第1章

緒論1.1計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程1.2智能計(jì)算時(shí)代1.3鯤鵬計(jì)算生態(tài)學(xué)習(xí)要點(diǎn)1.1.1 計(jì)算時(shí)代1.0：專用計(jì)算大型計(jì)算機(jī)大型計(jì)算機(jī)又稱為大型主機(jī)，最早是指裝在體積較大的鐵框盒中的大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。大型計(jì)算機(jī)使用專用處理器及配套指令集、專用操作系統(tǒng)和專用應(yīng)用軟件。通常，業(yè)界提到的大型計(jì)算機(jī)特指國(guó)際商業(yè)機(jī)器（InternationalBusinessMachines，IBM）公司從System/360開始生產(chǎn)的系列計(jì)算機(jī)，有時(shí)也指由幾個(gè)特定廠商，如日立數(shù)據(jù)系統(tǒng)（HitachiDataSystems，HDS）、阿姆達(dá)爾（Amdahl）制造的兼容計(jì)算機(jī)。1.1.1 計(jì)算時(shí)代1.0：專用計(jì)算20世紀(jì)80年代以來(lái)，一部分大型計(jì)算機(jī)和小型計(jì)算機(jī)的供應(yīng)商順應(yīng)市場(chǎng)變化，放棄原有模式，加入以客戶端/服務(wù)器（Client/Server，C/S）架構(gòu)為主導(dǎo)的服務(wù)器陣營(yíng)。隨著時(shí)間的推移，在個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer，PC）集群的沖擊下，無(wú)法適應(yīng)這種變化的小型計(jì)算機(jī)已經(jīng)完全被淘汰，唯獨(dú)大型計(jì)算機(jī)（特指IBM系列產(chǎn)品）一息尚存，其核心原因在于，大型計(jì)算機(jī)具備極高的可靠性、可用性和可服務(wù)性（Reliability，AvailabilityandServiceability，RAS）特性及輸入/輸出（Input/Output，I/O）處理能力。可靠性：大型計(jì)算機(jī)能長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)轉(zhuǎn)可用性：大型計(jì)算機(jī)的重要數(shù)據(jù)都有備份機(jī)制，能進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)恢復(fù)，大型計(jì)算機(jī)能及時(shí)檢測(cè)到可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并提前轉(zhuǎn)移正在運(yùn)行的計(jì)算任務(wù)到其他計(jì)算設(shè)備上可服務(wù)性：大型計(jì)算機(jī)能實(shí)時(shí)在線診斷，精確定位問(wèn)題所在，做到準(zhǔn)確無(wú)誤地快速修復(fù)，進(jìn)而快速恢復(fù)業(yè)務(wù)，降低故障影響RAS1.1.2 計(jì)算時(shí)代2.0：通用計(jì)算x86是英特爾通用計(jì)算機(jī)系列的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)縮寫，也表示一套通用的計(jì)算機(jī)指令集，x與處理器本身沒有任何關(guān)系，只是對(duì)所有型號(hào)帶86系統(tǒng)的簡(jiǎn)單的通配符定義。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，x86架構(gòu)成為PC的主流選擇。x86與i386、i486、i586、i686等86系列或80x86泛指英特爾開發(fā)、制造的一種微處理器體系結(jié)構(gòu)。最早的名稱都是以數(shù)字來(lái)表示的，并以“86”結(jié)尾，包括英特爾8086、80186、80286、80386及80486，因此其架構(gòu)被稱為x86。1965年，英特爾創(chuàng)始人戈登·摩爾提出“摩爾定律”，即“當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目大約每隔18～24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍”。英特爾的通用計(jì)算機(jī)指令集x86架構(gòu)使計(jì)算從專用走向了通用，開啟了計(jì)算時(shí)代2.0。在個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展的歷程中，x86架構(gòu)幾乎遍布整個(gè)計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)，尤其是對(duì)服務(wù)器市場(chǎng)的發(fā)展而言，x86架構(gòu)做出了重大貢獻(xiàn)，并最終使得x86服務(wù)器市場(chǎng)成為全球最龐大的IT產(chǎn)品市場(chǎng)之一。在計(jì)算時(shí)代2.0，計(jì)算產(chǎn)業(yè)迎來(lái)更加開放、標(biāo)準(zhǔn)化和小型化的巨大變革。與此同時(shí)，單一計(jì)算架構(gòu)（x86架構(gòu)）也因其自身的局限帶來(lái)了一些問(wèn)題。1.1.3 計(jì)算時(shí)代3.0：智能計(jì)算該時(shí)代最顯著的特征是計(jì)算架構(gòu)從通用演變到異構(gòu)。從通用計(jì)算開始，計(jì)算的核心應(yīng)用場(chǎng)景經(jīng)歷了從桌面互聯(lián)到移動(dòng)互聯(lián)的變革，目前正走向萬(wàn)物互聯(lián)。隨著下一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IoT）和云計(jì)算技術(shù)的日趨成熟，當(dāng)前的應(yīng)用創(chuàng)新頻率越來(lái)越高，數(shù)量和種類也越來(lái)越多，云計(jì)算加邊緣計(jì)算配合移動(dòng)端載體的“端、邊、云”協(xié)同方式逐漸成為主流模式，綜合應(yīng)用的創(chuàng)新與變革對(duì)計(jì)算平臺(tái)提出了新挑戰(zhàn)。自2018年起，全球眾多廠商陸續(xù)推出基于高級(jí)精簡(jiǎn)指令集機(jī)器（AdvancedRISCMachine，ARM）架構(gòu)的服務(wù)器產(chǎn)品，打破了長(zhǎng)期被x86架構(gòu)主導(dǎo)的服務(wù)器市場(chǎng)。依賴單一CPU架構(gòu)的時(shí)代已迎來(lái)變革，計(jì)算正在邁入“多樣性時(shí)代”。當(dāng)前，多種計(jì)算架構(gòu)同時(shí)存在，包括CPU、數(shù)字信號(hào)處理（DigitalSignalProcessing，DSP）、通用處理器（GeneralProcessUnit，GPU）、AI場(chǎng)景下的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FieldProgrammableGateArray，F(xiàn)PGA）、網(wǎng)絡(luò)處理器（NetworkProcessor，NP）等。1.1計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程1.2智能計(jì)算時(shí)代1.3鯤鵬計(jì)算生態(tài)學(xué)習(xí)要點(diǎn)1.2.1 后“摩爾定律”時(shí)代“摩爾定律”提出后的近60年里，計(jì)算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌跡驗(yàn)證了其相對(duì)科學(xué)性，但它也有一定的局限性。2016年5月，《麻省理工科技評(píng)論》刊發(fā)的《摩爾定律終結(jié)》—文提出，要使摩爾定律繼續(xù)有效，就必須使用復(fù)雜的制造工藝，而該工藝高昂的成本超過(guò)了由此帶來(lái)的成本節(jié)約，在更快的速度、更低的能耗和更低的成本這3個(gè)因素中，芯片廠商只能三選二。雖然制造工藝還有一定的提升空間，但也將在15年后達(dá)到極限。在2018年“未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮暨F2科學(xué)峰會(huì)”上，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校電子工程系的薩勃拉曼尼亞·斯瓦米和杰森·吳兩位專家也談到了“摩爾定律終結(jié)”的問(wèn)題，其中薩勃拉曼尼亞·斯瓦米提出使用系統(tǒng)級(jí)封裝（SysteminPackage，SIP）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)“MorethanMoore”。與此同時(shí)，業(yè)界也在積極探索碳基半導(dǎo)體材料，并研究其他計(jì)算技術(shù)，如量子計(jì)算、脫氧核糖核酸（DeoxyribonucleicAcid，DNA）計(jì)算、自旋波計(jì)算等，尋求后“摩爾定律”時(shí)代的發(fā)展。1.2.2 計(jì)算產(chǎn)業(yè)新時(shí)代計(jì)算產(chǎn)業(yè)是IT的基礎(chǔ)，是每一次產(chǎn)業(yè)變革的驅(qū)動(dòng)力，從云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、AI到邊緣計(jì)算、IoT，都離不開強(qiáng)大的算力支撐。當(dāng)前，隨著智慧場(chǎng)景的增加，智慧應(yīng)用越來(lái)越普及，對(duì)算力的需求也日趨多樣化，不僅有端、邊、云不同的場(chǎng)景，還有更關(guān)注性能的、更關(guān)注能耗的、更關(guān)注時(shí)延的，以及更關(guān)注產(chǎn)品耐受性的場(chǎng)景。服務(wù)器的算力形態(tài)已經(jīng)從傳統(tǒng)應(yīng)用自上而下的“前端主機(jī)-應(yīng)用主機(jī)-數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)”的煙囪架構(gòu)，發(fā)展到以共享為核心的虛擬化、云化架構(gòu)，進(jìn)而發(fā)展到現(xiàn)在的AI計(jì)算、邊緣計(jì)算、高性能計(jì)算（HighPerformanceComputing，HPC）。計(jì)算架構(gòu)正面臨越來(lái)越多不同類型的計(jì)算需求，既要能適應(yīng)不同的算力需求，又要在部署、管理、運(yùn)維等方面予以優(yōu)化和適配。在此情形下，計(jì)算產(chǎn)業(yè)面臨著兩大挑戰(zhàn)：一是如何突破傳統(tǒng)服務(wù)器的算力瓶頸，二是如何有效降低運(yùn)維管理成本。1.2.2 計(jì)算產(chǎn)業(yè)新時(shí)代華為“無(wú)邊界計(jì)算”服務(wù)器戰(zhàn)略1.2.2 計(jì)算產(chǎn)業(yè)新時(shí)代華為智能計(jì)算通過(guò)加速部件來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的性能優(yōu)化，從計(jì)算到數(shù)據(jù)讀寫，再到網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)環(huán)節(jié)，都有相應(yīng)的加速部件來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)層面的優(yōu)化，具體包括以下3個(gè)層面。ACB處理器層面數(shù)據(jù)讀寫層面網(wǎng)絡(luò)層面通過(guò)節(jié)點(diǎn)互連控制器，實(shí)現(xiàn)多個(gè)CPU互連、協(xié)同工作。通過(guò)研發(fā)智能固態(tài)硬盤（SolidStateDisk，SSD）控制器，提升讀寫I/O性能、降低讀寫時(shí)延。網(wǎng)絡(luò)層面：通過(guò)研發(fā)智能網(wǎng)絡(luò)控制器，把之前需要在CPU上完成的工作移交給網(wǎng)絡(luò)控制器，從而提升系統(tǒng)整體性能。1.1計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程1.2智能計(jì)算時(shí)代1.3鯤鵬計(jì)算生態(tài)學(xué)習(xí)要點(diǎn)1.3 鯤鵬計(jì)算生態(tài)鯤鵬計(jì)算生態(tài)是基于鯤鵬處理器的基礎(chǔ)軟硬件設(shè)施、行業(yè)應(yīng)用及服務(wù)，涵蓋從底層硬件、基礎(chǔ)軟件到行業(yè)應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈條。面向智能計(jì)算時(shí)代，華為和行業(yè)參與者一起構(gòu)建鯤鵬計(jì)算生態(tài)，共同為各行業(yè)提供基于鯤鵬處理器的領(lǐng)先IT基礎(chǔ)設(shè)施及行業(yè)應(yīng)用。1.3.1

