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1、一、一、传统刀片系统存在的问题传统刀片系统存在的问题近年来随着刀片服务器的快速发展，数据中心建设项目中更多地采用刀片服务器进行集群构建，主要原因是刀片服务器相比于传统机架式服务器具有计算密度更高、功耗散热更低、可靠性高以及可管理性更高等优点。但我们发现，随着数量的提高，复杂性也越来越高。刀片服务器在解决了一些问题的同时，也带来了新的问题。首先是内部组件众多，通常会包含有多口以太网交换机、多口 SAN 光纤交换机、多口 Infiniband 交换机、管理模块等部件，如果考虑冗余则所有组件数量成倍增加，造成布线密度高，散热不佳、能耗高等问题，而且管理不高效，针对每个刀片机箱，除了许多独立的操作系统
2、需要管理以外，LAN、SAN、Infiniband 网络、服务器、存储都需要管理，很多时候，我们需要不同的团队使用不同的工具管理刀片机箱的不同方面。传统刀片服务器内部组件的复杂性以及外部网络连接的复杂性如下图所示：其次，每台服务器都有着自已唯的一标识，包括 WWN（World wide name），MAC Address，BIOS，Firmware。当服务器故障时，操作系统及应用需要迁移至备用服务器时，以上这些参数需预先在备用服务器上手动的配置及修改好，然后操作系统及应用才能迁移，这就意味着更长的宕机时间。为什么要预先在备用服务器上手工配置这些参数呢？WWN 号与 HBA 的物理端口相关; M
3、AC 地址通常是服务器上安装的系统软件或应用软件 Licenses（使用许可）绑定的对象，MAC 地址的改变将造成这些软件无法在新的服务器上运行;BIOS 中定义了服务器启动相关的信息等，因此应用在往备用服务器迁移时，备用服务器的这些底层环境参数设置需预先进行修改以便与之前保持一致。而在云计算环境下，最首要的要求是计算架构要有足够的灵活性以方便资源的调配以及应用的迁移，因此云计算架构的建设对服务器系统的架构、散热、功耗、管理维护等方面都提出了更高的要求。因此我们必须对传统刀片服务器所使用的常规架构进行革新，目前业内出现了一种创新的计算架构设计方法：统一计算系统。它是一种新的计算模式，是对传统刀
4、片服务器架构的革新，它采用了一种纯粹的架构方式，在一个紧密结合的系统中整合了计算、网络、存储接入与虚拟化功能，旨在降低总体拥有成本，同时提高业务灵活性。二、二、思科统一计算的优势思科统一计算的优势该系统包含一个低延时无丢包万兆以太网统一交换网络阵列，以及多台企业级 x86 架构服务器。它是一个集成的可扩展多机箱平台，在统一的管理域中管理所有资源，最多支持将 320 个刀片做为一个管理域进行资源调配管理。统一计算系统架构如下图所示：统一计算系统主要组件说明：统一计算系统主要组件说明：互联阵列交换机互联阵列交换机是统一计算系统的核心组成部分，为刀片集群提供低延时、无丢包以及支持 FCoE 技术的万
5、兆以太网统一交换阵列连接。同时，通过在扩展槽中支持的 FC 光纤通道扩展卡，该互联阵列还可与传统 SAN 网络互连。所有连接到互联阵列交换机上的机箱和刀片服务器，均成为单一高可用管理域的组成部分。通过支持统一以太网交换阵列技术，互联阵列交换机可以为其域内的所有刀片机箱及服务器提供了局域网（LAN）和存储域网络（SAN）连接。管理系统管理系统内嵌在互联阵列交换机上，它创建了一个统一的管理域，可将 40个刀片机箱，即 320 台刀片服务器做为一个计算资源池进行统一的调度和管理。刀片机箱及万兆以太网阵列扩展模块刀片机箱及万兆以太网阵列扩展模块，刀片机箱内置四端口支持 FCoE 技术的万兆以太网阵列扩
