1、第八章 服务器技术,第一节 服务器,一、相关概念,局域网是由硬件和软件两大部分组成的，其中硬件包括：服务器、工作站、网卡、传输介质和集线设备。软件包括：网络操作系统、通信协议和网络接口卡驱动程序。服务器能够向网络用户提供非常丰富的网络服务，如文件服务、Web服务、FTP服务、Email服务、数据库服务、打印服务、索引服务、传真服务、流式文件服务等等。,一般情况下，网络服务器的硬盘配置都非常好，一个或多个高速的CPU、一个或多个大容量的硬盘、比普通计算机标准配置多4-8倍的内存，更加稳定的电源和主板等，以适应繁重的负荷。由于很少有人去直接操作服务器，所以服务器对显示器等输入输出设备的要求往往不高
2、，根本没有必要配置17寸的显示器，普通的14寸显示器即可。,服务器大多是专用的，也就是说，服务器一般只用来为其他工作站提供服务，而本身并不兼容工作站使用。不过，有时在小型局域网上，服务器也可以同时作为工作站使用。,二、服务器的特点,与一般的个人计算机相比较，服务器具有以下四个特点： 可扩展性（Scalability） 易用性（Usability） 易管理性（Manageability） 高可用性（Availability）,服务器作为与网络关系最为密切的硬件产品之一，是网络环境下提供网上客户机共享资源（包括查询、存储和计算等）的设备，随着网络的高速发展，服务器在整个信息高速公路基础结构中的作用
3、越发重要。,三、服务器的分类,20世纪70年代，IBM发明了RISC（精简指令集计算Reduced Instruction Set Computing ）技术。80年代后期，RISC结构逐渐替代了CISC（复杂指令集计算Complex Instruction Set Computing ），成为主流CPU设计结构。使用RISC技术是为了优化指令系统、加快程序编译、提高运行速度。,RISC技术采用了更加简单和统一的指令格式、固定的指令长度和优化的寻址方式，使整个计算结构更加合理。一般来说，RISC构架的CPU比同等的CISC构架的CPU要快50%-70%，同时RISC构架的CPU更容易设计和纠错
4、。,在RISC架构的基础上，各厂家相继研制出了自己的RISC构架的CPU。目前在使用的主要有IBM、Apple和Motorola公司开发的PowerPC，SUN和TI公司合作开发的SPARC，HP公司开发的IA-RISC，MIPS公司开发的Rxxxxx系列。,现在，RISC芯片仍然在Unix系统平台上广泛应用，而且可以支持Windows 2000系统。基于RISC架构的多CPU在像数据库或专用服务器这样的对计算能力有严格要求的领域仍然占有一席之地。,自从1993年Intel公司及其伙伴企业推出基于486系统的IA服务器以来，IA服务器经历了486系统、PentiumPro系统、PII系统、PI
5、II系统、XEON系统，自1994年HP公司和Intel公司合作开发IA-64构架的CPU，现已完成。,服务器可以细分为两类： IA（Intel Architecture）服务器，也就是常说的PC服务器或NT服务器。 基于RISC构架的服务器，一般称为高端服务器。,第二节 服务器技术,服务器性能指标以系统响应速度和作业吞吐量为代表。响应速度是指用户从输入信息到服务器完成任务给出响应的时间。作业吞吐量是整个服务器在单位时间内完成的任务量。假定用户不间断的输入请求，则在系统资源充裕的情况下，单个用户的吞吐量与响应时间成反比，即响应时间越短，吞吐量越大。,为了缩短某一用户或服务器的响应时间，可以分配
6、给它更多的资源。性能调整就是根据应用要求和服务器具体运行环境和状态，改变各个用户和访问程序所分配的系统资源，充分发挥系统能力，用尽量少的资源满足用户要求，达到为更多用户服务的目的。,一、技术目标,服务器所要求的高扩展性、高可用性、易管理性、高可靠性不仅是厂商追求的技术目标，也是用户所需求的。,1、可扩展性,可扩展性具体表现在两个方面：一是留有富余的机箱可用空间，二是充裕的I/O带宽。随着处理器运算速度的提高和并行处理器数量的增加，服务器性能的瓶颈将会归结为PCI及其附属设备。高扩展性意义在于用户可以根据需要随时增加有关条件，在满足系统运行要求同时，又保护投资。,2、可用性,可用性是以设备处于正
