Ликбез №2. Серверы.

Что такое «сервер»

Наверняка каждый продвинутый (и не очень продвинутый) ПК-пользователь знает слово «сервер», (англ. – Server). На английском это слово, кроме самого понятия «компьютерный сервер», означает еще и «поднос», при помощи которого официант обслуживает клиента в ресторане, а также есть значение «игрок, подающий мяч» в американском футболе. Самого официанта тоже иногда называют «server».

Your order

В информационных технологиях серверы заняты примерно тем же – «подают» клиентам, компьютерным пользователям, различные яства – файлы, сообщения и пр., и принимают у них заказы. В общем, обслуживают компьютеры пользователей, которые включены в компьютерную сеть.

С аппаратной точки зрения, сервер – такой же компьютер, только гораздо более мощный и быстродействующий, чем обычный, персональный.  С программной точки зрения, различий больше, поскольку далеко не все программное обеспечение, которое работает на сервере, может работать на персональном компьютере ПК (РС), а многие программные платформы предназначены для исключительно для серверов.

Итак, сервер – это высокопроизводительный компьютер, который работает как узел компьютерной сети. Он обрабатывает около 80% всех данных в сети. Также он одновременно обслуживает множество пользователей, которых могут быть десятки, сотни и тысячи, в зависимости от масштаба сети, причем, с точки зрения конечного пользователя, только он один в сети и работает. Это при том, если обеспечивается заданный уровень обслуживания SLA (Service Level Agreement). А если нет, то обслуживание компьютерного пользователя будет похоже на то, когда в ресторане работают нерасторопные официанты или их катастрофически не хватает.

Функции RASUM

Какими же характеристиками должен обладать хороший сервер? Эти характеристики называют сокращенно RASUM, что представляет собой аббревиатуру английских слов: Reliability (надежность), Availability (доступность), Scalability (масштабируемость), Usability (легкость использования) и Manageability (управляемость, администрируемость).

Итак, разберем более подробно эти характеристики.

  • Reliability (надежность)

Надежность относится к достоверности обрабатываемых данных, отсутствии ошибок при вычислениях, т.е. обработке данных процессором(ами) сервера(ов). Результатом является т.н. «целостность» (integrity) данных и генерация предупреждений при нарушении целостности данных. Надежность обеспечивается, прежде всего, избыточностью оборудования, например, технологией RAID – избыточными массивами дисков (см. «Ликбез №1»)

  • Availability (доступность)

Доступность означает, что сервер доступен для работы в любое время и может использоваться немедленно. Доступность достигается, прежде всего, возможностью сервера быстро восстанавливаться после системных ошибок и технологиями «горячей замены» (hot swap) основных его компонентов в случае неисправности.

  • Scalability (масштабируемость)

Масштабируемость – возможности сервера увеличивать свою мощность и скорость вычислений. Это могут быть возможности по расширению оперативной памяти, скорости работы процессора(ов), CPU, емкости дисков, а также возможности поддержки нескольких операционных систем.

  • Usability (легкость использования)

Эта функция показывает, насколько легка система в работе. Например, насколько подробна и легка в использовании система навигации пользователя (в данном случае – системного инженера), насколько продумана и проста в обслуживании конструкция шасси, есть ли функции восстановления данных, поддерживается ли функция резервирования операционной системы, а также предоставляется ли для данной модели сервера техническая поддержка и обучение персонала со стороны поставщика.

  • Manageability (управляемость и администрируемость)

Здесь требуется две основные характеристики: поддержка эффективного администрирования, чтобы сократить трудозатраты сервисных инженеров, и эффективность управления и эксплуатации.

Здесь попутно стоит отметить следующее. Есть два понятия, обозначаемые английскими терминами: Management и Control. Первое часто ошибочно переводится на русский как «управление», второе – как, соответственно «контроль». И то и другое – неверно. Management – это не «управление», а администрирование. Т.е. задание параметров, установок, по которым производится управление. Т.е. Control, что именно как «управление» и переводится, а вовсе никакой не «контроль».

Вообще, часто вместо аббревиатуры RASUM часто используют другую, из трех букв: RAS. В этой аббревиатуре первые две буквы – те же, т.е., Reliability (надежность) и Availability (доступность), а третья – Serviceabilty, что переводится как способность к предоставлению услуг и легкость в обслуживании. В сущности, сюда входит все, что и в последние три буквы сокращения RASUM.