鯤鵬計(jì)算硬件體系概覽智能加速引擎和智能管理引擎包含華為自研的SSD和智能網(wǎng)卡，以及跨平臺(tái)管理的FusionDirector智能管理軟件。鯤鵬通用計(jì)算平臺(tái)包括鯤鵬處理器的TaiShan服務(wù)器、鯤鵬開發(fā)套件（KunpengDevKit）、鯤鵬主板和開源系列軟件。其中，TaiShan服務(wù)器是華為自有品牌產(chǎn)品，而鯤鵬主板用于供應(yīng)給參與鯤鵬計(jì)算生態(tài)建設(shè)的合作廠商。Atlas人工智能計(jì)算平臺(tái)可為不同應(yīng)用場(chǎng)景提供AI算力，包括板卡部件級(jí)產(chǎn)品Atlas200/300系列、小型工作站Atlas500系列、邊緣和數(shù)據(jù)中心Atlas800系列、集群產(chǎn)品Atlas900系列等。1.3.2 鯤鵬開源軟件概覽openEuler操作系統(tǒng)01OPTION操作系統(tǒng)EulerOS的名稱源自著名數(shù)學(xué)家萊昂哈德·歐拉，它是一款基于Linux內(nèi)核的操作系統(tǒng)，支持x86和ARM等多種處理器架構(gòu)。在十多年的發(fā)展歷程中，EulerOS始終以安全、穩(wěn)定、高效為目標(biāo)，成功支持了華為的計(jì)算產(chǎn)品和解決方案，成為國(guó)際上頗具影響力的操作系統(tǒng)。EulerOS在華為內(nèi)部已有十多年的技術(shù)積累，廣泛應(yīng)用于華為內(nèi)部產(chǎn)品，并且華為已基于對(duì)鯤鵬處理器的深刻理解，在性能、可靠性、安全性等方面對(duì)其進(jìn)行了深度優(yōu)化，以保證這一操作系統(tǒng)為鯤鵬計(jì)算生態(tài)提供足夠的支撐。為促進(jìn)鯤鵬計(jì)算生態(tài)建設(shè)，華為將EulerOS開源為openEuler，簡(jiǎn)稱“歐拉”，它適用于數(shù)據(jù)庫(kù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、AI等應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)，它也是一個(gè)面向全球的操作系統(tǒng)開源社區(qū)。1.3.2 鯤鵬開源軟件概覽openEuler操作系統(tǒng)01OPTIONopenEuler操作系統(tǒng)主要面向服務(wù)器，通過(guò)創(chuàng)新架構(gòu)、全棧優(yōu)化，打造全場(chǎng)景協(xié)同的統(tǒng)一操作系統(tǒng)，為多樣化架構(gòu)釋放算力。openEuler的主要組件包括基礎(chǔ)加速庫(kù)、虛擬化、內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)、編譯器、操作系統(tǒng)工具、OpenJDK等，具體介紹如下。應(yīng)用中間層：提供了多種類型的中間件，提供數(shù)據(jù)庫(kù)、桌面、機(jī)密計(jì)算等系統(tǒng)軟件，支持openEuler上的應(yīng)用軟件共享資源。運(yùn)行時(shí)及加速庫(kù)：層提供了程序運(yùn)行時(shí)庫(kù)（如華為畢昇JDK）和加速庫(kù)。其中，JDK是Java開發(fā)工具包的簡(jiǎn)稱。虛擬化及容器層：提供了虛擬化和容器能力，用戶可以根據(jù)需求選擇使用。iSulad通用容器引擎是一種新容器技術(shù)，可提供統(tǒng)一架構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)滿足通信技術(shù)（CommunicationTechnology，CT）和IT領(lǐng)域的不同需求。內(nèi)核層：為應(yīng)用程序提供了多種對(duì)計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行安全訪問(wèn)的系統(tǒng)調(diào)用，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的進(jìn)程、內(nèi)存、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、文件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。(1)(2)(3)(4)1.3.2 鯤鵬開源軟件概覽openGauss數(shù)據(jù)庫(kù)02OPTIONopenGauss是一款開源關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（RelationalDatabaseManagementSystem，RDBMS），采用木蘭寬松許可證v2發(fā)行，支持鯤鵬和x86處理器，支持openEuler、Ubuntu等Linux操作系統(tǒng)。openGauss的內(nèi)核源自PostgreSQL。openGauss深度融合華為在數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域多年的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合企業(yè)級(jí)場(chǎng)景需求，持續(xù)構(gòu)建競(jìng)爭(zhēng)力特性。同時(shí)，它作為一個(gè)開源、免費(fèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，鼓勵(lì)社區(qū)貢獻(xiàn)與合作。openGauss是典型的單機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，支持一主多備部署，最多可支持8臺(tái)備機(jī)。1.3.2 鯤鵬開源軟件概覽openGauss數(shù)據(jù)庫(kù)02OPTIONopenGauss系統(tǒng)架構(gòu)如圖所示，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單個(gè)物理節(jié)點(diǎn)上，數(shù)據(jù)訪問(wèn)任務(wù)被推送到服務(wù)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，通過(guò)服務(wù)器的高并發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)處理的快速響應(yīng)。同時(shí)，可以通過(guò)日志復(fù)制把數(shù)據(jù)復(fù)制到備機(jī)上，提供數(shù)據(jù)的高可靠性和讀擴(kuò)展能力。1.3.2 鯤鵬開源軟件概覽openLooKeng數(shù)據(jù)虛擬化引擎03OPTIONopenLooKeng的LooKeng取自我國(guó)著名數(shù)學(xué)家華羅庚的英文名（威妥瑪拼寫）Loo-kengHua。同時(shí)，LooKeng的發(fā)音也與英文Looking相近，意為查詢、分析各種數(shù)據(jù)，使大數(shù)據(jù)分析更簡(jiǎn)單。openLooKeng能支持?jǐn)?shù)據(jù)探索、即席查詢和批處理等操作，具有100+毫秒～1分鐘級(jí)的近實(shí)時(shí)時(shí)延且無(wú)須移動(dòng)數(shù)據(jù)。openLooKeng還支持層次化部署，使地理上遠(yuǎn)程的openLooKeng集群能參與同一個(gè)查詢。利用跨區(qū)域查詢的優(yōu)化能力，openLooKeng使遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的查詢可以接近本地查詢的性能。openLooKeng是一個(gè)“開箱即用”的引擎，支持在任何地點(diǎn)（包括遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)源）對(duì)任何數(shù)據(jù)進(jìn)行原位分析。它通過(guò)SQL2003接口提供所有數(shù)據(jù)的全局視圖。openLooKeng具有高可用性（HighAvailability，HA）、自動(dòng)伸縮特性，支持內(nèi)置緩存和索引等功能，為企業(yè)級(jí)工作負(fù)載提供所需的可靠性。openLooKeng使用業(yè)界著名的開源SQL引擎Presto來(lái)提供交互式查詢、分析能力，并在融合場(chǎng)景查詢、跨數(shù)據(jù)中心/云、數(shù)據(jù)源擴(kuò)展、性能、可靠性、安全性等方面深耕，讓數(shù)據(jù)治理與使用更簡(jiǎn)單。2019年7月，華為云宣布，基于鯤鵬的首批鯤鵬云基礎(chǔ)服務(wù)和鯤鵬凌云伙伴計(jì)劃正式發(fā)布，向產(chǎn)業(yè)全面釋放鯤鵬新算力，加速企業(yè)創(chuàng)新升級(jí)。華為云發(fā)布的第一批基礎(chǔ)云服務(wù)包括鯤鵬裸金屬服務(wù)器（BareMetalServer，BMS）、鯤鵬彈性云服務(wù)器（ElasticCloudServer，ECS）、鯤鵬Kubernetes容器和鯤鵬Serverless容器，通過(guò)不同顆粒度的基礎(chǔ)云服務(wù)，滿足用戶多樣化的應(yīng)用和部署要求。1.3.3

鯤鵬云計(jì)算技術(shù)概覽右圖所示為華為鯤鵬云基于鯤鵬處理器、存儲(chǔ)控制、網(wǎng)絡(luò)控制、板載管理、AI等多元化芯片，構(gòu)建以TaiShan服務(wù)器、華為存儲(chǔ)、華為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等為基礎(chǔ)設(shè)施的智能云數(shù)據(jù)中心。1.3.4

鯤鵬社區(qū)及三大開源社區(qū)鯤鵬社區(qū)是華為為鯤鵬開發(fā)者提供的一站式資源獲取和技術(shù)交流平臺(tái)，提供完善的軟件資源、技術(shù)知識(shí)、產(chǎn)品方案、生態(tài)政策、交易平臺(tái)，匯聚全棧的資源和經(jīng)驗(yàn)，以幫助鯤鵬開發(fā)者、技術(shù)愛好者的技能增長(zhǎng)。與此同時(shí)，openEuler、openGauss和openLooKeng三大開源社區(qū)通過(guò)開放社區(qū)形式與全球開發(fā)者共同構(gòu)建開放、多元和架構(gòu)包容的軟件生態(tài)體系。學(xué)習(xí)進(jìn)步！鯤鵬智能計(jì)算導(dǎo)論第2章

