摘要:我們知道,現在的高性能服務(wù)器通常是通過(guò)SMP、MPP或服務(wù)器集群等并行擴展技術(shù)實(shí)現的。在這其中又以集群技術(shù)應用最廣泛,性能提高能力更強,所以本文主要就新型的刀片服務(wù)器技術(shù)與傳統的集群技術(shù)進(jìn)行對比。
目前
,通過(guò)并行擴展技術(shù)實(shí)現的高性能服務(wù)器在現代企業(yè)或一些關(guān)鍵行業(yè)應用中,逐步顯露出種種弊端。一方面技術(shù)實(shí)現難度、配置和管理都較復雜,而且像SMP這種常見(jiàn)的擴展技術(shù)還受到諸多限制,性能提高非常有限;另一方面像傳統的服務(wù)器集群技術(shù)那樣,通常采用分離的單臺服務(wù)器連接,這樣一臺高性能集群系統需占用非常大的寶貴機房空間,有的還根本無(wú)法放進(jìn)去,就像過(guò)去的大型機群一樣。不符合現代應用所要求的集中式管理、易于擴展和高可用性需求。 新興的機架式服務(wù)器雖然在空間占用上相對傳統塔式結構服務(wù)器有一定優(yōu)勢,但仍還是具有較大體積,在其它方面與傳統塔式服務(wù)器差不多,仍解決不了傳統集群等并行技術(shù)的種種不足。于是就有了更新一代的Blade Server(刀片服務(wù)器)架構。刀片式服務(wù)器技術(shù)不僅在體積上比起機架式結構更具優(yōu)勢,還可通過(guò)機體積比機架式服務(wù)器更小的“刀片”集群,組建成一個(gè)性能非常高的刀片服務(wù)器集群系統,實(shí)現高性能計算的企業(yè)需求,為高性能服務(wù)器提供了一條新的更加經(jīng)濟、可行的擴展方案。
下面我們就刀片式服務(wù)器與傳統集群系統進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的對比。
一、什么是刀片式服務(wù)器
刀片服務(wù)器是一種HAHD(High Availability High Density,高可用高密度)的低成本服務(wù)器平臺,是專(zhuān)門(mén)為特殊應用行業(yè)和高密度計算環(huán)境設計的。在每臺刀片服務(wù)器中可以安插有幾塊,甚至幾十塊稱(chēng)之為“刀片”的服務(wù)器,如圖1左圖所示的為一塊塊“刀片”,而右圖所示的則是把許多“刀片”集中在一切的“刀片服務(wù)器”。
圖1
通過(guò)對多臺服務(wù)器“刀片”的集群可實(shí)現非常高的性能需求,完全可以勝任一些高密度計算應用。最為難得的是由于它共享了許多部件,所以整個(gè)集群系統的體積可以做到非常小,大大節省了企業(yè)寶貴的空間資源。所以從原理上來(lái)說(shuō),刀片服務(wù)器所采取的也是一種集群技術(shù),但它與傳統的集群技術(shù)相比又有許多不同之處。這些我們將在下節詳細介紹。
在刀片服務(wù)器中的每一塊“刀片”實(shí)際上就是一塊系統主板,在這樣一塊主板中它配置了CPU、內存、磁盤(pán)和網(wǎng)卡等設備(參見(jiàn)圖1左圖)。像一臺獨立的服務(wù)器一樣,這些“刀片”可以通過(guò)本地硬盤(pán)啟動(dòng)自己的操作系統。在這種模式下,每一個(gè)主板運行自己的系統,服務(wù)于指定的不同用戶(hù)群,相互之間沒(méi)有關(guān)聯(lián),但可以通過(guò)刀片服務(wù)器中集成的交換設備實(shí)現與其他“刀片”交換;另一種是刀片服務(wù)器中的“刀片”相互通過(guò)交換設備的“背板”連接在一起,形成星形連接,就像交換機連接許多網(wǎng)絡(luò )設備一樣。