Часто в маркетинговых материалах поставщиков указывается, такая характеристика, как «число функций RAS». Все функции, которые могут как то улучшить показатели, подпадающие под RASUM или RAS, сюда входят, и обычно перечисляются в проспектах и технических материалах поставщиков. Если такой информации поставщик не приводит, то стоит у него выяснить особо, какие же именно RAS-функции может обеспечить его сервер.

Классификация серверов

Существуют несколько категорий классификации серверов:

  • По типу набора команд центрального процессора (CPU)
  • Центральный процессор со сложным набором команд CISC (Complex Instruction Set Computing). В эту категорию входят следующие процессоры
    1. Серия CPU Intel x86 и совместимые;
    2. Вся серия процессоров AMD и совместимые с ней CPU Intel, за исключением серии Itanium;
  • Компьютеры с сокращенным набором команд центрального процессора RISC (Reduced Instruction Set Computing):
    1. Миникомпьютеры (IBM, HP и SUN);
    2. Выделенные платформы и системы;
    3. Процессорные системы для т.н. «тяжелых» приложений.

Серверы среднего класса и практически все серверы высокого класса обычно используют центральные процессоры RISC-архитектуры.

  • Процессоры с набором команд для параллельных вычислений EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing)

Процессоры EPIC позволяют компьютерам распараллеливать вычисления в программах. Этот набор команд используется в процессорах Intel Itanium и Itanium 2.

  • По числу процессоров CPU

Серверы могут быть трех типов по числу процессоров: одно-сокетовые (single-socket), двух-сокетовые (dual-socket) и многосокетовые (multiple-socket). Число сокетов означает число процессоров  CPU, поддерживаемых сервером. Каждый процессор CPU, кроме того, может содержать и несколько ядер (core), которые позволяют распараллелить вычислительные процессы в процессоре.

  • По конструктивному исполнению

Tower server: «башенные» серверы: от англ. (tower – башня), конструктив компьютера с вертикальным расположением системного блока (сейчас они практически все такие, но в недалеком прошлом были и горизонтальные). Такие одиночные серверы могут использоваться в офисных помещениях непосредственно в рабочей зоне. Их шасси обычно довольно просторны для размещения там дополнительных жестких дисков, источников питания, вентиляторов.  Проблем с охлаждениям таких серверов обычно не возникает, опять таки по причине просторности башенного корпуса. Была даже шутка айтишников 90-х – влезает ли в конструктив системного блока «тауэр» бутылка водки – да, влезает, я пробовал J.

Башенные серверы употребимы только для небольших организаций или филиалов предприятий.

Tower

Башенный сервер.

Rack Server: стоечные серверы. Монтируются в стандартных 19-дюмовых стойках, которые называются Rack и имеют 19 дюймов в ширину. По высоте такие стойки разбиваются на т.н. «юниты» (U). 1U равен 1,75 дюймам  или 44,45 cm  (1,75 x 2,45 см). Высота стойки может достигать 2 м и более. Обычно, бывают 1U, 2U, 4U и 8U серверы, наибольшую долю рынка занимают 2U и 1U серверы, на втором месте по объему поставок идут 4U и 8U-серверы.

Rack

Стоечный сервер высотой 2U.

Server Rack

Стойка (rack) с серверами (как видим, в такой сервер бутылка водки уже не влезет).

Blade server: блейд-серверы. Частый случай употребления англицизма в ИТ-терминологии, по причине отсутствия адекватного русского слова. Не скажешь же, в самом деле, «лезвийный сервер» (blade – лезвие, клинок). Блейд-сервер – по сути, материнская плата компьютера, лишенного источника питания, накопителя жесткого диска и в специальном корпусе установленная в шасси. Шасси, в свою очередь, также может вставляться 19-дюмовую стойку. В шасси обычно влезает от 10 до 20 блейд-серверов.

19 Blade

Блейд-серверы в 19-дюймовом шасси (blade carrier).

О разнице между  стоечными серверами и блейд-серверами см. здесь: https://shalaginov.com/2014/07/28/разница-между-рэк-и-блейд/

В последнее время стали появляться т.н. конвергентные серверы, где в корпус блейд-сервера с системной платой устанавливаются еще и диски, а в шасси устанавливаются сетевые платы и платы управления.

Converged blade

Конвергентные серверы в шасси.

