Linux | 深入理解X86和小型机,UNIX和Linux

x86服务器

Intel推出至强7500系列处理器(例如Nehalem-EX),将至强平台的可靠性、可用性和可维护性(RAS)带到新的高度,此外将原本只为RISC架构专属的诸如机器校验架构(Machine Check Architecture,MCA)等特性的移植,也使至强7500平台在面向高端关键性业务应用时底气更足。至强7500的推出,是Intel志在关键应用市场一展身手的重要一步。

虽然近年来x86服务器的出货量占整个服务器(包含x86服务器、小型机、大型机)领域的80%左右,但是其市场份额却只有50%。这主要是因为在重要的关键业务应用上,小型机向来都是首选。

小型机

小型机,一种介于PC服务器和大型机之间的高性能计算机,一般认为,传统小型机是指采用RISC、MIPS等专用处理器,主要支持UNIX操作系统的封闭、专用的计算机系统,所以又称RISC服务器或Unix服务器。
  
小型机是指采用8-32颗处理器,性能和价格介于PC服务器和大型主机之间的一种高性能 64 位计算机。国外小型机对应英文名是mini computer和midrange computer。midrange computer是相对于大型主机和微型机而言,该词汇被国内一些教材误译为中型机,mini computer一词是由DEC公司于1965年创造。在中国,小型机习惯上用来指UNIX服务器。1971年贝尔实验室发布多任务多用户操作系统UNIX,随后被一些商业公司采用,成为后来服务器的主流操作系统。在国外,小型机是一个已经过时的名词,60年代由DEC(数字设备公司)公司首先开发,并于90年代消失。

而UNIX服务器,也就是中国业内习惯上说的小型机,在服务器市场中处于中高端位置。UNIX服务器具有区别X86服务器和大型主机的特有体系结构,基本上,各厂家UNIX服务器使用自家的UNIX版本和处理器。比如IBM公司采用Power处理器和AIX操作系统,Sun、Fujitsu(富士通)公司采用SPARC处理器架构和Solaris操作系统,HP采用PA-RISC架构(现在转向于安腾处理器)和HP-UX操作系统;过去的Compaq公司(已经被并入HP)处理器架构采用Alpha。

小型机特性

小型机跟普通的服务器(也就是常说的PC-SERVER)是有很大差别的,最重要的一点就是小型机的高RAS(Reliability, Availability, Serviceability 高可靠性、高可用性、高服务性)特性,它们的具体含义如下:

  1. 高可靠性(Reliability):计算机能够持续运转,从来不停机。
  2. 高可用性(Availability):重要资源都有备份;能够检测到潜在要发生的问题,并且能够转移其上正在运行的任务到其它资源,以减少停机时间,保持生产的持续运转;具有实时在线维护和延迟性维护功能。
  3. 高服务性(Serviceability):能够实时在线诊断,精确定位出根本问题所在,做到准确无误的快速修复。

注意

  1. 在中国大陆地区,小型机一词仍被部分人使用,但已经不是原先的含义,而是指 UNIX 服务器。
  2. 中国大陆地区还有另一个术语:中型机,该词语应当是来自于小型机的另一个英文词 midrange computer 的误译。

小型机的发展趋势

  • 趋势一:RISC处理器走弱,X86处理器走强

    随着64位、多核CPU、多路SMP设计、集成内存控制器等创新技术的引入,基于X86架构处理器的系统性能越来越强大,对基于RISC处理器的服务器构成了极大威胁。从全球高性能计算机TOP
    500排行榜来看,AMD、Intel处理器从2001年11月份的4%上升到了2005年11月的77.6%,而RISC等专用处理器则从96%下降到了22.4%。

  • 趋势二:UNIX操作系统走弱,LINUX操作系统走强

    一方面,UNIX操作系统面临标准不统一带来的封闭性、投资昂贵的高成本性以及各UNIX厂商发展策略不明朗带来的不确定性等三大困境;另一方面,随着LINUX操作系统的日趋成熟,其性能已经和UNIX操作系统相当,并大量侵蚀了UNIX的固有阵地。从全球高性能计算机TOP
    500排行榜来看,Linux从2001年11月份的7.8%上升到了2005年11月的74.2%;相反,而UNIX则从88.6%下降到了20%。

  • 趋势三:小型机产业生态系统朝开放化、标准化发展

    开放化、标准化一直是全球IT产业发展的规律之一,它能带来更高的性价比、更出色的扩展性、更优秀的兼容性和更多的投资回报。正是这一规律在催使包括CPU、操作系统、整机、应用软件厂商以及用户在内的整个小型机生态系统从封闭走向开放。众多SI和软件开发商推出了越来越多的基于Linux或Windows的应用软件或解决方案,如原本在UNIX下应用的Oracle、Sybase等企业级数据库软件已经在LINUX下实现了成功的应用,并得到了时间的检验。越来越多传统RISC小型机的用户开始向迁移系统,摆脱封闭带来的桎梏。