在刀片服務(wù)器中交換設備的背板相當于交換機的背板總線(xiàn),不過(guò)仍然是共享總線(xiàn)模式,而非高性能計算機的交叉獨享總線(xiàn)結構。這種刀片服務(wù)器,本質(zhì)上相當于多臺“瘦”服務(wù)器通過(guò)交換機連在了一起。“瘦”是指刀片比之普通服務(wù)器,可以省掉電源、外部I/O、網(wǎng)卡之類(lèi)東西,如圖2所示的就是傳統綜合服務(wù)器與刀片服務(wù)器的架構區別。
圖2
在集群模式下,所有的“刀片”可以連接起來(lái)提供高速的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境,可以共享資源,為相同的用戶(hù)群服務(wù)。還可在集群中插入新的“刀片”,提高整體性能。同時(shí)由于每塊“刀片”都是熱插拔的,所以,系統可以輕松地進(jìn)行替換,并且將維護時(shí)間減少到最小。值得一提的是,系統配置可以通過(guò)一套智能KVM和9個(gè)或10個(gè)帶硬盤(pán)的CPU板來(lái)實(shí)現。CPU可以配置成為不同的子系統。一個(gè)機架中的服務(wù)器可以通過(guò)新型的智能KVM轉換板共享一套光驅、軟驅、鍵盤(pán)、顯示器和鼠標,以訪(fǎng)問(wèn)多臺服務(wù)器,從而便于進(jìn)行升級、維護和訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器上的文件。
除此之外,這些刀片服務(wù)器還可以通過(guò)標準機柜疊放,就像交換機和路由設備一樣,大大減少了服務(wù)器所占用的空間,如圖3所示的是一個(gè)42U高度的刀片服務(wù)器機柜、7U高度的刀片服務(wù)器和“刀片”示意圖。同時(shí),這些疊放在一起的刀片服務(wù)器又可進(jìn)一步通過(guò)傳統的集群服務(wù),實(shí)現更高性能的服務(wù)器系統。
圖3
二、刀片服務(wù)器相對服務(wù)器集群的優(yōu)點(diǎn)
盡管刀片服務(wù)器所采用的擴展技術(shù)也屬于“集群”范疇,但它與傳統的集群技術(shù)實(shí)現原理并不一樣。傳統的集群技術(shù)集群的是多臺完整的服務(wù)器系統,而刀片服務(wù)器中所集群的僅是一個(gè)包括獨立CPU、內存、驅動(dòng)器和網(wǎng)絡(luò )組件等存儲器的服務(wù)器板(俗稱(chēng)為“刀片”)。這些刀片是通過(guò)專(zhuān)門(mén)刀片服務(wù)器中集成的交換網(wǎng)絡(luò )實(shí)現集群的。刀片服務(wù)器的這種集群技術(shù)相對各種并行擴展技術(shù)而言,有如下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn):
首先,它克服了傳統的服務(wù)器集群管理難的缺點(diǎn)。管理傳統的集群服務(wù)器系統讓很多IDC都非常頭疼,一方面體現在維護這些服務(wù)器的工作量相當大,另一方面是集群服務(wù)器中的內部連接非常復雜。而刀片服務(wù)器的出現適時(shí)地解決了這些問(wèn)題。利用刀片服務(wù)器,管理員只需要對機架進(jìn)行安裝和布線(xiàn),單獨的刀片服務(wù)器無(wú)需布線(xiàn)。增加新的計算機資源就像插入一個(gè)新刀片服務(wù)器一樣簡(jiǎn)單,就像現在加入一個(gè)硬盤(pán)驅動(dòng)器。由于多個(gè)刀片服務(wù)器可以共用冗余電源,因此最大限度地減少了機架布線(xiàn)。