  • По сфере применения

Серверы начального уровня (Entry-level server): как правило, имеют процессор CPU с двумя ядрами, некоторые их элементы могут быть зарезервированы. По стоимости они несильно отличаются от high-end PC – персональных компьютеров высокого класса. Такой сервер может обслуживать около 20 терминалов и применяется в офисных сценариях с небольшими локальными сетями, где требуется небольшие объемы печати документов и ведение не слишком обширной базы данных.

Серверы для рабочих групп (Workgroup-level server): это также серверы низкого уровня. В серверах для рабочих групп используются также двуядерные процессоры и зарезервированных элементов в нем больше. Сервер для рабочих групп моугт обслуживать примерно 50 терминалов и стоит в 2-3 раза дороже хорошего компьютера класса high-end. Такие серверы применяются в локальных сетях среднего размера.

Серверы уровня департамента (Department-level server): сервер среднего уровня. Такие серверы обычно используют двуядерные процессоры, в нем больше резервированных элементов. Сервер может обслуживать сотни присоединенных терминалов и стоит как 5-6 хороших персональных компьютеров и предназначен для корпоративных сетей среднего размера.

Серверы уровня предприятия (Enterprise-level server): сервер класса high-end. В таких серверах используются более чем 4-ядерные процессоры и не один в каждом сервере, независимые сдвоенные PCI-шины (dual-PCI). Конструктивно это, как правило, рэк- или блейд-серверы. Системные платы позволяют расширение памяти и обеспечивают считывание и запись памяти на высокой скорости. В них используются съемные жесткие диски, которые можно менять «на ходу» без выключения сервера из работы, а также мощные зарезервированные источники питания. В них обеспечиваются разнообразные функции мониторинга и управления, отказоустойчивость и хорошая масштабируемость. Такие серверы могут обслуживать тысячи терминалов и используются в отраслевых решениях для обработки больших массивов данных.

Ну, и еще серверы могут различаться по сценариям применения: файловые серверы, серверы систем ERP (Enterprise Resource Planning), веб-серверы, серверы FTP (File Transfer protocol), серверы баз данных, почтовые серверы, медиа-серверы и игровые серверы.

Бенчмаркинг — система тестирования параметров серверов (Benchmark Test System)

Для того чтобы оценивать параметры работы серверов различных производителей объективно, а не по степени красивости маркетинговых брошюр производителей, существуют две основные организации тестирования, признанные всеми основными производителями в качестве объективных экспертов сравнительной оценки (benchmarking):

  • TPC (Transaction Processing Performance Council): Совет по Производительности Обработки Транзакций. Совет ТРС был образован при участии производителей средств вычислительной техники и программного обеспечения в конце 1988 года как независимый орган, устанавливающий стандарты для коммерческих эталонных тестов.
  • SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation) – американская неправительственная организация, ставящая своей целью «обоснование, разработку и поддержку стандартного набора» параметров сравнительной оценки работы компьютеров. Организация была основана в 1988 г., признана и широко используется всеми основными производителями компьютерного оборудования. Результаты ее тестов часто называются «SPECmarks» или просто «SPEC».

Для главных четырех применений серверов используются следующие виды бенчмаркинга:

  • Для высокопроизводительных вычислений HPC (High-performance computing) используется тест LINPACK (не путать с одноименной библиотекой стандартных подпрограмм в языке FORTRAN). Цель этого теста – оценить, насколько быстро компьютер справляется с задачей сложных вычислений. Это несколько упрощенная оценка, поскольку ни одна конкретная вычислительная задача не может быть точным индикатором мощности компьютерной системы, однако тест LINPACK может дать более объективную оценку, нежели та, которая обычно указывается в рекламных материалах производителя.
  • Для онлайновой обработки транзакций OLTP (Online Transaction Processing): используется методика TPC-C (есть еще ТРС-А, ТРС-В и другие методики). TPC-C моделирует работу «эталонного товарного склада», и в процессе данного теста выясняется, как тот или иной сервер справляется с этой задачей. Этот тест также является достаточно показательным для оценки эффективности работы сервера того или иного производителя.
  • Для веб-сервисов используются методики SPEC Web2005, 2013 и TPC-W.

TPC-W моделирует работу книжного Интернет-магазина для операций поиска, просмотра и заказа книг. Тестируемая система, в свою очередь, должна представить приложение для такого магазина. Во время этого теста эмулируется посещение сервера все возрастающим числом «покупателей», в качестве которых выступают «Интернет-боты». Основным тестируемым параметром является WIPS (Web Interactions Per Second) – число веб-транзакций в секунду, которую сервер может обеспечить.

SPEC Web2005 – аналогичный тест веб-сервисов компании SPEC.