  • 趋势四:迁移是一种趋势

    IDC调研结果显示,从2001以来,全球Unix服务器市场的出货量和销售额均在不断缩减,在2001年整个服务器市场470亿美元的销售额中,Unix服务器占了210亿美元;而2004年Unix则只有162亿美元,平均每年的衰退比率超过了5%。预计到2008年,X86服务器将不光是在销量上远远领先于非工业标准服务器,甚至在销售额方面也将实现赶超。

小型机与PC服务器的区别

在英文里这两位都叫server(服务器),小型机是国内的习惯称呼;pc服务器则主要指基于intel处理器的x86架构,是一个通用开放的系统。而不同品牌的小型机架构大不相同,使用risc、mips处理器,像美国sun、日本fujitsu等公司的小型机是基于sparc处理器架构,而美国hp公司的则是基于pa-risc架构,compaq公司是alpha架构,ibm和sgi等的也都各不相同;i/o总线也不相同,fujitsu是pci,sun是sbus,等等,这就意味着各公司小型机机器上的插卡,如网卡、显示卡、scsi卡等可能也是专用的;操作系统一般是基于unix的,像sun、fujitsu是用sun solaris,hp是用hp-unix,ibm是aix,等等,所以小型机是封闭专用的计算机系统

使用小型机的用户一般是看中Unix操作系统的安全性、可靠性和专用服务器的高速运算能力,虽然小型机的价格是pc服务器的好几倍。

pc服务器一般用的操作系统是安全性、可靠性稍差的windows 2000/windows nt。目前造成windows nt口碑不佳的原因其实多少也在于大家对microsoft的偏见,其实windows nt安全性、可靠性和运算速度并不差,尤其是其windows2000发布以后,而windows2000针对服务器市场又分为多个版本:windows2000 server、windows2000 advance server、windows2000 datacenter server。

目前在服务器操作系统市场上的ms windows 2000/nt市场占有率在50%以上,而且windows nt在操作界面的易用性、通用性、易开发性、大量的应用软件支持上有绝对的优势;另外,pc服务器还可以支持现在流行的linux、sco unix、solaris for x86等unix操作系统,对于文件和打印服务器novell netware操作系统也是一个不错的选择。

相对而言,pc服务器具有较高的性能价格比,通用性是其最大的一个优点,会使用pc机就可以很容易地使用pc服务器,它的硬件结构与pc机差不多,用户心里有底;它的操作系统一般是windows nt/2000,又对用惯windows 95/98的用户来说容易掌握,而且应用软件也更丰富。另外,价格便宜也是pc服务器的优势,价位处于pc机与昂贵的小型机之间,具有最佳的性能价格比。

什么是小型机

百科是这么说的:小型机是指采用精简指令集处理器,性能和价格介于服务器和大型主机之间的一种高性能 64 位计算机,同时也叫Unix服务器,通常使用自家封闭的UNIX操作系统和专属的硬件架构。比如IBM采用Power处理器和AIX操作系统,Sun、Fujitsu(富士通)公司采用SPARC处理器架构和Solaris操作系统,HP采用安腾处理器和HP-UX操作系统等等。另外,I/O 总线也不相同,比如Fujitsu 是 PCI,Sun 是 SBus。这就意味着各公司小型机机器上的IO设备 ,如网卡、显示卡、SCSI 卡等也都是专用的。这样封闭的硬件架构和操作系统会被厂家调校到性能最优、最稳定,再采取冗余等保证措施,并建立完整、快速响应的服务体系,保证了小型机的高RAS(Reliability, Availability, Serviceability 高可靠性、高可用性、高服务性)。

小型机往往应用于金融、电力、电信等行业,这些用户看重的是Unix操作系统和专用服务器RAS特性、纵向扩展性和高并发访问下的出色处理能力。这些特性是普通的X86服务器很难达到的,所以在数据库等关键应用一般都采用“高大贵”的小型机方案。
稳重的小型机体系从研发-生产-销售-服务整个链条都是“封闭”的,导致小型机发展缓慢、竞争也不充分。和“开源”的X86“百花齐放”的体系相比,不管在技术上、价格上在现在这个时代都失去优势。小机的封闭架构是发展前期获取成功的根源,却是互联网数据泛滥时代走向衰弱的导火索。

X86走的是另外一条路,一条互联网的路。X86的发展和互联网的进程完全契合。互联网的核心精神是“草根”,是开放共享,是共同发展,大家都是吃瓜群众,没有谁比谁更重要。能生产X86服务器厂家很多,但没有一家是完全包办的。每个部件都可以有不同的选择,竞争充分、优胜劣汰。所以X86服务器一直在持续发展,一直在适应发展,现在已经接近小型机的RAS,并且性能上都和小型机不相上下,比如在8路(及以下)的机型上,X86服务器的性能已经超越了小型机的领军机型Power。