此外,內置的轉換器將以太網(wǎng)數據和管理網(wǎng)絡(luò ),甚至KVM連接集成在一起。如圖4所示是6臺服務(wù)器的傳統集群與6個(gè)“刀片”服務(wù)器集群的連接對比圖。因為刀片服務(wù)器中的各刀片是共享如電源、以太網(wǎng)連接、鍵盤(pán)等部件,所以整個(gè)6個(gè)刀片的服務(wù)器集群系統設備連接其實(shí)就相當于地一臺刀片服務(wù)器,大大簡(jiǎn)化了設備的連接與管理。集群的服務(wù)器數越多,這一優(yōu)勢更明顯。
圖4
其次,刀片服務(wù)器實(shí)現了機柜優(yōu)化,大大減少了服務(wù)器系統所占用的寶貴空間。不要說(shuō)比傳統塔式服務(wù)器有了非常大的減少,就相對于本來(lái)非常緊密的機架式服務(wù)器來(lái)說(shuō)也有了至少1/3的優(yōu)勢。比如在處理1024節點(diǎn)的高密度計算服務(wù)器環(huán)境里,采用1U配置需要24個(gè)機柜,其中還不包括以太網(wǎng)交換器機所占用的空間,而采用插有8個(gè)“刀片”的刀片式服務(wù)器,只需要9個(gè)機柜,卻包括了以太網(wǎng)交換機的空間。從外表看,與傳統的機架/塔式服務(wù)器相比,它顯然能夠最大限度地節約服務(wù)器的使用空間和費用。如果做成對比圖的話(huà),我們可以從圖5中得到說(shuō)明。
圖5
最后,在管理方面,利用自動(dòng)軟件供應工具,管理員只需通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò )操作,就能夠方便、快捷地將軟件安裝到一個(gè)或多個(gè)刀片服務(wù)器中,而傳統的服務(wù)器集群系統則不具備這一優(yōu)勢。在完成刀片服務(wù)器的軟件安裝之后,管理員就能夠利用遠程管理工具進(jìn)行全面的管理??蛻?hù)應要求供應商提供功能全面的工具,以便進(jìn)行遠程軟件安裝、硬件配置和系統管理。
利用這些工具,客戶(hù)可以在一個(gè)單一機架中管理刀片服務(wù)器和傳統的綜合服務(wù)器,從而降低資源成本。維修故障的刀片服務(wù)器時(shí),只需要拆除故障的刀片服務(wù)器,并插入替換的刀片服務(wù)器。管理員還可以很容易地配置一臺全局熱備份服務(wù)器,通過(guò)遠程配給,接管需要維修的刀片服務(wù)器的任務(wù)和功能。同時(shí)每個(gè)刀片都可內置監視器和管理工具軟件,并提供單一視圖。
三、刀片標準之爭
目前,影響客戶(hù)采購刀片服務(wù)器的一個(gè)可能因素,就是不同廠(chǎng)商之間采用的刀片技術(shù)不盡相同,即各廠(chǎng)商生產(chǎn)的刀片服務(wù)器和刀片背板無(wú)法互相兼容,蚨賈驢突г誆曬菏庇興思傘U庖彩塹鍍衿骶」芤丫輳匆廊晃薹ń氳縲藕誦撓τ玫鬧匾蛩刂弧?/P>
目前各刀片服務(wù)器標準主要是IBM、Intel、HP等巨頭各自為政,而且DELL也宣稱(chēng)要建立自己的刀片服務(wù)器標準,而一向桀驁不馴的SUN則更是將其刀片技術(shù)一如既往地構建在其專(zhuān)有的Solaris系統平臺之上?;ゲ煌讌f(xié)的最終結果只能造成刀片服務(wù)器市場(chǎng)拓展過(guò)程中的躑躅不前。