  • Для серверов Java-приложений используются тесты SPECjbb2004/2005, которые в настоящее время заменены более современным SPECjbb2013.

Крупнейшие компании-разработчики программных платформ (Oracle, SAP……), кроме того, используются и собственные бенчмарк-тесты для оценки серверов различных производителей, которые они сертифицируют для своих программных платформ. Это также достаточно показательные результаты, дающие хорошее представление о производительности того или иного сервера.

Бенчмаркинг очень полезен при выборе серверного оборудования различными организациями, которые по результатам различных тестов могут косвенно оценить пригодность и эффективность использования тех или иных серверов для своих применений. Если производитель, предлагающий серверы потенциальному заказчику, не предоставляет результаты бенчмарк-тестов в своих материалах, или отказывается предоставить их по запросу, это должно стать причиной настороженности при покупке оборудования такого производителя.

Элементы и основные технологии серверов

Оборудование типового сервера включает в себя центральный процессор CPU, модули памяти DIMM (Dual In-line Memory Module, двухсторонний модуль памяти), устройства ввода-вывода данных: такие как, платы RAID, платы сетевых интерфейсов NIC (Network Interface Card), платы хост-адаптеров шины HBA (host bus adapter); или хост-адаптер канала HCA (host channel adapter) или просто host adapter), служащие для подключения внешних дисков или сети. Сам сервер также может содержать свои диски HDD. Все это оборудование устанавливается в шасси, в котором есть источники питания PSU (Power Supply Unit) и вентиляторы (Fans).

Вместо слова «плата» в терминологии ИТ часто используется термин «карта» (калька с английского card). Но это никакая не «карта», а именно плата, с установленными на ней электронными компонентами.

Вот как может выглядеть типичный модуль блейд-сервера:

Blade Plate

Разберем некоторые из этих элементов поподробнее. Начнем с процессора CPU.

  • Процессор.

Модуль центрального процессора CPU (Central Processing Unit) – наиболее важная часть любого компьютера, в т.ч. сервера. Он состоит из арифметико-логического устройства  ALU (Arithmetic Logic Unit), которое и производит, собственно, все вычислительные операции, контроллера и регистра. Контроллер нужен для управления другим периферийным оборудованием компьютера, регистр – для временного хранения данных состояния.

Процессоры бывают одноядерные и многоядерные (multi-core). Многоядерный процессор содержит несколько ALU, работающих параллельно. Увеличение количества ядер, как нетрудно догадаться, повышает вычислительные способности процессора, а также значительно увеличивает срок его службы. Можно провести аналогию с двигателем автомобиля: известно, что шестицилиндровый двигатель не только мощнее, но и служит дольше, чем четырехцилиндровый, не говоря уже о 8- или 12-цилиндровых. У процессора таких «цилиндров» (ядер) может быть до 20 и более.

Основные показатели работы процессора: тактовая частота, объем кэш-памяти, пропускная способность системной шины FSB (Front-Side Bus), энергопотребление. Разберем их подробнее.

  1. Тактовая частота (Frequency): ее величина обычно приводится в МГц (мегагерц) или в ГГц (гигагерц), она представляет собой частоту элементарных операций процессора по вычислениям и обработке данных. У каждого процессора есть генератор тактовой частоты (он может быть внешний, обычно кварцевый), который и задает скорость его работы. Различают доминантную (рабочую) частоту процессора и его таковую частоту (Clock). Clock – это и есть частота такового генератора. Доминантная частота равна тактовой частоте, умноженной на коэффициент умножения частоты (Clock multiplier factor), задаваемый на самом процессоре. Тактовая частота, кроме того, задает скорость работу всей системной платы (mainboard), на которой установлен процессор. Коэффициент частоты варьируется от 1,5 до сколь угодно больших величин, с шагом 0,5 между двумя соседними частотами. При этом частота самого процессора превышает частоту работы системной шины.
  2. Объем кэш-памяти (Cache): структура и размер кэш-памяти, или просто «кэша», имеет большое влияние на частоту работы процессора. Вследствие того, что процессор считывает блок данных последовательно, байт за байтом, размер кэша, своего рода промежуточной памяти, где данные «стоят в очереди» на обработку в процессоре, значительно увеличивает скорость считывания данных процессором. Таким образом, наличие кэша дает возможность процессору не обращаться за данными непосредственно в оперативную память или на жесткий диск, что значительно повышает производительность всей системы.
  3. Частота шины FSB (Front side bus): частота шины определяет скорость обмена данными между процессором и памятью. Полоса пропускания для обмена данных данными рассчитывается как произведение частоты шины умноженное на разрядность шины, и деленное на 8. Напрмимер, для процессоры Intel Xeon Nocona с 64-битным CPU, частота шины 800 МГц, а разрядность шины данных – 64. Поэтому, максимальная полоса пропускания данных равна 6,4ГБ/с.
  4. Потребление энергии процессором – важный параметр, от него зависит сколь надежно будет работать процессор, не будет ли он перегреваться при работе, что может повлиять на надежность его работы. Поскольку CPU состоит из миллионов транзисторов на одном чипе, и работает в достаточно напряженном режиме, приходится принимать специальные меры, для рассеивания тепла, им выделяемого. Для этого над процессором устанавливают специальные радиаторы, напоминающие ребристые радиаторы вокруг моторов старых мотоциклов.

