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1、服务器架构设计方式调研及建议1 服务器系统架构分类从系统架构来看，目前的服务器大体可以分为三类，即对称多处理器结构 (SMP ： Symmetric Multi-Processor) ，非一致存储访问结构 (NUMA ： Non-Uniform Memory Access) ，以及海量并行处理结构 (MPP ：Massive Parallel Processing) 。它们的特征分别描述如下：1.1 SMP架构-适用于2路及四路服务器，仅多个CPU互联对称多处理器结构，是指服务器中多个 CPU 对称工作，无主次或从属关系。各 CPU 共享相同的物理内存，每个 CPU 访问内存中的任何地址所需时
2、间是相同的，因此 SMP 也被称为一致存储器访问结构 (UMA ： Uniform Memory Access) 。对 SMP 服务器进行扩展的方式包括增加内存、使用更快的 CPU 、增加 CPU 、扩充 I/O( 槽口数与总线数 ) 以及添加更多的外部设备 ( 通常是磁盘存储 ) 。 SMP 服务器的主要特征是共享，系统中所有资源 (CPU 、内存、 I/O 等 ) 都是共享的。也正是由于这种特征，导致了 SMP 服务器的主要问题，那就是它的扩展能力非常有限。对于 SMP 服务器而言，每一个共享的环节都可能造成 SMP 服务器扩展时的瓶颈，而最受限制的则是内存。由于每个 CPU 必须通过相同
3、的内存总线访问相同的内存资源，因此随着 CPU 数量的增加，内存访问冲突将迅速增加，最终会造成 CPU 资源的浪费，使 CPU 性能的有效性大大降低。实验证明， SMP 服务器 CPU 利用率最好的情况是 2 至 4 个 CPU 。 1.2 NUMA架构 - 包含CPU、内存和I/O槽口的CPU模块互联，适用于8路以上服务器，如8路服务器，32路服务器，64路服务器 NUMA 服务器的基本特征是具有多个 CPU 模块，每个 CPU 模块由多个 CPU( 如 4 个 ) 组成，并且具有独立的本地内存、 I/O 槽口等。由于其节点之间可以通过互联模块 ( 如称为 Crossbar Switch)
4、进行连接和信息交互，因此每个 CPU 可以访问整个系统的内存 ( 这是 NUMA 系统与 MPP 系统的重要差别 ) 。显然，访问本地内存的速度将远远高于访问远地内存 ( 系统内其它节点的内存 ) 的速度，这也是非一致存储访问 NUMA 的由来。由于这个特点，为了更好地发挥系统性能，开发应用程序时需要尽量减少不同 CPU 模块之间的信息交互。 利用 NUMA 技术，可以较好地解决原来SMP 系统的扩展问题，在一个物理服务器内可以支持上百个 CPU 。缺点： NUMA 技术同样有一定缺陷，由于访问远地内存的延时远远超过本地内存，因此当 CPU 数量增加时，系统性能无法线性增加。如 HP 公司发布
5、 Superdome 服务器时，曾公布了它与 HP 其它 UNIX 服务器的相对性能值，结果发现， 64 路 CPU 的 Superdome (NUMA 结构 ) 的相对性能值是 20 ，而 8 路 N4000( 共享的 SMP 结构 ) 的相对性能值是 6.3 。从这个结果可以看到， 8 倍数量的 CPU 换来的只是 3 倍性能的提升。 1.3 MPP架构 - 服务器节点采用网络互联，类似一个大服务器系统，如刀片服务器、机柜形式服务器（如浪潮smart rack系列产品）和 NUMA 不同， MPP 提供了另外一种进行系统扩展的方式，它由多个 SMP 服务器通过一定的节点互联网络进行连接，协
6、同工作，完成相同的任务，从用户的角度来看是一个服务器系统。基本特征是由多个 SMP 服务器 ( 每个 SMP 服务器称节点 ) 通过节点互联网络连接而成，每个节点只访问自己的本地资源 ( 内存、存储等 ) ，是一种完全无共享 (Share Nothing) 结构，因而扩展能力最好，理论上其扩展无限制，目前的技术可实现 512 个节点互联，数千个 CPU 。目前业界对节点互联网络暂无标准，如 NCR 的 Bynet ， IBM 的 SPSwitch ，它们都采用了不同的内部实现机制。但节点互联网仅供 MPP 服务器内部使用，对用户而言是透明的。 在 MPP 系统中，每个 SMP 节点也可以运行自
7、己的操作系统、数据库等。但和 NUMA 不同的是，它不存在异地内存访问的问题。换言之，每个节点内的 CPU 不能访问另一个节点的内存。节点之间的信息交互是通过节点互联网络实现的，这个过程一般称为数据重分配 (Data Redistribution) 。 但是 MPP 服务器需要一种复杂的机制来调度和平衡各个节点的负载和并行处理过程。目前一些基于 MPP 技术的服务器往往通过系统级软件 ( 如数据库 ) 来屏蔽这种复杂性。举例来说， NCR 的 Teradata 就是基于 MPP 技术的一个关系数据库软件，基于此数据库来开发应用时，不管后台服务器由多少个节点组成，开发人员所面对的都是同一个数据库