今年7月中旬,Intel發(fā)布整合了其一手打造的Advanced TCA(ATCA)規范與模塊化通信平臺(MCP)的嶄新模塊化設計產(chǎn)品。最新的ATCA規范真正改變了電信行業(yè)設計和構建全新通信解決方案的方式,超越了平臺體系結構。當與多種其它組件相結合時(shí),電信設備制造商(TEM)可在包括電信級操作系統、標準互連和服務(wù)可用性論壇API等標準平臺之上進(jìn)行創(chuàng )新。Intel的努力已經(jīng)初見(jiàn)成效,包括愛(ài)立信、諾基亞在內的電信設備廠(chǎng)商都已經(jīng)成為了ATC標準的支持者,而這個(gè)日益龐大的陣營(yíng)無(wú)疑會(huì )給刀片服務(wù)器市場(chǎng)的格局帶來(lái)巨大的影響。
同樣是今年的7月,IBM宣布一種稱(chēng)之為BladeCenter T的刀片服務(wù)器產(chǎn)品,它具有同時(shí)兼容網(wǎng)絡(luò )設備構建系統3(NEBS 3)標準和歐洲電信標準行業(yè)(ETSI)標準的產(chǎn)品的強大優(yōu)勢。IBM宣稱(chēng),能對包括軟交換、VoIP、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)、速度識別、統一的信息傳輸和相關(guān)管理功能在內的諸多網(wǎng)絡(luò )應用提供支持是BladeCenter T最大的亮點(diǎn)。與ATCA標準相比,BladeCenter T基于電信級工業(yè)標準的設計思想將更加開(kāi)放,同時(shí)BladeCenter T對四路服務(wù)器的支持能力也超過(guò)了目前基于A(yíng)TCA標準設計的刀片產(chǎn)品。
而與IBM刀片服務(wù)器高密度、大容量的設計思路不同,HP的刀片產(chǎn)品為了贏(yíng)得性能上的卓越,寧愿犧牲對體積的追求。HP的ProLiant刀片服務(wù)器上設計了三個(gè)可供使用的千兆以太網(wǎng)端口和一個(gè)用于HPiLO(集成光輸出)的管理處理器。并且HP的刀片服務(wù)器在高可用性存儲方面相當突出,每臺刀片服務(wù)器中都有一個(gè)集成的Ultra320 RAID控制器和兩個(gè)熱插拔SCSI硬盤(pán)倉。盡管綜合優(yōu)勢并不明顯,但HP仍然以其在刀片服務(wù)器管理方面的優(yōu)勢贏(yíng)得了眾多用戶(hù)的青睞。
而在電信領(lǐng)域一直處于優(yōu)勢的SUN對于刀片服務(wù)器標準卻有另一個(gè)驚人之舉。一向特立獨行的SUN繼其自有的基于Ultra SparcIII處理器的刀片式服務(wù)器面市之后,為了應對IBM與Intel軍團的進(jìn)攻,破例選擇了AMD作為了其合作伙伴。采用了AMD“x86”處理器的SUN刀片服務(wù)器能夠像其Solaris操作系統一樣自如地運行Linux。
在國際巨頭們紛紛發(fā)表自己的刀片技術(shù)的同時(shí),國內的本土服務(wù)器廠(chǎng)商也不想扮演弱者的角色。如凌華和寶德公司也紛紛加盟以上巨頭們的刀片標準陣營(yíng),并聲稱(chēng)自己的“刀片”技術(shù)不弱于任何其他廠(chǎng)商。其他國內服務(wù)器廠(chǎng)商也都抒它作為實(shí)現與國外服務(wù)器分庭抗爭的契機。因篇幅原因,在此就不再多介紹了。
總之,到目前為止,以上各巨頭們的刀片標準還無(wú)法達成統一,而且各有千秋,所以就目前來(lái)說(shuō)還無(wú)法想象將來(lái)的刀片標準是與哪一家更近。據一些專(zhuān)家估計,未來(lái)的刀片標準很可能是多家技術(shù)的縱橫融合。如果一旦標準確立,憑借刀片技術(shù)的以上種種優(yōu)勢,相信很快就會(huì )改變高性能服務(wù)器架構,傳統的集群技術(shù)在一些中低檔的應用領(lǐng)域很可能將新型的刀片集群技術(shù)所取代,特別是在電信運營(yíng)商中。