計(jì)算機(jī)與服務(wù)器鯤鵬智能計(jì)算導(dǎo)論2.1服務(wù)器發(fā)展概述2.2計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)2.3計(jì)算平臺(tái)的性能指標(biāo)與測(cè)試學(xué)習(xí)要點(diǎn)2.1.1 計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展歷程1942年，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研發(fā)出世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)——電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer，ENIAC），共采用約18000個(gè)電子管，能耗約為150kW，重約30t，每秒能做5000次加法運(yùn)算。盡管ENIAC存儲(chǔ)容量較小且工作可靠性一般，但作為人類歷史上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，它的出現(xiàn)有著劃時(shí)代的意義。在ENIAC誕生后，計(jì)算機(jī)性能發(fā)生了巨大變化。業(yè)內(nèi)習(xí)慣把計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段劃分成不同“代”，但沒有統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)。主流劃分方式是按照計(jì)算機(jī)采用的邏輯元器件的不同來(lái)劃分的。2.1.1 計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展歷程這一代計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)是采用電子管作為邏輯元器件，采用水印延遲線和陰極射線管等材料作為主存儲(chǔ)器，用穿孔卡作為輔助存儲(chǔ)器，運(yùn)算速度為每秒幾千次到上萬(wàn)次。這一代計(jì)算機(jī)的體積非常龐大，運(yùn)算速度低且造價(jià)高，最具代表性的是馮·諾依曼參與設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)——離散變量自動(dòng)電子計(jì)算機(jī)（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer，EDVAC），主要用于軍事和科學(xué)領(lǐng)域。第一代：電子管計(jì)算機(jī)第二代：晶體管計(jì)算機(jī)第三代：集成電路計(jì)算機(jī)這一代計(jì)算機(jī)采用晶體管作為邏輯元器件，采用磁性材料作為主存儲(chǔ)器（磁芯存儲(chǔ)器），利用磁鼓和磁盤作為輔助存儲(chǔ)器，硬件能實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算，運(yùn)算速度則提升至每秒幾萬(wàn)次到幾十萬(wàn)次。這一代計(jì)算機(jī)的可靠性和計(jì)算能力大大提高了，能耗也降低了不少，因此市場(chǎng)上出現(xiàn)了中小型計(jì)算機(jī)。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)軟件有了進(jìn)一步提升，出現(xiàn)了Fortran、COBOL、ALGOL等一系列高級(jí)程序語(yǔ)言，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)，最重要的是操作系統(tǒng)在這個(gè)階段也初見雛形。這一代計(jì)算機(jī)使用中小規(guī)模集成電路作為邏輯元器件，主要采用硅基半導(dǎo)體作為主存儲(chǔ)器。由于硅基半導(dǎo)體技術(shù)突飛猛進(jìn)，集成電路的制造工藝可以將更多電子元器件組成的邏輯電路集成到一個(gè)指甲蓋大小的單晶硅片上，硬件運(yùn)算速度也達(dá)到了每秒幾十萬(wàn)次到幾百萬(wàn)次。這一代計(jì)算機(jī)運(yùn)算精度高、存儲(chǔ)容量大，性能比第二代有了更大的提升。最重要的是，這個(gè)階段的高級(jí)程序語(yǔ)言有了更大的發(fā)展，操作系統(tǒng)的功能也日趨完善，計(jì)算機(jī)在科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。2.1.1 計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展歷程這一代計(jì)算機(jī)采用大規(guī)模或者超大規(guī)模集成電路技術(shù)，運(yùn)算速度達(dá)到每秒上千萬(wàn)次至上億次。從20世紀(jì)70年代開始，微處理器和微型計(jì)算機(jī)也相繼問(wèn)世，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。尤其是1985年以后，隨著微型計(jì)算機(jī)的快速普及，局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)也迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用走向了網(wǎng)絡(luò)化。第四代：大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)第五代：新一代計(jì)算機(jī)第六代也稱第5代計(jì)算機(jī)，指采用巨大規(guī)模集成電路，運(yùn)算速度達(dá)到每秒幾十億次以上的計(jì)算機(jī)，計(jì)算類型也從數(shù)值計(jì)算發(fā)展到知識(shí)推理，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言也向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、產(chǎn)品化的方向發(fā)展。隨著硅基半導(dǎo)體技術(shù)逐漸達(dá)到物理極限，整個(gè)計(jì)算行業(yè)都在研發(fā)基于新器件和新體系的下一代計(jì)算機(jī)，如量子計(jì)算機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)等，目前已經(jīng)取得了階段性進(jìn)展。2.1.2 服務(wù)器硬件的發(fā)展歷程硬件是指那些具有較高計(jì)算能力，能提供給多個(gè)用戶使用的計(jì)算機(jī)硬件；軟件是指能夠管理硬件資源并為用戶提供服務(wù)的計(jì)算機(jī)軟件，如文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和應(yīng)用程序服務(wù)器等。本書中提到的服務(wù)器是指計(jì)算機(jī)硬件。相對(duì)于PC，服務(wù)器通常需要7×24小時(shí)全天候不間斷運(yùn)行，這需要高可靠性、高可用性、高可服務(wù)性技術(shù)的支撐。服務(wù)器使用的CPU、芯片組、內(nèi)存、磁盤系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等硬件也和PC有所不同。2.1.2 服務(wù)器硬件的發(fā)展歷程通用計(jì)算時(shí)代從1978年英特爾推出第一代x86架構(gòu)處理器之后，x86架構(gòu)使計(jì)算由專用走向了通用。這個(gè)時(shí)代也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)突飛猛進(jìn)的時(shí)期，瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）和C/S架構(gòu)被廣泛應(yīng)用，“服務(wù)器”這個(gè)名詞也被大規(guī)模使用。智能計(jì)算時(shí)代沒有一個(gè)單一的計(jì)算架構(gòu)能滿足所有應(yīng)用場(chǎng)景以及所有數(shù)據(jù)類型的處理，依賴單一CPU計(jì)算架構(gòu)的時(shí)代即將變革。在這個(gè)時(shí)代，各種CPU、DSP、GPU、AI芯片、FPGA等不同計(jì)算架構(gòu)同時(shí)存在。多種計(jì)算架構(gòu)共存的異構(gòu)計(jì)算可滿足業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的多樣性需求，這個(gè)時(shí)代的服務(wù)器的特點(diǎn)是，除CPU之外，還會(huì)搭載各種異構(gòu)芯片。專用計(jì)算時(shí)代采用大型計(jì)算機(jī)和小型計(jì)算機(jī)這一類的計(jì)算硬件，用于執(zhí)行計(jì)算任務(wù)。這個(gè)時(shí)代的計(jì)算機(jī)相對(duì)體積較大，使用專用操作系統(tǒng)和專用應(yīng)用軟件。0102032.1.3 服務(wù)器軟件的發(fā)展歷程服務(wù)器操作系統(tǒng)01OPTIONUNIX由AT&T公司推出，主要用于支持大型文件系統(tǒng)服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)等。市面上曾經(jīng)出現(xiàn)的UNIX主要有SCOSVR、SunSolaris、IBMAIX、HP-UX、FreeBSD等。當(dāng)前，在金融領(lǐng)域還有少量IBM小型計(jì)算機(jī)和HP小型計(jì)算機(jī)，使用的正是IBMAIX和HP-UX。Linux的創(chuàng)始人是萊納斯·托瓦爾茲，他從開始編寫操作系統(tǒng)內(nèi)核時(shí)就考慮與UNIX相兼容，因此幾乎所有UNIX的工具都可以運(yùn)行在Linux上。這種類UNIX操作系統(tǒng)可以看作UNIX的分支，基本都是為服務(wù)器設(shè)計(jì)的。常見的Linux發(fā)行版有RedHat、SUSE、Debian、CentOS、Ubuntu等。當(dāng)前，在服務(wù)器上，Linux占據(jù)了絕對(duì)份額，越來(lái)越多的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都部署在Linux上。微軟公司發(fā)行的WindowsServer版本。迄今為止，微軟發(fā)行的WindowsServer版本有WindowsNT系列、Windows2000Server系列、WindowsServer2003系列、WindowsServer2008系列、WindowsServer2012系列、WindowsServer2016系列，以及WindowsServer2019/2022系列。總體而言，WindowsServer能夠提供相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境和較容易維護(hù)的圖形用戶界面，廣泛適用于中小型規(guī)模的應(yīng)用。UNIXLinuxWindowsServer2.1.3 服務(wù)器軟件的發(fā)展歷程服務(wù)器應(yīng)用軟件02OPTION提供動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)的Web服務(wù)，一般安裝Apache、Lighttpd、Nginx等網(wǎng)頁(yè)服務(wù)端程序。網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器主要用于文件的存放、歸檔及共享等。例如，Linux操作系統(tǒng)下支持文件傳輸協(xié)議（FileTransferProtocol，F(xiàn)TP）服務(wù)的vsftp軟件。文件服務(wù)器提供數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，若安裝openGauss、MySQL、PostgreSQL、SQLServer、MongoDB、Redis等數(shù)據(jù)庫(kù)，則可能是高可用的主備架構(gòu)或雙活架構(gòu)。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通常在企業(yè)中承載辦公自動(dòng)化（OfficeAutomation，OA）、企業(yè)資源規(guī)劃（EnterpriseResourcePlanning，ERP）、客戶關(guān)系管理（CustomerRelationshipManagement，CRM）、財(cái)務(wù)軟件或者行業(yè)特殊大型應(yīng)用軟件，一般安裝企業(yè)級(jí)應(yīng)用軟件的服務(wù)端程序。大型應(yīng)用服務(wù)器提供域名解析服務(wù)，一般安裝伯克利互聯(lián)網(wǎng)名稱域（BerkeleyInternetNameDomain，BIND）等域名服務(wù)（DomainNameService，DNS）軟件，其角色可能是局域網(wǎng)內(nèi)部的DNS服務(wù)器，也可能是承載互聯(lián)網(wǎng)的DNS服務(wù)器。域名服務(wù)器提供電子郵件（E-mail）功能服務(wù)，一般安裝Sendmail、Postfix、Qmail、MicrosoftExchange等電子郵件服務(wù)應(yīng)用軟件。電子郵件服務(wù)器服務(wù)器應(yīng)用軟件2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)入門級(jí)服務(wù)器01OPTION入門級(jí)服務(wù)器可以滿足中小型網(wǎng)絡(luò)（如小規(guī)模公司）用戶的文件共享、打印服務(wù)、數(shù)據(jù)處理及簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的需求，也可以在小范圍內(nèi)完成E-mail、DNS等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。