǒng)進行連接。IBM的“按需擴展”的性能在基于Intel體系架構(gòu)上的服務(wù)器上表現(xiàn)出革命性的先進性，可以在不需要任何停機的情況下擴大的服務(wù)器性能：增加(或者刪除)節(jié)點并不需要關(guān)掉其它節(jié)點(按正確的操作程序)。另外模塊化節(jié)點設(shè)計可以通過節(jié)點間的相互切換來實現(xiàn)效率的最大化。IBM企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)的配置允許向上擴展(Scaleup)，群集排列使向外擴展(Scaleout)，事實上，群集一個8路、12路或者16路IBM企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)系統(tǒng)以上兩種群集方法都可以用。15編輯ppt二、群集擴展原理IBM企業(yè)級服務(wù)器x架構(gòu)的群集擴展技術(shù)使得我們對服務(wù)器擴展變得非常容易。為了能更清楚地說明問題，我們先從一個簡單、廉價的4路對稱多處理節(jié)點開始。在IBM企業(yè)級服務(wù)器x架構(gòu)的群集技術(shù)中，如果以后發(fā)現(xiàn)需要更多的處理器系統(tǒng)時，只需要簡單地增加第二個4路并行處理節(jié)點，并用簡單的一根數(shù)據(jù)線進行連接來就可以建立一個8路并行處理服務(wù)器(如果認(rèn)為所建立的8路并行處理服務(wù)器沒有為提供足夠多的插槽和總線時，還可以插入一個像IBMEXP300一樣的外置的遠端I/O擴展單元、記錄設(shè)備和遠端存儲單元16編輯ppt來滿足)，這樣，隨著需求的增加，三個4路并行處理節(jié)點就能夠配置成一個12路并行處理系統(tǒng)，最后4個4路并行處理節(jié)點能夠組合成一個16路并行處理服務(wù)器。圖3左圖顯示的是一個通過上述方法組成的16路并行處理服務(wù)器。在實際中，各節(jié)點是由一個框架來堆疊的。圖3右圖顯示的是連接兩種不同SMP擴展端口系統(tǒng)的圖示，只需要一條電纜，第二條電纜是用來當(dāng)系統(tǒng)有雙倍吞吐量時分擔(dān)工作量平衡系統(tǒng)，第三個擴展端口是用于4路并行節(jié)點的配置。17編輯ppt18編輯ppt如果有時認(rèn)為有些節(jié)點需要改變，不再需要8路或16路并行處理服務(wù)器，這些節(jié)點也能夠重新分離成一個單獨的4路并行處理系統(tǒng)。這種模塊設(shè)計使自由地決定如何去一步步提高的IT組織，并不需要在事先就要作出一切決定，而不像原來的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計一樣需要一步到位。

IBM企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)的設(shè)計提供了在所有處理器與內(nèi)存之間的互訪，不受它們各自的節(jié)點的限制，減少了彼此間的總線爭奪。不僅如此，還增加了一倍的芯片組、前端總線、PCI總線、以及其它資源來分擔(dān)數(shù)據(jù)交換的負(fù)擔(dān)，而這些僅是兩個節(jié)點完成的，更多的節(jié)點能夠轉(zhuǎn)換成更寬的系統(tǒng)帶寬。這樣的連接和資源問題在傳統(tǒng)的12路或16路對稱多處理系統(tǒng)中開始產(chǎn)生，IBM企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)的設(shè)計可以輕松19編輯ppt地實現(xiàn)超負(fù)荷運作，就像用16路并行處理系統(tǒng)來完成8路處理系統(tǒng)的工作一樣。需要時僅需加入一個新的4路并行處理節(jié)點，而在最開始并不需要預(yù)算所有的資金，采購是可以分成若干個分離的預(yù)算周期來完成的。在上面所指的設(shè)計中不僅是指處理器需要增加，在整個平衡體系中所需的所有資源都需要增加。在每一個4路到16路的轉(zhuǎn)換配置中，所有節(jié)點間的連接都既能在一個操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序場合中當(dāng)作單個分區(qū)使用，也可以劃分成多個獨立的分區(qū)。同樣，連接帶切換功能的群集服務(wù)器就像連接兩個、三個或者四個節(jié)點一樣容易，只需在連接的節(jié)點之間使用同樣的對稱多處理器擴展端口連接電纜即可。對于這樣的擴展群集，在節(jié)點之間的建立高速的連接不需要復(fù)雜的以太網(wǎng)設(shè)置，因為那已通過對稱多處理端口自動設(shè)置了。20編輯ppt三、IBM群集擴展優(yōu)勢

上面介紹了一些在IBM企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)中的群集擴展原理，那么這種擴展方式與標(biāo)準(zhǔn)的分布式群集相比又有哪能些優(yōu)勢呢？在前面我們了解了在IBM企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)中是如何實現(xiàn)系統(tǒng)擴展的，或許會認(rèn)為這些靈活性都是以犧牲性能為代價，可實際上絕對不是那樣。事實上，IBM企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)中的高速對稱多處理擴展端口不僅為我們提供靈活的擴展性能，同時還為我們在Intel體系機構(gòu)領(lǐng)域中提供了最優(yōu)良的性能。那么用4個節(jié)點方式連接組成的服務(wù)器系統(tǒng)的擴展性能比用簡單的4個單獨的4路并行處理系統(tǒng)連在一起去實現(xiàn)傳統(tǒng)21編輯ppt的四個服務(wù)器群集有哪能些好處呢？它們有共同之處，但又有哪能些重大的差別呢？下面就是答案：4個4路并行處理的IBM企業(yè)級服務(wù)器X架構(gòu)使能得到充分的擴展自由，可以配置成2個8路并行處理服器、1個8路和2個4路并行處理服務(wù)器、1個12路和1個4路并行處理服務(wù)器，或者為一個單一的16路并行處理服務(wù)器。即使已連接成了某種連接方式，如果想改變?nèi)钥梢酝ㄟ^一個簡單的控制命令重新配置成其它的排列，不會像傳統(tǒng)的群集方式一樣局限于某一種特殊的配置。

IBM的“系統(tǒng)分區(qū)(SystemPartitioning)”技術(shù)允許用一個操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件系統(tǒng)的復(fù)制在整個四個節(jié)點分區(qū)中使用，這就比在傳統(tǒng)的群集解決方案中一個個去設(shè)置方便許多。22編輯pptSMP擴展端口允許節(jié)點間在每個連接間運用進行雙向32GB/s的速度進行實時對話，每個節(jié)點可與其它3個節(jié)點進行連接。32GB就相當(dāng)于32倍千兆以太網(wǎng)的連接速度(或者16倍于通過局域網(wǎng)交換機進行雙向操作的速度)。另外，這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)再也不需要為僅少數(shù)幾個地方需要支持千兆以太網(wǎng)而進行重新配置，也就是說不再需要在這些群集服務(wù)器中配置全部的千兆以太網(wǎng)集線器、路由器、交換機或者適配器。如果不用千兆以太網(wǎng)，通常認(rèn)為對稱多處理擴展端口的速度相當(dāng)于320倍的100Mbps以太網(wǎng)。除了在服務(wù)器已安裝的以太網(wǎng)端口外，剩下的可用端口都是用于一般網(wǎng)絡(luò)的連接的。因為SMP擴展端口在節(jié)點間允許處理器對處理器直接通信，并沒有占用任何被操作系統(tǒng)處理過程中的23編輯ppt適配器總線和網(wǎng)絡(luò)交換總線，這樣就在系統(tǒng)之間提供