服务器的可扩展性

远程I/O在IBM p系列和I系列服务器(以前个另的 IBM RS/6000和AS/400机)是用来进行实时连接的。 远程I/O结合按需扩展系统节点的设计原理，允许在 有序、受控的方式下扩展的系统。
在过去为了确保的服务器高性能不断提高，必须 花费巨资去买一个带有许多处理器插槽、适配器插槽 和驱动器架的主机，或许所买的服务器中有的组件永 远都用不上，但只想通过这种方式确保的服务器有足 够高的扩展性能。现在，在IBM企业级服务器X架构 的扩展性设计方案下，可以从单个小小的节点组件开 始。随后在工业标准架构中随着的需要增加节点、 I/O扩展插件箱和磁盘扩展单元(在的预算允许范围 内)。不仅企业级服务器X架构中的远程I/O给非常好 的扩展
对于以上所说的扩展性，无论如何都是非常有限的。 因为这些扩展插槽和支架都需要在服务器机箱中，而 服务器的机箱不可能太大，一则不便于安装，另一方 面，机箱中部件太多，容量造成服务器机箱中温度上 升，给服务器带来不稳定因素。虽然现在也有一些服 务器把许多PCI设备从机箱中移到机箱外单独的一个 柜子中，通过一个特制的电缆来与服务器进行连接， 这样一则可以节省服务器机箱的空间，再则可以使服 务器的PCI设备具有更大的扩展空间。这种技术在 IBM 中就称之为“Remote I/O”技术。但大目前 来说，它所能扩展的性能也是非常有限的，所以现在 许多中高档服务器的扩展性都不是在机箱内部解决， 而是通过相应的技术在服务器外部解决。其中应用最 广，也是扩展性能最佳的就是服务器的群集(Cluster)
性，而且它的性能也是非常高的。远程I/O扩展单元是 通过独占的2Gbps带宽的连接速度与系统进行连接。
IBM的“按需扩展”的性能在基于Intel体系架构上 的服务器上表现出革命性的先进性，可以在不需要任 何停机的情况下扩大的服务器性能：增加(或者删除) 节点并不需要关掉其它节点(按正确的操作程序)。另 外模块化节点设计可以通过节点间的相互切换来实现 效率的最大化。IBM企业级服务器X架构的配置允许 向上扩展(Scale up)，群集排列使向外扩展(Scale out)，事实上，群集一个8路、12路或者16路IBM企 业级服务器X架构系统以上两种群集方法都可以用。
服务器的可扩展性是指服务器的硬件配置可以根 据需要灵活配置，如内存、适配器、硬盘、处理器等， 因为服务器的硬件配置可能是根据不同时期的网络配 置而改变。服务器通常因为要连接多个板卡，如网卡， 所以需要具有较多的PCI、PCI-X插槽；因为需要高 容量磁盘来存储服务器数据，所以需要有较多的驱动 器支架。一般的服务器机箱都设有七八个硬盘托架， 可以放置更多的硬盘。如图1左图所示的为IBM
一个非常明显的解决方案就是限制在机箱中的适配 器数量，同时增加一个外置的“插件箱”来安装这些 适配器。把适配器的插槽从主机中引到服务器机箱外 面，这样服务器就可做得更小了。不幸的是PCI-X总 线技术并没有明确地支持这种外置输入/输出接口。
在IBM企业级服务器架构中的远程输入/输出 (Remote I/O)技术支持下，它可以使在单个服务器 中通过外置的I/O扩展箱添加12个PCI/PCI-X的适配 器插槽，提供极其强大的I/O扩展性能。这在一方面 就解释了“随着的增长支付”这个全新的支付理念了。 只需要购买现在需要的输入/输出组件，当需要另外 的组件时再到时另外购买即可，这种性能就可以使 IBM通过增加I/O外置扩展单元来自由升级的服务器。
为了更直接地说明服务器的可扩展性能，现分别 以IBM企业级服务器X架构的“按需扩展”和群集技 术对以上两种扩展方法进行简要说明。
一、XpandOnDemand(按需扩展)
技术