7、常运行状态的时间比例作为平衡量指标，例如99.9的可用性表示每年有8小时的时间设备不能正常运行，99.999的可用性表示每年有5分钟的时间设备不能正常运行。,部件冗余是提高可用性的基本方法，通常是对发生故障给系统造成危害最大的那些部件（例如电源、硬盘、风扇和PCI卡）添加冗余配置，并设计方便的更换结构（如热插拔），从而保证了这些设备即使发生故障也不会影响系统的正常运行。,3、可管理性,可管理性旨在利用特定的技术和产品来提高系统的可靠性，降低系统的购买、使用、部署和支持费用。最显著的作用体现在减少维护人员的工时占用和避免系统停机带来的损失。服务器的管理性能直接影响服务器的易用性。可管理性是TCO
8、各种费用之中所占比例最大的一项。,有研究表明，系统的部署和支持费用远远超过了初次购买所花的费用，而付给管理人员的报酬又是其中所占份额最高的。另外，工作效率降低、商业机会的丧失和营业收入的下滑所带来的财务损失也不可忽略。因此，系统的可管理性既是IT部门的迫切需要，又对企业经营效益起着非常关键的作用。,可管理性产品和工具可通过提供系统内部的有关信息而达到简化系统管理的目的。通过网络实现远程管理，技术支持人员在自己的桌面上即可解决问题，不必亲赴故障现场。系统部件可自动监视自己的工作状态，如果发现故障隐患可随时发出警告，提醒维护人员立即采取措施保护企业数据资产，故障部件更换的操作也非常简单方便。,4、
9、可靠性,可靠性，简单来说就是要求服务器必须稳定运行，也就是死机率低。其中的关键在于操作系统与硬件设备的写作，如果待处理的资源控制在CPU和操作系统上，而不是应用上，就会避免由于某项任务处理出错而导致系统无法运行，服务器死机率将大大降低，而这也恰恰是Unix/Linux系统的优势之一。,导致日常维护工作的中断有：主机升级、硬件维护或安装、操作系统升级、应用/文件升级或维护、文件重组、全系统备份等原因。意外的灾难包括硬盘损坏、系统故障、软件故障、用户错误、电源掉电、人为破坏和自然灾害等因素。,二、SMP,SMP（Symmetrical MultiProcessor）就是对称式多处理器。在对称式结构
10、中，机器里每一位处理器的地位都是一样的，它们连接在一起，共享一个存储器。存储器里有一个操作系统，每个计算机都能运行这个操作系统，都能响应外部设备的要求。存储器里有一个操作系统，每个计算机都能运行这个操作系统，都能响应外部设备的要求，即每个存储器的地位是平等的、对称的。,在国内市场上这类机型的处理器一般以4个或8个为主，有少数是16个处理器。但是一般来讲，SMP结构的机器可扩展性较差，很难做到100个以上多处理器，常规的一般是8个到16个，不过这对于多数的用户来说已经够用了。这种机器的好处在于它的使用方式和微机或工作站的区别不大，变成的变化相对来说比较小，原来用微机工作站编写的程序如果要移植到S
11、MP机器上使用，改动起来也相对比较容易。SMP结构的机型可用性比较差。,因为4个或8个处理器共享一个操作系统和一个存储器，一旦操作系统出现了问题，整个机器就完全瘫痪了。而且由于这个机器的可扩展性较差，不容易保护用户的投资。但是这类机型技术比较成熟，响应的软件也比较多，因此出现在国内市场上推出的并行机大量都是这一种。,三、集群技术,通俗的说，集群是这样一种技术：它至少将两个系统连到一起，使两台服务器能够像一台机器那样工作或者看起来好像一台机器。采用集群系统通常是为了提高系统的稳定性和网络中心的数据处理能力及服务能力。自80年代初以来，各种形式的集群技术纷纷涌现。因为集群能够提供高可用性和可伸缩性
