未来网络服务器系统的发展趋势

未来网络服务器系统的发展趋势

作者:中科院计算所许鲁研究员一、网络服务器系统的定义

多台服务器通过网络接口连接到互联交换网络上对外提供服务,称为网络服务器系统。网络服务器系统采用多台普通的服务器，以松散型以太网方式连接，通过专用软件使得多台服务器协调工作、对外提供服务。对用户而言，他们希望网络服务器系统只是一台高性能的服务器;对网络管理人员而言,也只想把它想象成一台单一的服务器系统进行管理，而不必考虑其内部由哪些服务器组成。当整个系统需要扩充时，只需再增加内部的服务器数目即可。从这个意义上来说，它应该提供同目前的单台计算机的功能一致,只不过其所能管理的数据量、提供的数据处理能力更强大,是一台虚拟的高性能计算机。

既然网络服务器系统是一台虚拟的高性能计算机,那么我们从计算机的发展历史中能否找出一些网络服务器系统发展的趋势?国家高性能计算机工程技术研究中心（简称“工程中心”)在这个方面找到了一些答案。

下面我们通过分析计算机的发展过程,来一一说明网络服务器系统的发展趋势。

二、计算机的发展

从1946年世界上第一台计算机问世起，到现在已经有半个多世纪的时间,计算机获得了突飞猛进的发展。在人类科技史上还没有一种科学可以与电子计算机的发展相提并论。那么在这短短几十年的时间内,计算机是如何从玻璃屋中的庞然大物，走到今天与我们的生活密切相关的呢？工程中心认为主要是计算机在如下几个方面的发展,缺一不可。

1．计算机性能的发展——性能越来越高，速度越来越快

计算机性能的提高主要体现在两个方面,一是计算机处理器芯片技术,二是计算机并行处

理技术。随着集成电路的产生及超大规模集成电路时期的到来，计算机的体积越来越小,性能越来越高,使得计算机走入平常百姓家变成现实。以大规模并行为标志的体系结构的创新与进步是提高计算机系统性能的另一个重要途径,目前世界上性能最快的通用计算机采用几十万颗ＣＰＵ,数万台计算机并行，每秒钟的处理能力达百万亿次。

Ｃase/Amdａｈl经验法则表明1MＩPS的计算能力需要1Ｍbit的I/O带宽与之匹配。硬件必须是可扩展的、平衡的。一条平衡设计准则是：1ＧＦｌop/s的峰值速度应与以下指标相匹配——1GB主存，５0GB磁盘、10ＴB档案存储器、16GB／ｓ高速缓存带宽、3GＢ/s 主存带宽、0．1ＧB／ｓI/O磁盘带宽以及1MB/ｓ档案存储器带宽。目前计算机系统的I/Ｏ能力相对于计算能力显得过于薄弱,并且这种情况还在不断恶化。根据Ｍoore定律,由于集成电路技术的快速发展，CPU计算能力、内存容量等硬件技术指标以指数方式每1８个月增长一倍。与此同时，受限于其机械部件的速度，磁盘带宽的增长远远落后于计算能力的增长，使单机系统的计算与其所具备I/Ｏ带宽差距越来越大。并行/分布式系统由于同时采用多个C ＰＵ，使计算能力与I/Ｏ速度的不匹配问题变得更加严重。另外,计算能力的提高又催化了一批新型的数据密集型应用领域，如多媒体、具有重大挑战性的科学和工程计算问题、Web 服务、Ｉ/Ｏ密集型数据库等。这些应用对I/O性能提出了更高的要求。

如何解决计算能力与I/O的差距，是当前网络服务器系统的研究热点，工程中心也提出了自己的解决方案——以存储为中心的网络服务器系统。

2．计算机智能化的发展——即计算机的易用性

如今计算机从阳春白雪变得平易近人，重要的一个原因就是计算机智能化、虚拟化技术的发展。计算机最初是作为桌面计算工具出现的,是一种极端技术化、专业化的产品，只有少数人才能使用这种高技术产品。因为它的字符操作界面和命令行的操作方式，即使专业人士学习起来也非常困难。随着友好的人机界面的出现，以及人工智能技术的发展，使得往昔复杂的工作变成了拖动几下鼠标就可以了。

我们从一个简单的实例来看一下计算机智能化发展带来的好处:早期,如果要处理一个文件,首先要知道这个文件对应的处理程序，以及处理程序所在的位置，称为路径名，然后在命令行中键入路径名+处理程序名+要处理文件后，开始文件处理。现在，在一台安装了Windows操作系统的PC机中,如果我们想看一个Wｏｒｄ文档,我们的动作是什么？用鼠标双击一个文件类型为“Ｍiｃrosｏｆt Word 文档”的文件即可；如果我们想看一个电影,我们的动作是什么?用鼠标双击一个文件类型为“ReａｌＭｅdｉa ＶBR”类型的文件即可。通过这个比较我们不难看出,早期计算机操作复杂，易用性差，不适合一般用户使用；现在,计算机智能化的发展使得它可以根据文件的类型来自动选择它运行所需要环境。

相对而言,当前的网络服务器系统虽然在易用性上做了一定的工作，但是与ＰC机的智能化相比还是有很大的差距的。我们分析一下目前最典型的网络服务器系统在高性能计算中的应用场景，首先会有一个本方向的专家来确定完成本次计算需要的网络服务器系统的配置,譬如,需要多大的存储空间,需要多少个计算节点,计算节点上需要安装什么样的操作系统等；然后由相应的工程师来手工搭建、安装和配置网络服务器系统;网络服务器系统搭建完成后，则开始将计算的原始数据倒入存储系统中,开始计算,计算结束后,需要将结果数据导出，然后将网络服务器系统解体，以便投入下一个计算中。与PC智能化的发展相比,网络服务器系统的智能化应如何定义?就此问题工程中心提出的第二代蓝鲸网络存储系统——以数据为中心的网络服务器系统。

3．计算机网络化的发展——计算服务将无处不在