Очередность опроса источников данных процессором: CPU – Кэш – Оперативная Память – Жесткий диск. Сначала CPU лезет за данными в кэш-память, если их там нет, идет в оперативную память, если и там нужных данных не находит, то обращается к жесткому диску.

Для маркировки моделей процессоров, коих существует множество, используется специальная система, у каждого производителя процессоров своя. Например, процессоры Intel® маркируются следующим образом:

Intel Xeon name

Поскольку бóльшая часть рынка CPU для серверов принадлежит семейству Intel® x86, разберем эти процессоры более подробно.

Название образовано от двух цифр, которыми заканчивались названия линейки процессоров Intel ранних моделей: 8086, 80186, 80286 (i286), 80386 (i386), 80486 (i486). Следующей моделью был т.н. Pentium, без цифр 86, но архитектурные принципы были сохранены и далее. За время своего существования набор команд x86 постоянно расширялся, сохраняя при этом совместимость с предыдущими моделями. Все процессоры серии x86 относятся к архитектуре CISC (кроме серии Itanium, которая представляет собой отдельную линейку). Помимо Intel, архитектура x86 также была реализована в процессорах других производителей: AMD, VIA, Transmeta, IDT и др. В настоящее время для 32-разрядной версии архитектуры существует ещё одно название – IA-32 (Intel Architecture 32).

В наиболее мощных серверах (т.н. Mainframe), где требуется высочайшая надежность, гибкость и быстродействие, используется серия  Intel® Dual-Core Itanium® 9000.

Серии процессоров Intel® Xeon® E7-8800/4800/2800  и Intel® Xeon® 7500 используются для серверов корпоративного класса, где требуется максимальная производительность, надежность и т.н. «масштабируемость» (т.е. способность быстро наращивать мощность вычислительной системы), а также существуют определенные требования, ограничивающие габариты и энергопотребление оборудования.

Серия Intel® Xeon® E5-4600 использует 8-ядерный процессор для максимизации вычислительных возможностей. Используется в серверах уровня крупных предприятий.

Серия Intel® Xeon® E5-2600/2400 используется в ИТ-системах крупных и средних предприятий, серия обладает наибольшей производительностью на ватт затраченной мощности, поэтому используется в ИТ-системах средних предприятиях, с требованиями ограниченного энергопотребления.

Наконец, серия Intel® Xeon® E3-1200 представляет собой недорогой и надежный процессор для односокетовых серверов средних и малых предприятий, с достаточной вычислительной мощностью для обычных бизнес-задач.

В таблице приведены основные маркировки процессоров в зависимости от уровня сервера и числа сокетов:

Уровень сервера Серия CPU Число сокетов Серия CPU
1-сокетовый E3-1200

E5-1400

1-сокетовый E3-1200

E5-1400

2-сокетовый начального уровня E5-2400 2-сокетовый E5-2400

E6-2600

E7-2800

2-х и 4-сокетовые серверы высокой производительности E5-2600

E5-4600

4-сокетовый E5-4600

E7-4800

Серверы уровня high-end E7-2800

E7-4800

E7-8800

8-сокетовый E7-8800

Стратегия «Тик-так»

На конференции Intel Developer Forum в сентябре 2006 г. компания Intel представила экстенсивную стратегию разработки микропроцессоров, названную «Тик-так» (англ. tick-tock). Цикл разработки, согласно этой стратегии, делится на два цикла — «тик» и «так». На этапе «Тик» происходит миниатюризацию технологического процесса изготовления чипов процессоров. На этапе «Так» выпускаются процессоры с новой архитектурой, но при помощи существующего технологического процесса. Каждая часть цикла занимает примерно год.