12、，所以，它迅速成为企业和ISP计算的支柱。,1、服务器镜像技术,服务器镜像技术是将建立在同一个局域网之上的两台服务器通过软件或其他特殊的网络设备（如镜像卡）将两台服务器的硬盘做镜像。其中，一台服务器被指定为主服务器，另一台为从服务器。,客户只能对服务器上的镜像的卷进行读写，即只有主服务器通过网络向用户提供服务，从服务器上相应的卷被锁定以防对数据的存取。主/从服务器分别通过心跳监测线路互相监测对方的运行状态，当主服务器因故障死机时，从服务器将在很短的时间内接管主服务器的应用。,服务器镜像技术的特点是成本较低，提高了系统的可用性，保证了在一台服务器死机的情况下系统仍可以使用，但是这种技术仅限于两台
13、服务器的集群，系统不具有可扩展性。,2、应用程序错误接管集群技术,错误接管集群技术是将建立在同一个网络里的两台或多台服务器通过机群技术连接起来，集群节点中的每台服务器各自运行不同的应用，具有自己的广播地址，对前端用户提供服务，同时每台服务器各自运行不同的应用，具有自己的广播，对前端用户提供服务，同时每台服务器又监测其他服务器的运行状态，为指定服务器提供热备份作用。当某一节点因故障死机时，集群系统中指定的服务器会在很短的时间内接管故障机的数据和应用，继续为前端用户提供服务。,错误接管集群技术通常需要共享外部存储设备磁盘阵列柜，两台或多台服务器通过SCSI电缆或光线与磁盘阵列柜相连，数据都存放在磁
14、盘阵列柜上。这种集群系统中通常是两个节点互为备份的，而不是几台服务器同时为一台服务器备份，集群系统中的节点通过串口、共享磁盘分区或内部网络来互相监测对方的心跳。,错误接管集群技术经常用在数据库服务器、MAIL服务器等的集群中。这种集群技术由于采用共享存储设备，所以增建了外设费用。它最多可以实现32台机器的集群，极大的提高了系统的可用性和可扩展性。,3、容错集群技术,容错集群技术的一个典型的应用即容错机，在容错机中，每一个部件都具有冗余设计。在容错集群技术中集群系统的每个节点都与其他节点紧密的连接在一起，他们经常需要共享内存、硬盘、CPU和I/O等重要的子系统，容错集群系统中各个节点被共同映像成
15、为一个独立的系统，并且所有节点都是这个映像系统的一部分。在容错集群系统中，各种应用在不同节点之间的切换可以很平滑的完成，不需要切换时间。,在容错集群技术的实现往往需要特殊的软硬件设计，因此成本很高，但是容错系统最大限度的提高了系统的可用性，是财政、金融和安全部门的最佳选择。,目前在提高系统的可用性方面用得比较广泛得是应用程序错误接管技术，即我们通常所采用的双机通过SCSI电缆共享磁盘阵列得集群技术，这种技术目前被各家集群软件厂商和操作系统软件厂商进一步扩充，形成了市面上形形色色的集群系统。,第三节 廉价冗余磁盘阵列 RAID,一、相关概念,廉价磁盘冗余阵列RAID（Redundant Arra
16、y of Inexpensive Disks），于1987年由美国Berkeley 大学的两名工程师提出的。最初目的是将多个容量较小的廉价硬盘合并成为一个大容量的“逻辑盘”或磁盘阵列，实现提高硬盘容量和性能的功能。,随着RAID技术的逐渐普及应用，RAID技术的各方面得到了很大的发展。现在，RAID从最初的RAID0RAID5，又增加了RAID0+1和RAID0+5等不同的阵列组合方式，可以根据不同的需要实现不同的功能，扩大硬盘容量，提供数据冗余，或者是大幅度提高硬盘系统的I/O吞吐能力。,RAID技术主要有三个特点： (1)通过对硬盘上的数据进行条带化，实现对数据成块存取，减少硬盘的机械寻道
17、时间，提高数据存取速度。 (2)通过对一阵列中的几块硬盘同时读取，减少硬盘的机械寻道时间，提高数据存取速度。 (3)通过镜像或者存储奇偶校验信息的方式，实现对数据的冗余保护。 经常应用的RAID阵列主要分为RAID 0，RAID 1，RAID 5和RAID 0+1。,二、RAID0（条带化）,RAID0也叫条带化，它将数据象条带一样写到多个磁盘上，这些条带也叫做“块”。条带化实现了可以同时访问多个磁盘上的数据，平衡I/O负载，加大了数据存储空间和加快了数据访问速度。RAID0是唯一的一个没有冗余功能的RAID技术，但RAID0的实现成本低。如果阵列中有一个盘出现故障，则阵列中的所有数据都会丢失