由于I/O总线拥塞以及内存不能得到有效利用，传 统的多处理器服务器设计在向4路以上扩展时开始遇 到一些障碍。IBM的Summit(顶峰)技术通过一个强 化的4路SMP构件块，能够有效地向4路以上的 SMP(对称多处理系统)扩展。通过利用这种4路构件 块创建新的计算“节点”，为系统从4路扩展到8路、 12路，甚至16路SMP提供了一种有效的途径。当客 户在拥有4路处理器架构情况下，因业务增长需要扩 充其系统时，只需要在原有4路处理器架构基础上增 加节点，扩展到8路、12路或16路处理器架构。而 Summit芯片组具有物理分区功能，能够灵活地划分 工作量并分配给不同的处理器节点。例如，一个16路 服务器可以划分成4路
服务器的可扩展性
在前面篇中我们介绍到了服务器的“四性”，即 “Scalability(可扩展性)”、“Usability(可用性)”、 “Managbility(可管理性)”、“Availability(可利 用性)”，简称“SUMA”。那么在服务器中的的表现 又将如何呢？本节就要以一个实例介绍服务器的第一 个特性--可扩展性。
节点，每个节点包括独立的处理器、内存和I/O支持， 各节点可以运行一种不同的操作系统执行不同的任务。
IBM企业级服务器X架构“按需扩展 (XpandOnDemand)”技术合得服务器结构得到进一 步优化，它通过提供新的内存和I/O(输入/输出)子系 统使新的处理器体系结构能够充分发挥服务器的潜能。 传统的服务器在设计上遇到的第一个性能瓶颈就是由 于处理器和I/O总线堵塞，以及内存的低效利用而导 致4向并行处理技术的向前发展。企业级服务器X架 构的设计提供了先进的I/O和内存体系机构和一个高 速共享缓存体系机构。工业标准服务器在使用了增强 的、高性能的SMP(对称多处理器)架构模块技术后， IBM企业级服务器X架构平台后扩展性得到了新的提 高，从而实现了4路并行性能的有效扩展。
地实现超负荷运作，就像用16路并行处理系统来完成 8路处理系统的工作一样。需要时仅需加入一个新的 4路并行处理节点，而在最开始并不需要预算所有的 资金，采购是可以分成若干个分离的预算周期来完成 的。
在上面所指的设计中不仅是指处理器需要增加，在 整个平衡体系中所需的所有资源都需要增加。在每一 个4路到16路的转换配置中，所有节点间的连接都既 能在一个操作系统和应用程序场合中当作单个分区使 用，也可以划分成多个独立的分区。同样，连接带切 换功能的群集服务器就像连接两个、三个或者四个节 点一样容易，只需在连接的节点之间使用同样的对称 多处理器扩展端口连接电缆即可。对于这样的扩展群 集，在节点之间的建立高速的连接不需要复杂的以太 网设置，因为那已通过对称多处理端口自动设置了。
二、群集扩展原理
IBM企业级服务器x架构的群集扩展技术使得我们 对服务器扩展变得非常容易。为了能更清楚地说明问 题，我们先从一个简单、廉价的4路对称多处理节点 开始。
在IBM企业级服务器x架构的群集技术中，如果以 后发现需要更多的处理器系统时，只需要简单地增加 第二个4路并行处理节点，并用简单的一根数据线进 行连接来就可以建立一个8路并行处理服务器(如果认 为所建立的8路并行处理服务器没有为提供足够多的 插槽和总线时，还可以插入一个像IBM EXP300一样 的外置的远端I/O扩展单元、记录设备和远端存储单 元
远程I/O可为每个服务器提供更多可用的适配器插 槽，但它同样具有非常高的可靠性。因为这个远程的 I/O组件是用与插件箱分开的独立电源来供电，在电 源中还有冗余的风扇，它比在一个服务器主机箱内安 装这么多适配器和驱动器所散发的热量更少。另一方 面的优点就是扩展外置的I/O插件箱同样可以被多个 服务器共享。如图2所示。
如果有时认为有些节点需要改变，不再需要8路或 16路并行处理服务器，这些节点也能够重新分离成一 个单独的4路并行处理系统。这种模块设计使自由地 决定如何去一步步提高的IT组织，并不需要在事先就 要作出一切决定，而不像原来的工业标准设计一样需 要一步到位。
IBM企业级服务器X架构的设计提供了在所有处 理器与内存之间的互访，不受它们各自的节点的限制， 减少了彼此间的总线争夺。不仅如此，还增加了一倍 的芯片组、前端总线、PCI总线、以及其它资源来分 担数据交换的负担，而这些仅是两个节点完成的，更 多的节点能够转换成更宽的系统带宽。这样的连接和 资源问题在传统的12路或16路对称多处理系统中开 始产生，IBM企业级服务器X架构的设计可以轻松