入門級(jí)服務(wù)器通常只使用1個(gè)處理器，并根據(jù)需要配置相應(yīng)大小的內(nèi)存（一般為256MB）和大容量串行先進(jìn)技術(shù)總線附屬接口（SerialAdvancedTechnologyAttachmentInterface，SATA）硬盤，必要時(shí)也會(huì)采用RAID技術(shù)（一種磁盤陣列技術(shù)，用于保證數(shù)據(jù)的可靠性和可恢復(fù)性）進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)。按應(yīng)用層次分類2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)工作組級(jí)服務(wù)器一般支持1或2個(gè)處理器，可支持大容量的差錯(cuò)校驗(yàn)（ErrorCheckingandCorrection，ECC）內(nèi)存，功能全面、可管理性強(qiáng)、易于維護(hù)。其中，ECC是一種內(nèi)存容錯(cuò)技術(shù)，多用于服務(wù)器上。工作組級(jí)服務(wù)器具備小型服務(wù)器所必備的各種特性，如采用小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（SmallComputerSystemInterface，SCSI）總線I/O系統(tǒng)，采用對(duì)稱多處理器結(jié)構(gòu)（SymmetricMulti-Processor，SMP），可搭配RAID卡、熱插拔硬盤、熱插拔電源等提升可用性和可靠性的組件或架構(gòu)，可為中小企業(yè)提供網(wǎng)頁(yè)、E-mail、數(shù)據(jù)庫(kù)等服務(wù)，也能用于學(xué)校的校園信息化和多媒體教室建設(shè)。通常情況下，如果應(yīng)用不復(fù)雜，沒有大型數(shù)據(jù)庫(kù)或者重資源消耗性應(yīng)用需要部署，使用工作組級(jí)服務(wù)器就可以滿足要求。國(guó)產(chǎn)服務(wù)器的質(zhì)量已與國(guó)外品牌旗鼓相當(dāng)，在中低端產(chǎn)品上，國(guó)產(chǎn)品牌的性價(jià)比更具優(yōu)勢(shì)，因此中小企業(yè)可以優(yōu)先考慮選擇國(guó)產(chǎn)品牌。如果企業(yè)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)比較復(fù)雜、數(shù)據(jù)流量比較大，則在資金允許的情況下，可以考慮選擇部門級(jí)或企業(yè)級(jí)服務(wù)器來(lái)承載關(guān)鍵業(yè)務(wù)。工作組級(jí)服務(wù)器02OPTION按應(yīng)用層次分類2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)部門級(jí)服務(wù)器通常可以支持2～4個(gè)處理器，具有較高的可靠性、可用性、可擴(kuò)展性和可管理性。這種類型的服務(wù)器集成了大量的監(jiān)測(cè)及管理電路，具有全面的服務(wù)器管理能力，可監(jiān)測(cè)如溫度、電壓、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等狀態(tài)參數(shù)。結(jié)合配套的服務(wù)器管理軟件，部門級(jí)服務(wù)器可以使管理人員及時(shí)了解服務(wù)器的工作狀況。同時(shí)，大多數(shù)部門級(jí)服務(wù)器具有優(yōu)良的系統(tǒng)可擴(kuò)展性，當(dāng)業(yè)務(wù)量迅速增大時(shí)，用戶能在不停機(jī)的情況下升級(jí)系統(tǒng)。部門級(jí)服務(wù)器是企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中分散的各基層數(shù)據(jù)采集單位與最高層數(shù)據(jù)中心保持順利連通的必要設(shè)備，適合中型企業(yè)用作數(shù)據(jù)中心、Web站點(diǎn)、數(shù)據(jù)庫(kù)等應(yīng)用服務(wù)器。部門級(jí)服務(wù)器03OPTION按應(yīng)用層次分類2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)企業(yè)級(jí)服務(wù)器屬于高端服務(wù)器，可支持4～8個(gè)處理器，擁有獨(dú)立的雙外圍組件互連（PeripheralComponetInterconnect，PCI）通道和內(nèi)存擴(kuò)展板設(shè)計(jì)，具有高內(nèi)存帶寬、大容量熱插拔硬盤和熱插拔電源，以及超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。這類服務(wù)器具有高度的容錯(cuò)能力、優(yōu)異的可擴(kuò)展性能和系統(tǒng)性能、極長(zhǎng)的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，能在很大程度上保護(hù)用戶投資，可用作大型企業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)、高負(fù)載應(yīng)用服務(wù)器。企業(yè)級(jí)服務(wù)器主要適用于需要處理大量數(shù)據(jù)、高處理速度和對(duì)可靠性要求極高的大型企業(yè)和重要行業(yè)（如金融、證券、交通、郵電、通信等），可提供ERP、電子商務(wù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、云計(jì)算、OA等服務(wù)。企業(yè)級(jí)服務(wù)器04OPTION按應(yīng)用層次分類2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)在復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（ComplexInstructionSetComputer，CISC）微處理器中，程序的各條指令是按順序執(zhí)行的，每條指令中的各個(gè)操作也是按順序執(zhí)行的。順序執(zhí)行的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，但計(jì)算機(jī)各部分的利用率不高，執(zhí)行速度慢。常見的使用CISC架構(gòu)的處理器有以下3類。英特爾的x86/x64架構(gòu)系列：奔騰、酷睿、志強(qiáng)系列。AMD的x86架構(gòu)系列：銳龍、AMDFX、APU、速龍和閃龍系列。x86指令授權(quán)系列：中科曙光的海光、上海兆芯集成電路股份有限公司的兆芯系列。CISC架構(gòu)服務(wù)器01OPTION按處理器架構(gòu)分類2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（ReducedInstructionSetComputer，RISC）的指令系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，它只要求硬件執(zhí)行有限且常用的那部分指令，大部分復(fù)雜的操作則使用成熟的編譯技術(shù)，由簡(jiǎn)單指令組成。常見的使用RISC架構(gòu)的處理器有以下3類。ARM系列：蘋果公司（以下簡(jiǎn)稱蘋果）的M1和M2、華為的鯤鵬處理器、天津飛騰信息技術(shù)有限公司的飛騰處理器。MIPS系列：龍芯中科技術(shù)股份有限公司的龍芯系列處理器。RISC-V系列：RISC-V是開源指令集，允許任何人設(shè)計(jì)、制造芯片，如中國(guó)科學(xué)院的“香山”系列處理器、阿里巴巴旗下的玄鐵系列處理器。RISC架構(gòu)服務(wù)器02OPTION按處理器架構(gòu)分類2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)通用服務(wù)器不是為某種服務(wù)專門設(shè)計(jì)的，它可以根據(jù)需要提供各種不同的服務(wù)功能，市面上常見的大多數(shù)服務(wù)器屬于通用服務(wù)器。這類服務(wù)器因?yàn)椴皇菍槟骋还δ芏O(shè)計(jì)的，所以在設(shè)計(jì)時(shí)就要兼顧多場(chǎng)景應(yīng)用的需要，服務(wù)器的結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜。通用服務(wù)器01OPTION按用途分類2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)專用（或稱“功能型”）服務(wù)器是專門為某一種或某幾種特定功能設(shè)計(jì)的服務(wù)器，如存儲(chǔ)歸檔服務(wù)器主要用于存放歸檔文件、鏡像文件等。該類服務(wù)器在性能上需要有與之相匹配的功能，例如,需要配備大容量、高速的硬盤以及專門的文件歸檔管理軟件，如FTP服務(wù)器主要用于文件傳輸，因此對(duì)服務(wù)器的硬盤穩(wěn)定性、存取速度、I/O帶寬方面有較高要求，而E-mail服務(wù)器則要求服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接入速率高、硬盤容量大。這些專用服務(wù)器的性能要求相對(duì)較低，因?yàn)樗恍枰獫M足應(yīng)用的特定需求即可，所以結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。通常，該類服務(wù)器采用了雙路CPU，通過(guò)軟件層的高可用架構(gòu)來(lái)滿足可靠性需求。專用服務(wù)器02OPTION按用途分類2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)塔式服務(wù)器采用的機(jī)箱是立式的，一般使用大容量機(jī)箱，其外觀類似于大柜子，有的與立式PC機(jī)箱大小相當(dāng)。入門級(jí)和工作組級(jí)服務(wù)器因?yàn)楣δ苄枨蟛欢啵瑑?nèi)部結(jié)構(gòu)需求比較簡(jiǎn)單，所以常采用這種機(jī)箱結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)常見的入門級(jí)和工作組級(jí)服務(wù)器基本上都采用這種機(jī)箱結(jié)構(gòu)。但是由于只有一臺(tái)主機(jī)，即使進(jìn)行升級(jí)，擴(kuò)展也有限。在一些特定應(yīng)用場(chǎng)景下，單機(jī)服務(wù)器無(wú)法滿足要求，需要多機(jī)協(xié)同工作，而塔式服務(wù)器體積較大、獨(dú)立性較強(qiáng)，多機(jī)協(xié)同工作時(shí)在空間使用和系統(tǒng)管理上都很不方便。塔式服務(wù)器的外形及結(jié)構(gòu)和立式PC機(jī)箱差不多。因?yàn)榉?wù)器的主板可擴(kuò)展性較強(qiáng)，插槽較多，所以其體積比普通主板大，塔式服務(wù)器的機(jī)箱也比標(biāo)準(zhǔn)的高級(jí)技術(shù)擴(kuò)展（AdvancedTechnologyExtended，ATX）機(jī)箱大，一般會(huì)預(yù)留足夠的空間以便日后擴(kuò)展。由于塔式服務(wù)器的機(jī)箱較大，服務(wù)器的配置也可以很高，冗余擴(kuò)展可以很齊備，所以它的應(yīng)用范圍非常廣。塔式服務(wù)器是非數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景下使用較廣泛的服務(wù)器。塔式服務(wù)器01OPTION按機(jī)箱結(jié)構(gòu)分類2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)機(jī)架式服務(wù)器多為矩形盒子外觀，看起來(lái)像一個(gè)抽屜。下圖所示為華為TaiShan200Pro服務(wù)器（型號(hào)2280）系列機(jī)架式服務(wù)器。其寬度為19英寸（1英寸≈25.4mm），高度以U（1U=1.75英寸≈44.45mm）為單位，通常有1U、2U、3U、4U、5U、7U等標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器。