X86服务器最常用的操作系统—Linux继承了UNIX的设计思想,也是一个性能稳定的多用户网络操作系统,而且有很多的开源版本。来自全世界的无数程序员一起参与了Linux的修改、编写工作,程序员可以根据自己的兴趣、灵感和需求对其进行补充和修改,这让Linux吸收了无数程序员的精华,不断壮大,还降低使用门槛,吸引大量用户使用,百炼成钢。现在绝大多数服务器端的应用都是运行在Linux操作系统下的,Linux成为最普及的操作系统。

英特尔从2010年发布的Nehalem-EX架构至强7500处理器,使X86平台真正具有了叫板同时期主流小型机系统的实力。而至强系列处理器所实现的睿频加速、超线程、虚拟化和智能节能等一系列技术,使x86架构的服务器在性能上足以抗衡基于RISC架构的小型机,但在成本上却大大降低。更新一代的至强E7处理器,在系统可用性技术和数据完整性技术上又有了长足进步,RAS特性日趋完善,还引入了更多可靠性设计,如提升内存可靠性设计、推出增强的MCA架构eMCA2.0等,使得基于X86的服务器也达到99.999%的稳定性。

▲Intel® Xeon® E7 RAS特性日趋完善

2008年当“阿里巴巴”提出去“IOE”的时候,大部分“名门正派”的IT部门觉得这是“痴人做梦”、“自掘坟墓”。几年后,真正被惊醒的却是“名门正派”们。他们发现互联网企业的系统比自己的复杂得多了,用户也多得多,相对自己的系统,用户的并发是“天量”的。这些应用对服务器性能要求和稳定性的也很苛刻…居然都已经成功替换成X86服务器了。而自己使用的小型机经过一段时间的运行,封闭架构导致的弊病都呈现出来了:

• 采购成本过高
• 管理复杂,缺乏自动化运维和统一管理
• 缺少备品备件,维保费用高,出了故障停机时间长
• 需要的人员要求高
• 应用开发成本高
• TCO居高不下
• ……

由于以上原因,传统基础设提供者参照互联网企业的去“IOE”的经验,采用高RAS的X86服务器来代替小型机的动力和愿望越来越强烈。但是选择什么样的X86服务器却成为难题。

华为推出的KunLun开放架构小型机是一系列基于最新的Intel® Xeon® 系列处理器,并采用了诸多最新技术的高端服务器。系统架构的设计理念是“高可靠,高可用,高性能,易维护,可伸缩”:具有同类产品中最强的可靠性,极速的性能,领先的弹性架构设计,以及开放易用的集中式管理平台,可以全面满足关键业务,大型数据库,内存数据库,虚拟化,高性能计算等业务负载的要求。和普通X86服务器相比,华为利用其自研的RAS2.0和NC互联芯片技术研制的关键业务服务器KunLun,计算性能和可靠性远胜于其他X86服务器,媲美小型机,让客户迁移更放心:
• 高可靠:基于RAS2.0特性,部件全冗余,系统无单点故障,99.9996%的超高可靠性;支持故障分析告警和故障隔离,业界首次支持CPU和内存的在线热替换,确保故障在线处理业务不中断,可靠性媲美传统小型机,并可以实现系统平滑扩容。
• 高性能:4 to 32路纵向平滑扩展,最高可达1200万tpmC,满足客户未来5年业务需求。
• TCO节省:采用X86开放架构,融入主流生态链,采购成本及运维成本降低30%,so easy!

▲创新的RAS2.0技术提供更高级别的可靠性

云计算的核心理念是“按需供给”,云计算资源池内并不是只需要虚拟机服务,核心应用上还是需要高性能的计算服务,需要采用物理服务器来承载。用软件定义出来的虚拟机,比起物理服务器来多了迁移、镜像管理等功能,在管理、配置、运营上也带来很多便利。而华为KunLun系列小机入云以后,就可以像虚拟机一样进行统一管理和自动发放的神奇功能,不再需要手工安装物理服务器的操作系统和软件,不需要手工配置网络和存储等,使用起来像虚拟机一样方便。使得资源池管理者可以统一管理云内包括物理裸机在内的所有的计算、网络和存储资源。

从UNIX小机迁移到KunLun小机,由于服务器架构和操作系统的变化,需要有一套严谨的应用和数据迁移方法。KunLun小机在多个行业的数据库替换和整合、关键业务替换等场景中获得成功,积累了丰富经验。并总结出完善的基于信息采集与评估、计划和设计、实施、确认及系统优化等4个阶段,17个步骤,30个标准动作场景的应用和数据迁移方案。确保每个用户、每个场景的业务平滑迁移、保障业务连续性。

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