6、展模块，做为统一 I/O 模块为刀片机箱提供统一网络连接功能。阵列扩展模块相当于互联阵列交换机的一块远端接口卡或称线路卡，它将统一交换阵列延伸到每一个刀片服务器机箱中。并通过互联阵列交换机进行配置和管理，因此刀片机箱的功能更像是一个装载有刀片服务器的远程线路卡，阵列扩展模块上的每个万兆以太网端口均能够支持标准 IP 协议，并可通过标准的数据中心以太网技术/FCoE 技术封装支持光纤通道 FC 流量，从而实现了计算、存储、管理、HPC 进程通信等流量的统一 I/O，消除了在刀片服务器中提供多种交换机的复杂性和管理的复杂性。每个刀片服务器机箱中都配有两个阵列扩展模块，实现冗余。每个阵列扩展模块提供
7、四个支持 FCoE 技术的万兆以太网端口与互联阵列交换机进行互联，这样单个刀片服务器机箱可提供 8 个万兆以太网带宽连接。系统特点总结如下：一个单一的系统整合了一个单一的系统整合了 基础网络: 统一交换，支持数据中心以太网和 FCOE 技术主机平台:工业标准 x86 服务器平台，经过优化的虚拟机技术存储: 多种连接方式应用、平台和网络三合一的虚拟化 统一的管理模式统一的管理模式真正数据中心端到端的动态资源部署，当管理域内的某个应用所在的刀片服务器出现故障时，系统可根据策略自动在管理域内找到一个相同性能的空闲的刀片来迁移应用，保证应用的宕机时间最短。 高效的扩展高效的扩展内存扩展技术，更少的服务
8、器支持更多的应用和虚拟机 成本降低成本降低减少了服务器, 交换机, 适配器, 布线降低了耗电减少了管理设备的数量统一计算系统专为云计算及虚拟化而优化，与传统的刀片服务器系统的对比优势汇总如下：1) 统一计算系统简化了当今服务器和网络部署的方式。采用统一计算系统简化了当今服务器和网络部署的方式。采用 FCOEFCOE 技术技术实现三网融合。实现三网融合。思科 UCS 首创的 FCoE 技术（目前已经成为国际标准）实现了 Fiber Channel 流量在 10G 以太网中传输，整合 I/O 到同一条线缆，减少 了适配器，线缆和端口数量，单个网卡及单根连线就能将服务器同时联向以太网和 Fiber
9、Channel 网络，从而达到节省设备数量和布线简 化。思科云方案传统刀片方案 -无需管理模块，所有管理配置工作由 6120XP 完成，且天然冗余； -单一入口，全局视图，可以看到所有设 备，包括交换机本身，以及任意刀片的 部件；-每机箱配置 2 个管理模块，否则没有冗 余； -刀片机箱需要单独管理，管理员帐号和 密码需要一一对应； -需要额外的服务器和软件才有全局视图， 需要额外的费用和设备 -由思科的管理模板对相同性质的服务器 做批量设置； -由于在统一界面看到所有设备，跨机箱 设置极其简单； -对服务器预先设置网络和存储如 VLAN 和 VSAN；-单台服务器管理，无法规模配置； -需要
10、进交换机配置界面配置 VLAN； -需要进入 SAN 交换机配置 VSAN -跨机箱配置很困难它将交换资源集中在一起，通过消除刀片机箱内部的交换，减少了网络接入层分段。该架构采用了统一以太网交换阵列，在一个统一的网络基础设施上传输局域网、存储和高性能计算流量。这一方法能够整合或完全消除多个服务器适配器、机箱多个异构网络交换机、线缆及其它支外围础设施。通过统一计算系统的 I/O 整合，我们可以减少 40%的布线，66%的部件，同时这些简化相比传统计算环境，可将支持基础设施所需的电源、冷却、管理和安全设备减少一半。2)2) 状态计算实现资源池，状态计算实现资源池，快速备机自动更换快速备机自动更换集
11、成计算、网络、存储接入以及虚拟化技术为一体的统一计算架构更集成计算、网络、存储接入以及虚拟化技术为一体的统一计算架构更容易实现资源调配的自动化。容易实现资源调配的自动化。整个集群做为一个计算资源池进行统一的调度和管理，实现了刀片资源的动态调度以及刀片故障时的自动冗余切换功能。思科 UCS 将系统的 BIOS、UUID、固件、网卡配置（MAC 地址、VLAN、QoS）、HBA 配置（WWN、VSAN、带宽限制）等方面从硬件中抽象成软件配置，从而可以实现快速的备机更换。思科刀片系统的 Service Profile 和无状态计算概念，所有刀片服务器在没有配置前均可视为裸机，因此，刀片服务器的物理位