機(jī)架式服務(wù)器02OPTION按機(jī)箱結(jié)構(gòu)分類2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)機(jī)架式服務(wù)器的空間比塔式服務(wù)器小，所以這類服務(wù)器在可擴(kuò)展性和散熱上受到一定限制，配件也要經(jīng)過(guò)篩選，一般無(wú)法實(shí)現(xiàn)太全面的設(shè)備擴(kuò)展，所以單機(jī)性能有上限，應(yīng)用范圍也比較受制約，只能專注于某一類應(yīng)用，如Web服務(wù)、遠(yuǎn)程文件存儲(chǔ)等。如果需要提供更高的性能或者可靠性，則機(jī)架式服務(wù)器往往還會(huì)依賴多臺(tái)服務(wù)器配合高可用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。架式服務(wù)器的外觀按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，配合機(jī)柜統(tǒng)一使用，可以將其看作一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的塔式服務(wù)器，其設(shè)計(jì)宗旨主要是在盡可能小的空間內(nèi)提供更多計(jì)算資源。機(jī)柜尺寸采用通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通常為22U到42U；機(jī)柜內(nèi)部設(shè)有可拆卸的滑動(dòng)拖架，按照標(biāo)準(zhǔn)的U高度進(jìn)行布置，用戶可以根據(jù)自己服務(wù)器的高度靈活調(diào)節(jié)機(jī)柜的高度，以存放服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、磁盤陣列柜等設(shè)備。服務(wù)器擺放好后，所有I/O線全部從機(jī)柜的后方引出（大多數(shù)機(jī)架式服務(wù)器的主要接口也在機(jī)柜的后方），統(tǒng)一安置在機(jī)柜線槽中，一般會(huì)貼上標(biāo)號(hào)，便于管理。另外，很多專業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如交換機(jī)、路由器、硬件防火墻等也采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)。機(jī)架式服務(wù)器03OPTION按機(jī)箱結(jié)構(gòu)分類2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)刀片服務(wù)器概括來(lái)說(shuō)是一種高可用高密度（HighAvailabilityHighDensity，HAHD）的服務(wù)器平臺(tái)，是專門為特殊行業(yè)應(yīng)用和高密度計(jì)算機(jī)環(huán)境設(shè)計(jì)的。其中，每一塊刀片實(shí)際上就是一塊系統(tǒng)母版，類似于一個(gè)獨(dú)立服務(wù)器。在獨(dú)立模式下，每一塊母版運(yùn)行自身安裝的系統(tǒng)，服務(wù)于指定用戶群，相互之間沒有關(guān)聯(lián)。可以使用系統(tǒng)軟件將這些母版集合成一個(gè)服務(wù)器集群。在集群模式下，所有母版都可以連接起來(lái)提供高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可以共享資源，為相同的用戶群服務(wù)。華為E9000系列刀片服務(wù)器刀片服務(wù)器04OPTION按機(jī)箱結(jié)構(gòu)分類2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)一類為電信行業(yè)設(shè)計(jì)，接口標(biāo)準(zhǔn)和尺寸規(guī)格符合工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商集團(tuán)（PCIIndustrialComputerManufacturer‘sGroup，PICMG）1.x或2.x，未來(lái)還將推出符合PICMG3.x的產(chǎn)品，采用相同標(biāo)準(zhǔn)的不同廠商的刀片和機(jī)柜在理論上可以互相兼容；另一類為通用計(jì)算設(shè)計(jì)，接口可能采用了上述標(biāo)準(zhǔn)或廠商標(biāo)準(zhǔn)，但尺寸規(guī)格是廠商自主設(shè)定的，更注重性價(jià)比，通常提供給互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心或者網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商使用。刀片服務(wù)器04OPTION按機(jī)箱結(jié)構(gòu)分類2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)缺點(diǎn)刀片服務(wù)器的高密度導(dǎo)致的散熱問(wèn)題是制造商不得不解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，同時(shí)由于其單位空間內(nèi)集成了多種功能模塊，對(duì)維護(hù)人員綜合技能要求及維護(hù)成本提出了更高的挑戰(zhàn)。刀片服務(wù)器適用于數(shù)字媒體、醫(yī)學(xué)、航天、軍事、通信等多個(gè)領(lǐng)域。其中，每一塊刀片實(shí)際上就是一塊系統(tǒng)主板，可通過(guò)本地硬盤啟動(dòng)本刀片上的操作系統(tǒng)，類似于一個(gè)獨(dú)立服務(wù)器。優(yōu)點(diǎn)在刀片機(jī)框集群中插入新的“刀片”，就可以提高整體性能。因?yàn)槊繅K“刀片”都是熱插拔的，所以獨(dú)立系統(tǒng)可以輕松地進(jìn)行替換操作，并且業(yè)務(wù)維護(hù)時(shí)間可減少到最短。一個(gè)機(jī)框中的服務(wù)器可以通過(guò)新型的智能基于內(nèi)核的虛擬機(jī)（Kernel-basedVirtualMachine，KVM）轉(zhuǎn)換板共享一套鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器，以訪問(wèn)多個(gè)刀片節(jié)點(diǎn)，從而便于升級(jí)、維護(hù)和訪問(wèn)服務(wù)器上的文件。刀片服務(wù)器04OPTION按機(jī)箱結(jié)構(gòu)分類2.1.4 服務(wù)器的類型和發(fā)展趨勢(shì)服務(wù)器發(fā)展趨勢(shì)的3個(gè)方向2.1.5 華為智能計(jì)算產(chǎn)品鯤鵬通用計(jì)算平臺(tái)鯤鵬通用計(jì)算平臺(tái)包括鯤鵬服務(wù)器主板、TaiShan系列機(jī)架式服務(wù)器和TaiShan系列高密服務(wù)器。昇騰AI計(jì)算平臺(tái)昇騰AI計(jì)算平臺(tái)包括模塊形態(tài)的Atlas200DK及200系列、卡形態(tài)的Atlas300推理/訓(xùn)練系列、邊緣場(chǎng)景的Atlas500/500Pro系列、機(jī)架形態(tài)的Atlas800推理/訓(xùn)練系列，以及集群形態(tài)的Atlas900系列。x86計(jì)算平臺(tái)（FusionServerPro智能服務(wù)器）x86計(jì)算平臺(tái)包括機(jī)架式服務(wù)器、X系列高密服務(wù)器、E系列刀片服務(wù)器、KunLun系列關(guān)鍵業(yè)務(wù)服務(wù)器。其中包括支持高密和刀片的液冷部件（注意：自2021年12月起，x86計(jì)算平臺(tái)相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給超聚變數(shù)字技術(shù)有限公司）。010203華為智能計(jì)算產(chǎn)品還包括各個(gè)平臺(tái)通用的智能網(wǎng)卡、SSD及智能管理引擎軟件等。另外，在鯤鵬通用計(jì)算平臺(tái)中還有單獨(dú)的開源社區(qū)軟件和鯤鵬開發(fā)工具軟件套件。2.1服務(wù)器發(fā)展概述2.2計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)2.3計(jì)算平臺(tái)的性能指標(biāo)與測(cè)試學(xué)習(xí)要點(diǎn)2.2.1 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，從內(nèi)存中讀取第一條指令，通過(guò)控制器譯碼，根據(jù)指令的要求，從內(nèi)存中取出數(shù)據(jù)進(jìn)行指定的運(yùn)算和邏輯操作，再把得到的結(jié)果送回內(nèi)存中。接下來(lái)處理第二條指令，重復(fù)上述步驟直至遇到停止指令。當(dāng)前業(yè)界對(duì)計(jì)算機(jī)的定義：計(jì)算機(jī)是一種可以在程序控制下接收輸入、處理數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并產(chǎn)生輸出的電子裝置。有許多人把計(jì)算機(jī)叫作“電腦”，是指計(jì)算機(jī)可作為人腦功能的擴(kuò)展和延伸。早期，計(jì)算機(jī)主要用于數(shù)值計(jì)算，因此沿用了“計(jì)算機(jī)”這個(gè)名稱。而現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)不僅能作為計(jì)算工具進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，還能進(jìn)行信息處理。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)更多地用于信息處理。計(jì)算機(jī)的基本工作原理計(jì)算機(jī)的概念2.2.1 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與其他計(jì)算裝置相比，計(jì)算機(jī)具有以下3個(gè)特征。ACB基本器件由電子器件構(gòu)成具有內(nèi)部存儲(chǔ)信息的能力運(yùn)算過(guò)程由程序自動(dòng)控制現(xiàn)代計(jì)算機(jī)使用基于數(shù)字電路的工作原理。從理論上講，計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度只受電信號(hào)的傳播速度限制，因此，計(jì)算機(jī)可以達(dá)到很高的運(yùn)行速度。數(shù)字電路中只有“0”和“1”兩種脈沖信號(hào)，為了方便硬件設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部的信息以二進(jìn)制表示。由于具有內(nèi)部存儲(chǔ)能力，不必每次都從外部獲取數(shù)據(jù)，可以使處理數(shù)據(jù)的時(shí)間減少到最短，并使程序控制成為可能。由于計(jì)算機(jī)具有內(nèi)部存儲(chǔ)能力，計(jì)算機(jī)可以從內(nèi)部存儲(chǔ)單元中依次取出指令和數(shù)據(jù)來(lái)控制操作，這種工作方式稱為存儲(chǔ)程序控制。它是計(jì)算機(jī)最重要的一個(gè)特征。2.2.1 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按功能劃分的多層次結(jié)構(gòu)如圖所示。從不同的視角可以看出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同的屬性，在使用計(jì)算機(jī)時(shí)，可以根據(jù)需要選擇其中某一層次，分析計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成、性能和工作機(jī)制或進(jìn)行該層次的設(shè)計(jì)工作。在構(gòu)造一個(gè)完整的系統(tǒng)時(shí)，可以分層逐級(jí)實(shí)現(xiàn)。2.2.1 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的五大層次結(jié)構(gòu)為微程序機(jī)器、機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器、操作系統(tǒng)機(jī)器、匯編語(yǔ)言機(jī)器、高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3種級(jí)別的語(yǔ)言及其對(duì)應(yīng)程序?yàn)闄C(jī)器語(yǔ)言（編譯程序和解釋程序）、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言。