В Википедии приводится таблица, описывающая стратегию «Тик-так» компании Intel до 2019 года.

Ядра Процессоры Микро-архитектура Техноло-гический
процесс
Начало выпуска
«Тик» Cedar Mill, Dempsey, Presler, Yonah Intel CorePentium 4,Pentium DXeon Intel P6NetBurst 65 нм 2006
«Так» Allendale, Clovertown, Conroe, Kentsfield, Merom, Tigerton, Woodcrest Intel Core 2Xeon Intel Core
(не путать с процессорами Intel Core!)
2006
«Тик» Dunnington, Harpertown, Penryn, Wolfdale, Yorkfield Penryn
(усовершенствованная Intel Core)
45 нм 2008
«Так» Beckton, Bloomfield, Clarksfield, Gainestown, Lynnfield Intel Core i5/i7/i7 Extreme Edition, Xeon Intel Nehalem 2009
«Тик» Arrandale, Clarkdale, Gulftown Intel Core i3/i5/i7/i7 Extreme Edition, Xeon Intel Westmere
(усовершенствованная Intel Nehalem)
32 нм 2010
«Так» Sandy Bridge Intel Core i3/i5/i7/i7 Extreme Edition, Xeon Intel Sandy Bridge 2011[3]
«Тик» Ivy Bridge Intel Core i3/i5/i7/i7 Extreme Edition, Xeon Intel Ivy Bridge
(усовершенствованная Intel Sandy Bridge)
22 нм 2012
«Так» Haswell Intel Core i3/i5/i7/i7 Extreme Edition, Xeon Intel Haswell 2013
«Тик» Broadwell Intel Broadwell
(усовершенствованная Intel Haswell)
14 нм 2014
«Так» Skylake Intel Skylake 2015
«Тик» Skymont Intel Skymont
(усовершенствованная Intel Skylake)
10 нм 2016
«Так» Intel (2017) 2017
«Тик» Intel (2018)
(усовершенствованная Intel (2017))
8 нм 2018
«Так» Exymore Intel Exymore 2019

Поясним, что такое «технологический процесс», и почему он измеряется в нанометрах (нм). Дело в том, что изготовление микросхем (чипов) производится на пластине из монокристалла кремния по специальной сетке расстояний между дорожками-проводниками, соединяющими полупроводниковые и другие элементы микросхемы, а также расстояний между элементами. Эти расстояния не могут быть меньше шага (клеточки) этой сетки. Чем меньше эта клеточка, тем больше плотность размещения элементов на чипе микросхемы стандартного размера, обычно несколько квадратных миллиметров. Соответственно, тем больше мощность процессора, который можно создать на базе этого чипа, а следовательно, и мощность всего сервера.

Вот так выглядит, например, чип процессора Intel Haswell с технологическим размером 22 нм. Сверху показана крышка микросхемы, а внутри – чип процессора, от которого ведут микродорожки к выводам микросхемы на корпусе, при помощи которой она распаивается на системной плате сервера

Haswell Chip

Иногда чип в микроэлектронной терминологии называется die (штамп). Это в общем одно и то же, только термин «die» подразумевает, скорее, топологию чипа.

Есть и еще один разнобой в терминологии – иногда словом «чип» называют всю микросхему в сборе, которая показана на рисунке выше. Это неправильно, чип (англ. – chip, кусочек) – это на рисунке лишь желто-синий прямоугольник (Украина здесь ни при чем), который выпиливается из пластины кремния, на котором и формируется микросхема.

А вот так выглядит круглая кремниевая пластина с еще нераспиленными чипами. (Не обольщайтесь, это не «распил» денег, а всего лишь техпроцесс разделения чипов).

Chips

Изготовление чипов микросхем – сложный технологический процесс. Чем меньше технологический размер, тем сложнее процесс. Далеко не все страны обладают высокими технологиями производства малошаговых микросхем. Россия, например, не умеет производить микросхемы с шагом менее 65 нм. В США и Японии, и некоторых странах Юго-Восточной Азии (где находятся производственные площадки американских и японских фирм), уже освоен техпроцесс 14 нм, на очереди – 10 нм.

  • Память

Вторым по важности, после процессора, элементом сервера является оперативная память. Процессор обрабатывает данные, хранящиеся (долго и, коротко ли) в оперативной памяти, и затем записывает обработанные данные обратно в память. В памяти хранятся также все программы, исполняемые процессором в текущий момент.