12、置或者说插入那个机箱已经不再重要，这样，就为跨机箱的服务器冗余做好物理上的准备。这个概念以前我们并没有接触过，在实际测试过程中，发现以 Service Profile 为中心的管理有其天然的优势，服务器成为“裸计算资源”的概念使得动态调整计算资源成为可能，而这是云计算的一个先决条件。我们设置了“服务器资源池”，并将某个配置文件关联到此“服务器资源池”，该配置文件会自动寻找第一个可用的服务器资源，并和它做关联。当该服务器损坏，配置文件会继续寻找第二个可用服务器资源并自动与之关联。由于配置文件中规定了服务器的物理参数如 MAC地址，WWN 地址，VLAN 和 VSAN 的连接，boot order
13、 等各项参数，新的服务器也即备机就会具有和老服务器一样的物理参数，由此，无需在网络和 SAN 设备上做任何重新设置，备机就具有老服务器的所有特性，如果采用 boot from SAN 的模式，OS 和用户应用就可自动重启，完全无需人工干预。传统冷备模式需要大量的人工干预，并且需要事先准备好所有的介质，而 UCS 的自动备机技术则完全避免了类似的情况，实现了备机的自动切换。这个特性大大降低了系统维护的复杂度并且提高了系统整体可用性。3)3) “一次布线一次布线”思科云方案支持全方位的虚拟化，包括操作系统级别，硬件级别及芯片级别的虚拟化。实现了 IO 操作全部远程软件实现，需求变动，无需重新进行机
14、房布线，只需要在软件中稍作更改即可。由于采用了 Service Profile 的架构，所有配置和设置均在 Service Profile 里完成，物理上无需再更改连线，即可实现诸如备机自动启用，不同物理服务器在不同逻辑组织中的自由切换等工作。传统刀片服务器在完成类似工作时，将不得不去更改网络跳线或 SAN 条线，并更改网络交换机和 SAN 交换机的设置，会导致维护复杂度的提高和更多的出错可能，对于云平台这样需要经常更换设置的需求不相适应。思科云方案传统刀片方案 -一次连接技术，物理连接后，无论如何 更改配置，都不需要更改物理连接-传统技术，更改配置需要物理更改连接4 4）独创的独创的 CNA
15、 卡实现虚拟化硬件加速，提升虚机性能卡实现虚拟化硬件加速，提升虚机性能传统的刀片服务器为部署虚拟环境增加了不必要的成本、复杂性和风险。在大多数网络部署中，网络接入层被分为三个层次，很难控制网络连接并保证其安全，增加了VM到VM联网的延迟，难以进行高效管理：接入层交换机通常属于数据中心基础设施范畴，由网络管理员管理，对安全和QoS进行高效控制。刀片服务器中的交换机增加了一个新网络层，它们使用的处理器和特性集常常与数据中心接入层交换机所用的处理器和特性集不同。虚拟软件厂商部署的软件交换机占用CPU周期来模拟网络硬件，其代价就是降低应用性能。这些软交换机常常超出了网络管理员的控制范围，经常由服务器管
16、理员配置。这些环境中的接入层划分导致的结果是，在同一刀片服务器中的虚拟机、同一机箱中的虚拟机或不同机箱中的虚拟机之间通信时，采用不同交换设备来实现VM到VM通信。很难在各层实现统一管理，尤其是在虚拟机在服务器间动态移动时就更为困难。当服务器配置了Cisco UCS M81KR虚拟接口卡时，思科统一计算系统能发挥最大功效。这些卡采用灵活配置的I/O，使Cisco UCS Manager能创建多达128个（其中8个预留，供系统使用）以太网NIC或光纤通道HBA的任意组合，其身份（MAC地址和WWN）可动态编程。这个虚拟接口卡提供了足够的接口，保证每个虚拟机都能拥有一个或多个专用物理接口，因此不再需要虚拟软件层面的交换。Cisco UCS Manager与VMware vCenter软件共用，能够协调虚拟机及它们直接与之通信的接口的创建和移动。Cisco UCS Manager中的端口配置文件定义了虚拟机所使用的NIC配置，在创建VM或将VM移动到另一服务器时，灵活地引导管理器配置虚拟机所需的接口。端口配置文件的名称与VMware ESX服务器中的端口组名称相