第1級(jí)：微程序級(jí)第2級(jí)：機(jī)器語(yǔ)言級(jí)第3級(jí)：操作系統(tǒng)級(jí)第4級(jí)：匯編語(yǔ)言級(jí)第5級(jí)：高級(jí)語(yǔ)言級(jí)2.2.1 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)在編程的時(shí)候通常采用高級(jí)語(yǔ)言，如C、C++、Python等（高級(jí)語(yǔ)言級(jí)），但是機(jī)器只能識(shí)別機(jī)器語(yǔ)言（機(jī)器語(yǔ)言級(jí)），兩者之間存在一個(gè)轉(zhuǎn)換的過(guò)程，這往往由集成開發(fā)環(huán)境（IntegratedDevelopmentEnvironment，IDE）來(lái)完成。經(jīng)過(guò)編譯和匯編后，源程序可變成可以在機(jī)器上運(yùn)行的機(jī)器代碼。預(yù)處理（Preprocess）編譯（Compilation）匯編（Assembly）鏈接（Linking）編譯程序：將高級(jí)語(yǔ)言編寫的源程序一次全部翻譯為機(jī)器語(yǔ)言程序，并執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言程序，類似于整體翻譯（只需要翻譯一次，編譯型語(yǔ)言有C、C++等）。解釋程序：將源程序的一條語(yǔ)句翻譯成對(duì)應(yīng)于機(jī)器語(yǔ)言的語(yǔ)句，并立即執(zhí)行。再繼續(xù)翻譯下一條語(yǔ)句，如同聲傳譯（每次執(zhí)行都需要翻譯，解釋型語(yǔ)言有JavaScript、Python、Shell等）。2.2.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是指能夠按照用戶的要求接收和存儲(chǔ)信息，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算，并輸出結(jié)果信息的系統(tǒng)。本節(jié)主要從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成來(lái)介紹計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)。2.2.3 計(jì)算機(jī)硬件與服務(wù)器硬件的組成計(jì)算機(jī)硬件的組成01OPTION2.2.3 計(jì)算機(jī)硬件與服務(wù)器硬件的組成服務(wù)器硬件的組成02OPTIONCPUCPU是服務(wù)器上的核心處理單元，而服務(wù)器是信息化基礎(chǔ)設(shè)施中的重要設(shè)備，要處理大量的訪問(wèn)需求，因此對(duì)服務(wù)器有大數(shù)據(jù)量的快速吞吐、超強(qiáng)的穩(wěn)定性、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行等嚴(yán)格要求。CPU是計(jì)算機(jī)的“大腦”，是衡量服務(wù)器性能的首要指標(biāo)。鯤鵬通用計(jì)算平臺(tái)中主要采用基于精簡(jiǎn)指令集的鯤鵬916及920兩大系列CPU。2.2.3 計(jì)算機(jī)硬件與服務(wù)器硬件的組成服務(wù)器硬件的組成02OPTION內(nèi)存內(nèi)存（Memory）也稱為內(nèi)存儲(chǔ)器，其作用是暫存CPU中的運(yùn)算數(shù)據(jù)，以及與硬盤等輔助存儲(chǔ)器交換的數(shù)據(jù)。無(wú)緩沖雙列直插式內(nèi)存組件（UnbufferedDualIn-lineMemoryModules，UDIMM）控制器輸出的地址和控制信號(hào)直接到達(dá)雙列直插式內(nèi)存組件（DualIn-lineMemoryModules，DIMM）。服務(wù)器常使用帶有溫度傳感器和ECC功能的UDIMM。帶寄存器的雙列直插式內(nèi)存組件（RegisteredDualIn-lineMemoryModules，RDIMM）控制器輸出的地址和控制信號(hào)經(jīng)過(guò)寄存器寄存后輸出到動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DynamicRandomAccessMemory，DRAM）芯片中，控制器輸出的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)（Phase-LockedLoop，PLL）后到達(dá)各DRAM芯片。該類型的內(nèi)存常見容量為4GB、8GB、16GB、32GB。低負(fù)載雙列直插式內(nèi)存組件（Load-ReducedDualIn-lineMemoryModules，LRDIMM)其容量一般為32GB、64GB。LRDIMM突破了每個(gè)通道最大8列的限制，可提升系統(tǒng)整體內(nèi)存容量。2.2.3 計(jì)算機(jī)硬件與服務(wù)器硬件的組成服務(wù)器硬件的組成02OPTION內(nèi)存服務(wù)器增強(qiáng)內(nèi)存技術(shù)是指由于服務(wù)器的運(yùn)行要求比PC要高，因此出現(xiàn)的一些提高內(nèi)存的可靠性和穩(wěn)定性的增強(qiáng)技術(shù)。雙通道技術(shù)內(nèi)存交錯(cuò)技術(shù)Registered內(nèi)存在線備用內(nèi)存技術(shù)內(nèi)存鏡像123452.2.3 計(jì)算機(jī)硬件與服務(wù)器硬件的組成服務(wù)器硬件的組成02OPTION硬盤固態(tài)硬盤用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片陣列而制成的硬盤，由控制單元和存儲(chǔ)單元（Flash芯片、DRAM芯片）組成。混合硬盤機(jī)械硬盤與固態(tài)硬盤的結(jié)合體。使用磁盤作為最主要的存儲(chǔ)介質(zhì)；使用容量較小的閃存顆粒存儲(chǔ)常用文件，以提升讀寫效率。相比于機(jī)械硬盤，混合硬盤的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與恢復(fù)更快、系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間減少、能耗降低……機(jī)械硬盤由一個(gè)或多個(gè)鋁或玻璃制成的磁性碟片、磁頭、轉(zhuǎn)軸、控制電機(jī)、磁頭控制器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口和緩存等組成。010203硬盤按存儲(chǔ)介質(zhì)分類2.2.3 計(jì)算機(jī)硬件與服務(wù)器硬件的組成服務(wù)器硬件的組成02OPTION硬盤硬盤按接口類型可分為串行ATA（SerialAdvancedTechnologyAttachment，SATA）接口、串行SCSI（SerialAttachedSCSI，SAS）接口、高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)（PCI-Express，PCI-e）接口、非易失性存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（Non-VolatileMemoryExpress，NVMe）接口。 早期還有集成驅(qū)動(dòng)電接口、SCSI等，如今隨著SSD性價(jià)比的提升，PCI-e接口的硬盤在服務(wù)器中的使用率也在逐步提升。2.2.3 計(jì)算機(jī)硬件與服務(wù)器硬件的組成服務(wù)器硬件的組成02OPTION硬盤SSD已成為當(dāng)前服務(wù)器的主流選擇。按業(yè)務(wù)應(yīng)用和閃存介質(zhì)的不同，SSD可分為3種不同類型：一是讀密集型（ReadIntensive），存儲(chǔ)介質(zhì)主要為MLCNANDFlash，大部分為成本低的SATA。二是寫密集型（WriteIntensive），存儲(chǔ)介質(zhì)為耐久性較高的eMLCNANDFlash，同時(shí)增加備用空間或SLCNANDFlash，主要適合高頻率寫的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。三是均衡型（MixedUse），存儲(chǔ)介質(zhì)主要為耐久性較高的eMLCNANDFlash，適合讀寫均衡的場(chǎng)景，適用于SATA、SAS、PCI-e接口。2.2.3 計(jì)算機(jī)硬件與服務(wù)器硬件的組成服務(wù)器硬件的組成02OPTION硬盤硬盤性能指標(biāo)主要有以下幾點(diǎn)。常見的硬盤容量單位為吉字節(jié)（GB）、太字節(jié)（TB）和拍字節(jié)（PB）。決定硬盤容量的關(guān)鍵因素是單碟容量和碟片數(shù)量。硬盤轉(zhuǎn)速指硬盤盤片每分鐘轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)，單位為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（RPM）。一般硬盤轉(zhuǎn)速能達(dá)到5400RPM/7200RPM。SCSI硬盤轉(zhuǎn)速可達(dá)到10000～15000RPM。平均尋道時(shí)間和平均等待時(shí)間之和。硬盤讀寫數(shù)據(jù)的速度，單位為兆字節(jié)每秒（MB/s）。硬盤數(shù)據(jù)傳輸率包括內(nèi)部傳輸率和外部傳輸率兩個(gè)指標(biāo)。也稱讀寫次數(shù)，是衡量磁盤性能的主要指標(biāo)之一。對(duì)于隨機(jī)讀寫頻繁的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，如聯(lián)機(jī)事務(wù)處理（OLTP），IOPS是關(guān)鍵衡量指標(biāo)。另一個(gè)主要指標(biāo)是數(shù)據(jù)吞吐量（Throughput），即單位時(shí)間內(nèi)可以成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。容量轉(zhuǎn)速平均訪問(wèn)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸率每秒的輸入/輸出量2.2.3 計(jì)算機(jī)硬件與服務(wù)器硬件的組成服務(wù)器硬件的組成02OPTION網(wǎng)卡網(wǎng)卡又稱為網(wǎng)絡(luò)適配器或網(wǎng)絡(luò)接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC），是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最基本的、最重要的連接設(shè)備之一，計(jì)算機(jī)要通過(guò)網(wǎng)卡才能接入網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)卡在傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，TCP/IP）模型中時(shí)，在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層工作，用來(lái)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。服務(wù)器網(wǎng)卡由于對(duì)可靠性、安全性的要求高，而與消費(fèi)級(jí)網(wǎng)卡有較大差異，具體差異如下。速度快對(duì)CPU的占用小安全性更高2.2.3 計(jì)算機(jī)硬件與服務(wù)器硬件的組成服務(wù)器硬件的組成02OPTIONRAID卡RAID技術(shù)能將多個(gè)獨(dú)立的物理硬盤以不同的方式組合成一個(gè)邏輯硬盤，從而提高硬盤的讀寫性能和數(shù)據(jù)安全性。RAID級(jí)別組合方式RAID0數(shù)據(jù)條帶化、無(wú)校驗(yàn)RAID1數(shù)據(jù)鏡像、無(wú)校驗(yàn)RAID1E數(shù)據(jù)鏡像、數(shù)據(jù)條帶化RAID5數(shù)據(jù)條帶化、分布式校驗(yàn)RAID6數(shù)據(jù)條帶化、分布式校驗(yàn)并提供兩級(jí)冗余RAID10先做RAID1，再做RAID0RAID50先做RAID5，再做RAID0RAID卡結(jié)構(gòu)2.2.3 計(jì)算機(jī)硬件與服務(wù)器硬件的組成服務(wù)器硬件的組成02OPTIONPCI-e接口卡PCI總線是一種高性能局部總線，主要用于外設(shè)之間以及外設(shè)與主機(jī)間的高速數(shù)據(jù)傳輸。