来满足)，这样，随着需求的增加，三个4路并行处理 节点就能够配置成一个12路并行处理系统，最后4个 4路并行处理节点能够组合成一个16路并行处理服务 器。图3左图显示的是一个通过上述方法组成的16路 并行处理服务器。在实际中，各节点是由一个框架来 堆叠的。图3右图显示的是连接两种不同SMP扩展端 口系统的图示，只需要一条电缆，第二条电缆是用来 当系统有双倍吞吐量时分担工作量平衡系统，第三个 扩展端口是用于4路并行节点的配置。
SMP(对称多处理器)技术是使用从4路到8路，再到 12路，甚至是16路并行处理扩展技术来扩展企业的 计算节点，可扩展的企业节点包括处理器、内存、 I/O支持、存储器和其它设备。每个节点就像一台独 立的计算机一样一体化运作，可以运行不同的操作系 统，甚至不同分区的多个节点的工作可以镜像分配到 一个系统中。节点之间通过一种称之为“对称多功处 理器扩展端口”来实现设备间的高速连接和顶峰性能 的资源共享。这就使服务器在运行多个节点时就像一 个大的、单一节点的组合，或者像两个或者更多的小 单元，甚至到可以在以后需要时重新配置。
技术，目前几乎所有的服务器操作系统都支持群集技 术，其中包括中高档服务器常用的UNIX、LINUIX， 也包括中低档服器所用的微软Windows 2000/2003。
群集技术是使单独服务器实现物理和程序上的连接， 并在服务器之间进行协同通讯，以使它们能够执行共 同的任务。即便某一台服务器停止运行，故障应急进 程会自动将该服务器的工作负载转移至另一台服务器， 以保证提供持续不断的服务。除故障应急程序之外， 某些形式的群集也使用负载均衡功能，该功能可使计 算负载在联网的计算机间得以分配。目前一般来说比 中高档的服务器可以实现4、6、8、12路，甚至16 路对称扩展，每一路都具有独立的CPU、RAM和PCI 等设备。
@server xSeries 250部门级Βιβλιοθήκη Baidu务器，该款服务器拥 有0个热插拔扩展托架，最多可安装14块硬盘，其中 10块硬盘支持热插拔。图1右图所示的服务器主板上 具有8条内存插槽。
同样，因服务器需要高的内容容量来满足服务器的高 性能连接和运算，所以需要较多的内存插槽。这些结构 并不需要在一开始配置时就全部到位，而是在需要时购 买相应部件安装在相应的插槽或支架上即可。同时为了 确保服务器的高度可靠性，通常还提供冗余电源、冗余 风扇，这样同时也使得用户的网络扩充时，服务器也能 满足新的需求，保护用户的投资。以上这些就是许多品 牌服务器所提出的“按需扩展”理念。“按需扩展”就 是在购买服务器初期并不需要购买全部的组件，只要认 为暂时用不上的，都可以先不购买，等的网络发展到需 要用得上这些组件时再购买那些组件，直接插在原来的 服务器或通过相应技术与服务器连接即可轻松实现原来 服务器系统的升级、扩展。如在IBM企业级x架构服务 器技术中所提出的“XpandOnDemand”就是这样一种技 术。
在IBM企业级服务器X架构中还有一种技术更加充 分地保证了服务器的扩展性能，那就是“Remote I/O(远程输入/输出)”技术，这个技术我们在前面已
经提到过，现在我们来具体看看它的实现过程和优势 所在。
在工业规范中有一个限制，那就是所有PCI和PCIX适配器插槽都必须在主机箱中。一方面设计者总想 在有限的机箱空间中设计最大量的适配器插槽，同时 他们又想通过使服务器组件变得越来越小来尽量缩小 服务器的大小，以满足用户在减小服务器架构空间大 小方面的需求。不管怎样，减小服务器的大小也就意 味着要牺牲一定的适配器插槽为代价。(这就是为什 么服务器生产商所提供的服务器中要么是有多个适配 器插槽，而减少驱动器架，要么是有多驱动器架，而 提供的插槽较少。否则就得增加服务器的尺寸，那势 必会造成用户拥挤的数据中心出现其它问题。)