В настоящее время в серверах используются модули оперативной памяти DDR3 DIMM (Double Data Rate 3 Dual In Line Memory). Dual In Line означает, что микросхемы памяти располагаются с обеих сторон платы модуля памяти, в отличие от Single In Line (SIMM), где они установлены только с одной стороны. В настоящее время SIMM уже практически не используются. DDR3 – третье поколение DDR SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory — синхронная динамическая память с произвольным доступом), отличающаяся более высокой скоростью обмена данными (на 66%) и более низким энергопотреблением (на 40%), чем DDR2. Модули DIMM DDR3 и DDR2 имеют  240 контактов, но отличаются расположением ключа, чтобы не вставить один вместо другого в системную плату сервера.

DIMM

Внешний вид DIMM DDR3.

  • Типы DIMM: UDIMM, RDIMM, LRDIMM

UDIMM (Unbuffered DIMM), модули памяти, имеющие небольшую емкость и низкую частоту работы. У них также нет кэш-памяти, поэтому они обеспечивают более низкую задержку считывания данных на той же частоте. Один модуль UDIMM имеет емкость 2 или 4 Гбайт и доминантную частоту до 1,33 ГГц.

RDIMM (Registered DIMM): В RDIMM, IP-адрес и сигналы управления сначала записываются в регистры, а затем в чипы DRAM. RDIMM сейчас является преобладающей разновидностью DIMM. Один модуль RDIMM обеспечивает емкость от 2 до 32 Гбайт и доминантную частоту до 1,6 ГГц.

LRDIMM (Load Reduced DIMM). LRDIMM имеет более низкое напряжение питания. Таким образом, нагрузка на шину памяти сервера снижается, снижается также и общее энергопотребление. Кроме того, в таких условиях можно увеличить тактовую частоту шины и повысить общую емкость памяти. По сравнению с RDIMM, LRDIMM потребляет на 50% меньше электроэнергии.

  • Параметры DIMM:
  • Емкость: 4/8/16/32 Гбайт
  • Рабочая частота: 800/1066/1333/1600 МГц
  • Задержка: указывает время ожидания отклика памяти при обращении. Это значение указывается в формате из четырех цифр, разделенных тире, представляющих значения CL-TRP-TRCD-TRAS, например, 3-4-4-8. Это сокращенная запись т.н. основных таймингов памяти. Тайминги — это задержка, необходимая на выполнение какой-либо команды, то есть время от отправки команды до ее выполнения. А каждая цифра обозначает какое именно время в микросекундах для этого необходимо. Более подробно с таймингами памяти можно ознакомиться по ссылке: http://www.overclockers.ua/memory/timings/ . В целом, можно сказать, что чем меньше эти цифры, тем лучше работа памяти.

Чипсет.

Понятие чипсета (chipset): чипсет – это набор микросхем, используемых для управления передачей данных между процессором памятью и устройствами ввода-вывода. Чипсет является основой системной платы (motherboard). По аналогии с анатомией человека, процессор – это мозг, чипсет – это сердце.

Вот так, например, выглядит схема одного из чипсетов Intel:

Intel Chipset

Жесткие диски (HDD)

Жесткие диски были частично рассмотрены в выпуске Ликбез №1. HDD представляют собой магнитные диски, расположенные в противоударном корпусе на манер слоеного пирога, между которыми перемещаются считывающие головки, считывающие или записывающие информацию. В настоящее время происходит процесс постепенного замещения HDD на более современнее твердотельные диски SDD, в которых нет механических частей. Пока они довольно дороги, но по мере развития технологий, цена на них неуклонно снижается, и они становятся все более доступными.

Форм-фактор жестких дисков в настоящее время составляет 2,5 и 3,5 дюйма (диаметр магнитной пластины HDD). Форм-фактор SDD часто делается таким же, в целях совместимости. Они могут легко вставляются в шасси и вынимаются из него, только не всегда это можно делать без остановки работы сервера. Диски «hot-swappable» (с горячей заменой) можно вставлять и вынимать не останавливая работу системной платы процессора.