PCI-e是一種高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)，以取代基于總線的通信架構(gòu)，屬于高速串行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙通道高帶寬傳輸，所連接的設(shè)備分配獨(dú)享通道帶寬，不共享總線帶寬，主要支持主動(dòng)電源管理、錯(cuò)誤報(bào)告、端對(duì)端的可靠性傳輸、熱插拔及QoS等功能。PCI-e協(xié)議使用高速差分總線，采用端到端的連接方式，不需要向整個(gè)總線請(qǐng)求帶寬，可以大幅提升數(shù)據(jù)傳輸頻率，從而實(shí)現(xiàn)PCI無(wú)法提供的高帶寬。PCI-e接口可以適配各種功能卡，如聲卡、視頻處理卡、GPU卡、網(wǎng)卡、RAID卡等。2.2.3 計(jì)算機(jī)硬件與服務(wù)器硬件的組成服務(wù)器硬件的組成02OPTION電源服務(wù)器電源按照標(biāo)準(zhǔn)可以分為ATX電源和服務(wù)器系統(tǒng)架構(gòu)（ServerSystemInfrastructure，SSI）電源兩種，其功能本質(zhì)上和PC電源的功能沒有區(qū)別，但由于服務(wù)器的能耗更高，對(duì)整機(jī)的穩(wěn)定性要求也更高，因此多采用冗余電源技術(shù)，具有均流、故障切換等功能，可以有效避免電源故障對(duì)系統(tǒng)的影響，實(shí)現(xiàn)7×24小時(shí)全天候不間斷運(yùn)行。冗余電源的常見形態(tài)是N+1冗余，可以保證在一個(gè)電源發(fā)生故障的情況下，系統(tǒng)不會(huì)癱瘓（同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)及以上電源故障的概率非常小）。冗余電源通常和熱插拔技術(shù)配合使用，即熱插拔冗余電源，可以在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)拔下出現(xiàn)故障的電源并更換一個(gè)完好的電源，從而提高服務(wù)器系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。2.2.3 計(jì)算機(jī)硬件與服務(wù)器硬件的組成服務(wù)器硬件的組成02OPTIONBIOS/UEFI基本輸入/輸出系統(tǒng)（BasicInput/OutputSystem，BIOS）全稱是ROM－BIOS，即只讀存儲(chǔ)器基本輸入/輸出系統(tǒng)，它是一組被固化到計(jì)算機(jī)中，為計(jì)算機(jī)提供最基本、最直接的硬件控制程序，它是連通硬件設(shè)備和軟件程序的樞紐。隨著技術(shù)革新，統(tǒng)一可擴(kuò)展固件接口（UnifiedExtensibleFirmwareInterface，UEFI）被用來(lái)替代BIOS。UEFI采用模塊化、動(dòng)態(tài)鏈接和C語(yǔ)言風(fēng)格的常數(shù)堆棧傳遞方式構(gòu)建系統(tǒng)，摒棄了傳統(tǒng)BIOS復(fù)雜的16位匯編代碼。UEFI的創(chuàng)新之處在于改變了BIOS的界面設(shè)計(jì)，其操作界面和Windows一樣易于上手。當(dāng)前大部分服務(wù)器和PC都在使用UEFI。2.2.3 計(jì)算機(jī)硬件與服務(wù)器硬件的組成服務(wù)器硬件的組成02OPTIONBMC/IPMIBMC它符合智能平臺(tái)管理接口（IPMI）標(biāo)準(zhǔn)（即一種開放標(biāo)準(zhǔn)的硬件管理接口規(guī)格，定義了嵌入式管理子系統(tǒng)進(jìn)行通信的特定方法），主要用于服務(wù)器的遠(yuǎn)程管理、監(jiān)控、安裝、重啟等。BMC有時(shí)特指一塊集成在主板上的芯片（也有通過(guò)PCI-e等方式插在主板上的），對(duì)外表現(xiàn)形式只是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RJ-45網(wǎng)口，擁有獨(dú)立的IP地址。維護(hù)時(shí)，使用瀏覽器訪問(wèn)管理IP地址，登錄管理界面。客戶機(jī)使用IPMI工具來(lái)管理服務(wù)器2.2.4 計(jì)算機(jī)軟件與服務(wù)器軟件的分類系統(tǒng)軟件01OPTION系統(tǒng)軟件是指支持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)用戶操作的軟件，是控制和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的各種程序的集合。語(yǔ)言處理程序語(yǔ)言處理程序是主要用于程序設(shè)計(jì)的語(yǔ)言，已經(jīng)經(jīng)歷了從機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言到高級(jí)語(yǔ)言的發(fā)展。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）用于建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，以保證數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性和完整性。用戶通過(guò)DBMS訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理員通過(guò)DBMS進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)工作。操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是一套系統(tǒng)軟件，用于管理計(jì)算機(jī)資源（如CPU、存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備、軟件等）和自動(dòng)調(diào)度用戶的程序。操作系統(tǒng)一般分為批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。ABC2.2.4 計(jì)算機(jī)軟件與服務(wù)器軟件的分類應(yīng)用軟件02OPTION在計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)中，應(yīng)用軟件是相對(duì)系統(tǒng)軟件而言的，主要由軟件供應(yīng)商、計(jì)算機(jī)廠商或者個(gè)人為解決某個(gè)實(shí)際問(wèn)題、支持某一領(lǐng)域的應(yīng)用而開發(fā)。一般根據(jù)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑵鋭澐譃橥ㄓ密浖蛯Ｓ密浖深悺Ｍㄓ密浖梢钥珙I(lǐng)域使用，如用于文檔處理的Office軟件、用于影音播放的播放器軟件等，而專用軟件則是針對(duì)某專業(yè)領(lǐng)域而開發(fā)的，如醫(yī)療行業(yè)的醫(yī)療影像系統(tǒng)軟件、制造行業(yè)的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem，MES）軟件、測(cè)繪行業(yè)的地學(xué)信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem，GIS）軟件等。2.1服務(wù)器發(fā)展概述2.2計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)2.3計(jì)算平臺(tái)的性能指標(biāo)與測(cè)試學(xué)習(xí)要點(diǎn)2.3.1計(jì)算平臺(tái)的性能指標(biāo)及測(cè)試工具常見的服務(wù)器性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)2.3.1計(jì)算平臺(tái)的性能指標(biāo)及測(cè)試工具TPC01OPTIONTPC的基準(zhǔn)程序TPC共發(fā)布了11套基準(zhǔn)程序，可分為目前正在使用的TPC-App、TPC-H、TPC-C、TPC-W、TPC-E（大型企業(yè)信息服務(wù)測(cè)試基準(zhǔn)程序），過(guò)于陳舊而不再使用的TPC-A、TPC-B、TPC-D和TPC-R，以及因不被業(yè)界接受而放棄的TPC-S（專門針對(duì)服務(wù)器的測(cè)試基準(zhǔn)程序）和TPC-Client/Server。下面介紹TCP-H、TPC-C和TPC-E。2.3.1計(jì)算平臺(tái)的性能指標(biāo)及測(cè)試工具TPC01OPTION華為服務(wù)器的TPC測(cè)試示例結(jié)果TPC-E測(cè)試是在華為RH5885V2服務(wù)器上執(zhí)行的，使用的是WindowsServer2008R2企業(yè)版SP1操作系統(tǒng)。該報(bào)告記錄了華為RH5885V2服務(wù)器根據(jù)TPC-E標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范1.12.0的要求，使用MicrosoftSQLServer2012企業(yè)版實(shí)現(xiàn)的TPC-E的結(jié)果。其中，性能指標(biāo)tpsE的值（即吞吐量）為3053.84，性價(jià)比（$/tpsE）的值為352.48美元。2.3.1計(jì)算平臺(tái)的性能指標(biāo)及測(cè)試工具SPEC02OPTION標(biāo)準(zhǔn)性能評(píng)估公司（SPEC）是由服務(wù)器廠商、系統(tǒng)集成商、大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)等多方組成的非營(yíng)利性組織，這個(gè)組織的目標(biāo)是建立和維護(hù)一套用于評(píng)估計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。SPEC包括以下多種類型的基準(zhǔn)程序。（1）CPU類型，較常使用，目前最新版本為SPECCPU2017。（2）GraphicsandWorkstationPerformance類型，較少使用，包含對(duì)3dsMax2011、Maya2012、Solidworks2013等圖形工作站性能的評(píng)測(cè)。（3）HighPerformanceComputing類型，用于測(cè)試OpenMP和MPI程序的性能，使用得不多，主要用于評(píng)測(cè)并行高性能集群系統(tǒng)的性能，目前最新版本為SPEChpc2021。（4）JavaClient/Server類型，與Java應(yīng)用相關(guān)，最新版本為SPECjbb2013。（5）Power類型，主要用于衡量服務(wù)器的整體能效，最新版本為SPECpower_ssj2008。（6）Virtualization類型，衡量系統(tǒng)的虛擬化性能，和VMware公司的VMmark相比，在測(cè)試場(chǎng)景中使用得較少，最新版本為SPECvirt_sc2013。2.3.1計(jì)算平臺(tái)的性能指標(biāo)及測(cè)試工具SAP03OPTIONSAP（Systems,ApplicationsandProducts）基準(zhǔn)測(cè)試組織由SAP公司及其技術(shù)合作伙伴代表組成，包括各主要軟硬件供應(yīng)商，設(shè)立目標(biāo)是提供一個(gè)專門為SAPERP應(yīng)用設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)測(cè)試工具。SAP基準(zhǔn)測(cè)試組織發(fā)布了各種類型的基準(zhǔn)測(cè)試，其中常見的SAPSD（2-Tier/3-Tier）標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用基準(zhǔn)測(cè)試為SAPSales&DistributionModule。SAPSD2-Tier基準(zhǔn)測(cè)試內(nèi)容：衡量不同硬件廠家加上數(shù)據(jù)庫(kù)后執(zhí)行SAP企業(yè)資源管理應(yīng)用銷售及分銷（SD，即Sales&Distribution）模塊時(shí)的性能表現(xiàn)。