8、系统，而不需要考虑如何调度其中某几个节点的负载。 MPP (Massively Parallel Processing)，大规模并行处理系统，这样的系统是由许多松耦合的处理单元组成的，要注意的是这里指的是处理单元而不是处理器。每个单元内的CPU都有自己私有的资源，如总线，内存，硬盘等。在每个单元内都有操作系统和管理数据库的实例复本。这种结构最大的特点在于不共享资源。2三种架构服务器典型产品介绍2.1 SMP架构 - 适用于2路及4路服务器4路商用服务器产品示例：浪潮NF8460M4四路服务器基本指标如表1所示：表1 浪潮NF8460M4基本配置表序号类别项目型号备注1电气指标处理器支持 4颗I
9、ntel Xeon E7-4800/8800 v3系列CPU2芯片组Intel C600 芯片组3内存DDR3 ECC Registered内存，最大可支持32条四通道存取，支持ECC、内存镜像和内存热备4显示AST2300，显存16MB5网络Intel I3506硬盘控制器可选SAS RAID卡或SAS卡桥片集成SATA控制器，引出2个SATA3.0接口 7存储1-2颗CPU时，最大支持8块2.5/3.5英寸硬盘4颗CPU时，最大支持16块2.5/3.5英寸硬盘8扩展6个PCI-E3.0x16 扩展槽，2个PCI-Ex8 扩展槽9电源3+1冗余电源，可扩展支持2+2冗余模式10结构指标尺寸4
10、47.6x174.8x749mm浪潮NF8460M4服务器整机前视图、后视图分别如图所示。主板系统架构如图所示。主板如图所示：4路加固服务器产品示例：金刚RM5140是浪潮超越面向雷达信号处理等高性能计算应用推出的一款加固型机架式服务器。该款产品采用四路Intel Exon E7系列处理器，计算性能强劲；内存采用模块化设计，可靠性更高；机箱高度5U，深度仅400mm，结构设计紧凑；内部提供4个PCIE扩展槽，扩展能力强；后面板接口齐全，全航插设计，连接可靠；支持设备智能化管理，为整机设备的稳定运行提供保障。产品编码:GRM51400121001 处理器系统CPU标配：Intel Xeon E7
11、-4850 V3，2.2 GHz，14核，4颗选配：Intel Xeon E7-4850 V4，2.1 GHz，16核，4颗芯片组Intel PCH C602J内存标配256GB，最高可扩展至512GB存储设备硬盘标配3块256GB电子盘，支持12个硬盘盘位RAID支持RAID 0、1、5、6操作系统支持Windows 2008 Server、Windows 2012 Server、Linux、麒麟操作系统I/O接口标准接口2个USB2.0接口航插接口2个电源输入接口、1个VGA接口、2个USB2.0接口（同一航插）、4个千兆网络接口、2组万兆网络接口、1个管理网络接口、2个RS232串口、1
12、个RS422接口、1个RS485接口（与RS422同一航插）扩展性支持1个PCIE16、2个PCIE8（标准金手指，VPX）、1个PCIE4扩展电源电压输入额定输入电压AC220V（供电电压为AC187V242V 可正常工作）冗余1+1冗余电源机械参数结构尺寸面板尺寸：482.6mm221.5mm8mm（WHD）；机箱尺寸：424mm217.5mm400mm（WHD）（尺寸公差2mm，深度不含开关、航插、定位销等凸出基体部位）重量35Kg环境参数工作温度-25+55储存温度-40+60电磁兼容符合GJB151B-2013军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量中陆军地面设备的相关要求2.2
13、MUMA架构 -适用于8路以上服务器，如8路服务器，32路服务器，64路服务器 目前该类产品主要在商用领域关键应用主机使用，如浪潮K1 32路关键应用主机。2.3 MPP架构 - 服务器节点采用网络互联，类似一个大服务器系统，如刀片服务器、机柜形式服务器 商用服务器示例：可选用：双路 NX5440M4刀片；四路 NX8840刀片；GPU/MIC NX5840刀片 军用服务器示例： 刀片服务器系统包括8个计算刀片，数据交换刀片、记录存储刀片和背板等组成。各功能刀片与后插接口刀片满足VPX规范，各功能刀片采用前插方式，尺寸为标准6U结构，后插接口刀片与各功能刀片对应，可根据需要选配。满足信息处理的
14、高数据流量、高运算量、高实时性、高可靠性的运用需求，主要适用于地面、车载、舰载、机载等装备的室内或舱内使用。3 指控类服务器特点分析三类架构的服务器实现技术不同，在军用和商用领域不存在明确边界，需根据不同类信息服务系统的特点具体分析。在军用领域面向战术的指控信息服务系统，装备主要特点如下：1）可靠性要求高；2）环境适应性强；3）信息量有限，数据处理能力没有过高要求； 因此，在目前典型的战术级信息服务系统中，应用较多的多为单路或者双路的服务器及工作站，该类产品架构均为SMP，该架构在数据处理要求不是很高前提下，单机故障率低。在需要大量数据处理能力，数据带宽的要求高，多节点的基于MPP架构的服务器产品使用会多一些，但设备单价和稳定性相较于SMP架构会有降低。