Серверные жесткие диски имеют три основных категории:

  • SATA: (Serial Advanced Technology Attachment). SATA-диски имеют форм-фактор 3,5 дюйма. Диски SATA для серверов низшего и среднего уровня, массовых систем хранения, и near-line систем хранения (см. Ликбез №1).
  • SAS: (Serial Attached SCSI). SAS-диски могут быть двух основных типов: со скоростью 3 Гб/с и 6 Гб/с. SAS-диски используются в серверах среднего и высокого класса.
  • SSD: (Solid-State Disk). Диски SSD имеют высокую скорость записи-считывания и представляют собой микросхемы постоянной памяти в специальном корпусе, часто таком же, как у HDD. SSD-диски содержат модуль управления, управляющий процессом считывания-записи и модуль памяти (DRAM или flash-чип). Преимуществами дисков SSD является высокая скорость (время отклика менее 0,1 мс), некритичность к внешним механическим воздействиям (что является главной «ахиллесовой пятой» HDD), небольшое энергопотребление, полная бесшумность, небольшой вес. Недостатками являются относительно невысокая емкость пока) и высокая цена.
  • Шина PCI

В современных компьютерах, в т.ч. и серверах, для связи системной платы с высокоскоростными периферийными устройствами, такими как платы графического адаптера, звуковыми платами, сетевыми картами (NIC), контроллерами внешних дисков широко используется шина PCI (Peripheral Component Interconnect).

В настоящее время стандарт PCI эволюционировал в PCIe (Peripheral Component Interconnect Express). PCIe используется для связи «точка-точка» со скоростными периферийными устройствами по шие, которая может выделять всю свою полосу пропускания для связи с единственным устройством в данный момент. Кроме того, PCIe обеспечивает функции автоматического управления мощностью, сообщений об ошибках, горячей замены и качества обслуживания QoS (Quality of Service).

Стандарт PCIe 2.0: 16-контактный коннектор PCIe 2.0 (x16) может поддерживать агрегированную полосу до 16 Гб/с.

Стандарт PCIe 3.0: обеспечивает битовую скорость передачи до 8 ГГц. Стандарт имеет обратную совместимость с PCIe 2.x/1.x и поддерживает тактовые частоты 2.5 ГГц и 5 ГГц GHz для сигналов управления. PCIe 3.0×1 обеспечивает однонаправленную полосу в 1 ГБ/с на линию, в то время как PCIe 3.0×16 обеспечивает двунаправленную полосу в 32 ГБ/с на линию.

Плата сетевого адаптера PCIe: сетевые адаптеры PCIe используются для соединения между серверами и сетевыми устройствами, например коммутаторами локальных сетей. Бывают следующие виды сетевых адаптеров PCIe:PCIe RJ45

Сетевой адаптер RJ45 Ethernet:

PCIe FC

Сетевой адаптер FC Ethernet:

Multiport

Мультипортовый сетевой адаптер:

Платы сетевых адаптеров устанавливаются в сервер следующим образом:

PCI mount

Платы RAID: используются для выполнения функций RAID (см. Ликбез №1) и содержат контролер ввода-вывода, контроллер жесткого диска и кэш-память и могут реализовывать следующие уровни RAID 0, RAID 1, RAID 3, RAID 4, RAID 5 и RAID 10. Платы RAID позволяет считывать и записывать данные сразу с нескольких жестких дисков одновременно, повышая сокрость обмена данными в несколько десятков и даже сотен раз. Кроме того, они имеют функцию защиты от ошибок.

  • Интерфейсы управления сервером

IPMI: В системах управления серверами используется стандартный интерфейс платформы интеллектуального управления IPMI (Intelligent Platform Management Interface) для управления оборудованием сервера. Стандарт интерфейса IPMI был совместно предложен компаниями Intel, Hewlett-Packard, Dell и NEC в 1998. IPMI может использоваться для мониторинга параметров физического сервера, таких как температура, напряжение питания, состояние модулей вентиляторов и модулей питания PSU.

Основным компонентом системы управления IPMI является специальная микросхема контроллера, называемого BMC (Baseboard management controller), встроенного непосредственно в системную плату сервера. Система IPMI работает независимо от процессора сервера, его базовой системы ввода-вывода BIOS (Basic Input/Output System), а также операционной системы. IPMI и BMC при включении стартуют от собственного ПО «зашитого» в собственное ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). Некоторые современные системные паты серверов интегрированы также и системой IPMI.

KVM over IP: Интерфейс KVM over IP предназначен для удаленного управления сервером через сеть. Это позволяет снизить стоимость управления и апгрейда, сосредоточить управление многими разнесенными серверами в едином центре.

Об авторе Алексей Шалагинов

Независимый эксперт
Галерея | Запись опубликована в рубрике Ликбез с метками . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s