SAPSD兩層結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)測(cè)試將應(yīng)用服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器安裝在同一臺(tái)物理服務(wù)器上。其測(cè)試結(jié)果會(huì)被標(biāo)準(zhǔn)化成SAPSD應(yīng)用模塊的SAP應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)性能（SAPApplicationPerformanceStandard，SAPS）值。SAPS值是一個(gè)獨(dú)立于硬件的性能指標(biāo)，100SAPS值在SAPSD應(yīng)用定義中等同于每小時(shí)2000個(gè)商業(yè)處理訂單項(xiàng)目。每一個(gè)商業(yè)處理訂單項(xiàng)目包含新訂單產(chǎn)生、發(fā)貨單產(chǎn)生、訂單顯示、改變發(fā)貨內(nèi)容、貨品錄入、列出訂單及產(chǎn)生發(fā)票；從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，它等同于每小時(shí)2400筆SAP交易或每小時(shí)6000次對(duì)話加上每小時(shí)2000次錄入操作。2.3.1計(jì)算平臺(tái)的性能指標(biāo)及測(cè)試工具Linpack04OPTIONLinpack是全球應(yīng)用最廣泛的用于測(cè)試HPC系統(tǒng)浮點(diǎn)性能的基準(zhǔn)程序。在目標(biāo)集群中運(yùn)行Linpack測(cè)試程序，測(cè)試結(jié)果以浮點(diǎn)運(yùn)算每秒（Floating-pointOperationsPerSecond，F(xiàn)LOPS）給出，其結(jié)果通常以下述單位顯示。MFLOPS=100萬(wàn)次（106）浮點(diǎn)運(yùn)算每秒GFLOPS=10億次（109）浮點(diǎn)運(yùn)算每秒TFLOPS=1萬(wàn)億次（1012）浮點(diǎn)運(yùn)算每秒PFLOPS=1000萬(wàn)億次（1015）浮點(diǎn)運(yùn)算每秒2.3.2服務(wù)器性能測(cè)試實(shí)踐如圖所示，通過(guò)PC遠(yuǎn)程運(yùn)行測(cè)試工具，對(duì)華為TaiShan2280100系列服務(wù)器進(jìn)行CPU性能測(cè)試，PC上安裝Windows操作系統(tǒng)，服務(wù)器上安裝Linux64位操作系統(tǒng)，以太網(wǎng)交換機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)2層交換機(jī)或3層交換機(jī)。2.3.2服務(wù)器性能測(cè)試實(shí)踐序號(hào)步驟內(nèi)容1上傳軟件安裝包到空間大于或等于100GB的目錄（如/data目錄）2掛載操作系統(tǒng)鏡像作為本地源，安裝依賴庫(kù)，命令為yuminstalllibgccglibcglibc-devellibstdc++libstdc++-develnumactlautomakegcc*gcc-c++libgfortrangcc-gfortran3升級(jí)GCC版本到7.3.04升級(jí)glibc版本到2.275創(chuàng)建speccpu2017文件夾mkdir/home/speccpu20176上傳speccpu2017軟件安裝包到home路徑，執(zhí)行./install.sh命令安裝軟件安裝包，按以下提示進(jìn)行輸入。/home/speccpu2017linux-hyq4:#/home/speccpu2017#./install.shSPECCPU2017InstallationTopoftheCPU2017treeis'/home'Enterthedirectoryyouwishtoinstallto(e.g./usr/cpu2017)/home/spec2017InstallingFROM/speccpu2017InstallingTO/home/spec2017Isthiscorrect?(Pleaseenter'yes'or'no')yesThefollowingtoolsetisexpectedtoworkonyourplatform（注意：安裝完成后將isl下的libisl.so.15文件復(fù)制到gcc7.3.0/lib64路徑下，否則測(cè)試時(shí)會(huì)由于找不到文件而報(bào)錯(cuò)。相關(guān)命令為cp/usr/local/isl-0.18/lib/libisl.so.15/usr/local/gcc-7.3.0/lib64）7在/spec2017/路徑下執(zhí)行以下腳本即可開始相關(guān)測(cè)試。source/spec2017/shrculimit-sunlimitedruncpu-ccpu2017-int.cfgintrate

#RateInt測(cè)試sleep10runcpu-ccpu2017-fp.cfgfprate#RateFp測(cè)試sleep10runcpu-ccpu2017-int.cfgintspeed#SpeedInt測(cè)試sleep10####進(jìn)行SpeedFp測(cè)試之前需要設(shè)置以下3個(gè)變量，以優(yōu)化性能#####exportOMP_STACKSIZE=1GexportOMP_WAIT_POLICY=activeexportOMP_PROC_BIND=trueruncpu-ccpu2017-fp.cfgfpspeed#SpeedFp測(cè)試sleep10rm-fr/spec2017/benchspec/CPU/*/run/*#刪除測(cè)試過(guò)程中的文件，避免多次測(cè)試后硬盤容量不足具體測(cè)試步驟如表所示。在測(cè)試之前應(yīng)確認(rèn)以下條件已經(jīng)具備。服務(wù)器正常上電。服務(wù)器已安裝好Linux64位操作系統(tǒng)。服務(wù)器已安裝好測(cè)試工具。軟件測(cè)試目錄所在分區(qū)空間不小于100GB。2.3.3

服務(wù)器性能需求分析案例案例背景01OPTION某智慧城市數(shù)字基座的基礎(chǔ)身份信息業(yè)務(wù)處理平臺(tái)是支撐其他所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的統(tǒng)一應(yīng)用平臺(tái)和數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，因此對(duì)中心主機(jī)的處理能力要求高。由于整體的應(yīng)用系統(tǒng)是階段性開發(fā)上線的，目前很難計(jì)算出所需的處理能力。以下僅以人口基礎(chǔ)信息系統(tǒng)為參照，估算該模塊系統(tǒng)所需的處理能力。在系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，以此為基礎(chǔ)同時(shí)考慮短期內(nèi)其他應(yīng)用系統(tǒng)的上線。中心主機(jī)的配置必須滿足基本性能要求，同時(shí)應(yīng)考慮未來(lái)多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)處理的可擴(kuò)展性能要求。2.3.3

服務(wù)器性能需求分析案例業(yè)務(wù)分析02OPTION當(dāng)前處理能力需求多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)涉及對(duì)人員信息的互聯(lián)操作，因此，在一年中可能存在多個(gè)業(yè)務(wù)高峰時(shí)期，需要使用這個(gè)人員信息數(shù)據(jù)庫(kù)。假設(shè)在業(yè)務(wù)繁忙時(shí)期每天需要處理5%的人員信息，以每天工作8小時(shí)計(jì)算，平均每小時(shí)處理的人員信息為（3300×104×5%）÷8=20.625×104。在每天的峰值時(shí)間（如早上9點(diǎn)半和下午4點(diǎn)），對(duì)于處理能力，要求應(yīng)該達(dá)到平均時(shí)間的3倍，則在峰值期間每分鐘處理的人口信息業(yè)務(wù)量為（20.625×104÷60）×3=10312.5。根據(jù)之前的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前人口基礎(chǔ)信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件的情況如下：處理每條信息時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的性能開銷大約相當(dāng)于4個(gè)tpmC處理能力，則當(dāng)前在峰值期間對(duì)于該系統(tǒng)需要的處理能力約為10312.5×4=41250tpmC。除信息數(shù)據(jù)處理外，信息中心還包含其他多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。根據(jù)其他區(qū)域類似項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)驗(yàn)來(lái)估算，其他所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用需求基本等同于該系統(tǒng)，則所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)目前需要的處理能力約為41250×2=82500tpmC。2.3.3

服務(wù)器性能需求分析案例業(yè)務(wù)分析02OPTION當(dāng)前處理能力需求由于系統(tǒng)建設(shè)需要一定周期，一般為半年到一年。到投產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，其業(yè)務(wù)量將超過(guò)目前的數(shù)量。按9個(gè)月的投產(chǎn)周期考慮，若業(yè)務(wù)量的年增長(zhǎng)率為30%，則投產(chǎn)時(shí)的業(yè)務(wù)量與目前相比，會(huì)增加約20%。因此，投產(chǎn)時(shí)所需的處理能力約為82500×(1+20%)=99000tpmC。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，建議系統(tǒng)資源利用率保持1/3的空閑比例，即平均資源利用率不超過(guò)66%。因此，投產(chǎn)時(shí)主機(jī)系統(tǒng)所需的處理能力應(yīng)為99000÷66%=150000tpmC。按照3層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，中心系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器組成。一般來(lái)說(shuō)，業(yè)務(wù)處理壓力經(jīng)服務(wù)器層次分擔(dān)后，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器的壓力比例約為4∶1。據(jù)此，當(dāng)前系統(tǒng)處理能力需求如下。

①數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器處理能力需求為150000×80%=120000tpmC。②應(yīng)用服務(wù)器處理能力需求為150000×20%=30000tpmC。2.3.3

服務(wù)器性能需求分析案例業(yè)務(wù)分析02OPTION當(dāng)前處理能力需求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為保證中心系統(tǒng)的可靠性和安全性，主機(jī)系統(tǒng)通常采用雙機(jī)熱備方式進(jìn)行配置，具體實(shí)現(xiàn)上有以下兩種模式。模式一：為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器分別配置專門的熱備份主機(jī)。在這種模式下，主機(jī)處理能力按照上述需求值配置即可，即兩臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器處理能力大于120000tpmC，兩臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器處理能力大于30000tpmC。模式二：為節(jié)約投資成本