18、。如要恢复RAID0，只有换掉坏的硬盘，从备份设备中恢复数据到所有的硬盘中。,硬件和软件都可以实现RAID0。实现RAID0最少用2个硬盘。对系统而言，数据是采用分布方式存储在所有的硬盘上，当某一个硬盘出现故障时数据会全部丢失。RAID0 能提供很高的硬盘I/O性能，可以通过硬件或软件两种方式实现。,三、RAID1,也被称为磁盘镜像。系统将数据同时重复的写入两个硬盘，但是在操作系统中表现为一个逻辑盘。所以如果一个硬盘发生了故障，另一个硬盘中仍然保留了一份完整的数据，系统仍然可以照常工作。系统可以同时从两个硬盘读取数据，所以会提高硬盘读的速度；但由于在系统写数据需要重复一次，所以会影响系统写数据
19、的速度。硬盘容量的利用率只有50%。,四、RAID0+1,对RAID0阵列做镜像。这是一种Dual Level RAID，也有人称之为RAID level 10。是两组硬盘先做RAID0，组成两颗大容量的逻辑硬盘，再互相为“镜像”。在每次写入数据，磁盘阵列控制器会将资料同时写入该两组“大容量数组硬盘组”内。同RAID level 1 一样，虽然其硬盘使用率亦只有50%，但它却是最具高效率的规划方式。,五、 RAID5,是在RAID3和RAID4的基础上发展来的，它继承了它们的数据冗余和条带化的特点，并将数据校验信息均匀保存在阵列中的所有硬盘上。系统可以对阵列中所有的硬盘同时读写，减少了由硬盘机
20、械系统引起的时间延迟，提高了磁盘系统的I/O能力；当阵列中的一块硬盘仿生故障，系统可以使用保存在其它硬盘上的奇偶校验信息恢复故障硬盘的数据，继续进行正常工作。,第四节 RAID的实现,RAID可以通过软件或硬件实现。软件实现RAID需要操作系统的支持。硬件实现就是使用专用的RAID卡来实现。,一、软件RAID,一些网络操作系统可以使用标准的SCSI适配卡支持和管理驱动器。一些网络操作系统支持RAID0，RAID1和RAID5。由于是操作系统下实现RAID，软RAID不能保护系统盘。亦即系统分区不能参与实现RAID。有些操作系统，RAID的配置信息存在系统信息中，而不是存在硬盘上；当系统崩溃，需
21、重新安装时，RAID的信息也会丢失。,当运行I/O增强应用程序，如文件服务器或应用程序服务器，可适当的使用软件RAID。RAID 5是CPU的增强方式，不建议使用软件RAID在增强的处理器服务器中。,磁盘的容错技术并不等于完全支持在线更换，热插拔或热交换，有些操作系统不能支持系统不经过重启的在线热交换。能否支持错误硬盘的热交换与操作系统有关。 NetWare支持 RAID 1 (镜像和双工) 。 Windows NT 、Windows2000、LINUX、OPENSERVER支持RAID 0, RAID1和RAID5。,另一种方案是配置系统在线扩充，服务器中配置一块备用硬盘，当系统中没有硬盘错
22、误时，它处于等待状态，当RAID5或RAID1中出现硬盘错误时，它可以自动取代坏盘，当系统确认后，即可成为阵列的一部分。,二、硬件RAID,硬件 RAID是采用集成的阵列卡或专用的阵列卡来控制硬盘驱动器，这样可以极大节省服务器系统CPU和操作系统的资源。从而使网络服务器的性能获得很大的提高。,RAID控制器对主系统，实际由连接至其存取接口(目前以SCSI 为主)作信道。换言之，它在主系统的存取接口上，是一个独立的直接存取储存体DASD Direct Access Storage Device。 而这个大的储存体内，可以有不只一个的逻辑磁盘LUN Logical Unit Number。 RAID控制器，对下管理多颗数组硬盘机们。而主系统是不会看到或直接管理该硬盘的。,现在的RAID卡产品，都支持在线更换，热插拔或热交换。并在部分操作系统下实现软件监控和管理。,
