計算機及服務器硬件基礎

1?運維的基本職責

1-網站的數據不能丟

2-網站7*24小時運行

3-提升用戶體驗

要求服務器穩定性比普通家用機高。

運維人員的原則：簡單，易用，高效。

2?服務器簡介

服務器，也稱伺服器（臺灣），是提供計算服務的設備。由于服務器需要響應服

務請求，并進行處理，因此一般來說服務器應具備承擔服務并且保障服務的能力。

服務器的構成包括處理器，硬盤，內存，系統總線，和通用的計算機架構類似,

但是由于需要提供高可靠的服務，因此在處理能力，穩定性，可靠性，安全性,

可擴展性，可管理性方面要求較高。

功能：搭建網站所使用的服務器，相對于其他臺式機、筆記本電腦來說，更加穩

定，更加可靠。

1）1U服務潛（U表示服務器的厚度）1U=1.75英寸=4.445CM=4.45CM

2）4U服務器（U表示服務器的厚度）

3?服務器分類

1-機架式服務器

機架式服務器的外形看來不像計算機，而像“抽屜”，有1U（1U=1.75英寸=44.45

毫米），?U,4U等規格°機架式服務器安裝在標準的19英寸機柜里面°這種結

構的多為功能型服務器。

2?刀片服務器

樣子就像箱子里，擺放整齊的書。

刀片服務器是指在標準高度的機架式機箱內可插裝多個卡式的服務器單元，實現

高可用和高密度。每一塊“刀片”實際上就是一塊系統主板，它們可以通過“板

載”硬盤啟動自己的操作系統，WindowsNT/2000,Linux等，類似于一個個

獨立的服務器，在這種模式下，每一塊母版運行自己的系統，服務于指定的不同

用戶群，相互之間沒有關聯，因此相較于機架式服務器和機柜式服務器，單片母

板的性能較低。

不過，管理員可以使用系統軟件將這些母版集合成一個服務器集群。在集群模式

下，所有的母板可以連接起來提供高速的網絡環境，并同時共享資源，為相同的

用戶群服務。

在集群中插入新的“刀片”，就可以提高整體性能。而由于每塊“刀片”都是熱

插拔的，所以，系統可以輕松地進行替換，并且將維護時間減少到最小。

3-塔式服務器

更強壯的計算機

塔式服務器(TowerServer),應該是最容易理解的一種服務器結構類型，因為它的

外形以及結構都跟立式PC差不多，當然，由于服務器的主板擴展性較強，插槽

也多出一堆，所以個頭比普通主板大一些，因此塔式服務器的主機機箱也比標準

的ATX機箱要大，一般都會預留足夠的內部空間以便日后進行硬盤和電源的冗余

擴展。但這種類型服務器也有不少局限性，在需要采用多臺服務器同時工作以滿

足較高的服務器應用需求時，由于個體比較大，占用空間多，也不方便管理，便

顯得很不合適。

4.計算機組成

一臺電腦是由許許多多的零部件組成，只有這些零部件組合在一起協調的工作,

才能稱之為電腦。電腦發展到現在，零部件都有了很大的變化，但工作原理卻沒

有變化，其中包括主板，CPU,內存，硬盤，顯卡，聲卡等等。下面將簡單的介

紹組成電腦的各個零部件。

1?機箱

2?電源

功能：保障電腦的電源供應。

作用：一個合格的電源對電腦的作用是至關重要的，電源就猶如人體的心臟，隨

時提供新鮮的血液，即使再聰明的頭腦或再敏捷的身手也離不開電腦電源。劣質

的電源不僅直接影響電腦的正常使用，對主板，顯卡等其他配件造成損害，而且

這種電源所產生的電磁輻射，對人體健康也構成了潛在的威脅。在服務器領域,

電源的作用更加重要，因此，服務器一般都提供雙電源（雙冗余電源）。

1）服務器一般都提供雙電源（雙冗余電源）數據和7*24：

2）我們家庭常用的家庭電源:

3?主板

主板和CPU都是電腦中最關鍵的部件。

所有的板卡必須通過主板發揮作用，主板性能和質量的好壞直接影響到整個系統。

電腦主板按不同的架構標準和各種不同的主要部件、接口組合而成。

右邊中間：處理器

右邊下：內存條

左邊中：電池

左邊下：硬盤接口

4-CPU（中央處理器）

功能：也就是負責運算和控制的控制中心，是電腦的最關鍵部位，是計第機的頭

腦。

作用：相當于人的大腦一樣，在計算機中進行的任何操作（數據的輸入，存儲,

程序的運行，屏幕的顯示，結果的打印）都在CPU的控制下完成的。CPU比計

算機中任何部件都更能決定計算機的工作速度和效率。

主流Intel、Amd

雙CPU時，只能同時裝同一型號的。

5-CPU風扇

功能：為CPU降溫

作用：如果一開機CPU的溫度就很高，時間長了搞不好就是一縷黑煙，然后你

上千大元的CPU就完蛋了，所以，選一個好的風扇是十分重要的。

6.主板芯片組

主板芯片組是主板上最重要的部件，主板的功能主要取決于芯片組。芯片組負責

管理CPU和內存，各種總線擴展以及外設的支持。

7-BI0S芯片

BIOS(basicinputoutputsystem)芯片(CMOS芯片)，基本的輸入輸出系統，

負責主板通電后各部件自檢，設置，保存，一切正常后才能啟動操作系統。記錄

了電腦最基本的信息，是軟件與硬件打交道的最基本的橋梁，沒有它電腦就不能

工作。

linux操作系統的啟動流程，第一步就是開機===?加載BIOSo

之后將啟動的任務交給各個部件。

常見的三種BIOS,Award,AMI,PhoeniXo

8.總線擴展槽

總線擴展槽，按功能分為內存插槽，PQ/ISA擴展槽，AGP,PCL,PCLE顯示卡

插槽等。

各類I/O接口，軟硬盤，鍵盤鼠標，打印機，USB（通用串行總線），COM1/COM2

等。

9.硬盤

功能：硬盤簡單的說就是一個大容量存儲器，文本，音頻等各種數據、成為現代

電腦不可缺少的配件。

作用：由于計算機在工作時，CPU,輸入輸出設備與存儲器之間要大量地交換數

據，因此,存儲器的存取速度和容量,也是影響計算機運行速度的主要因素之一。

特別是在服務器優化場景，硬盤的性能是決定網站的性能的重要因素。

優勢：安靜，價格低。

缺點：性能差，延遲高，壽命短。

優勢：高性能，大緩存，速度快。

用途：主要用于企業，高性能計算應用，諸如多媒體視頻和照片剪輯，高性能游

戲機。

優勢：性能較強，價格較低，性價比高。

缺點：聲音比綠盤略響，性能比黑盤略差。

優勢：性能特性與綠盤比較接近，功耗較低，噪音較小，能夠適應長時間的連續

工作。

用途：常用于Web服務器。

常見磁盤類型及接口

?*＞，f*常見硬盤類型及接口

磁盤/硬盤

的類型

磁盤/硬盤的接口

接口（硬盤如何與

主板連接）

10?內存條

功能：內存是電腦的一個臨時存儲器，它只負責電摘數據的中轉而不能永久保存。

它的容量和處理速度直接決定了電腦數據傳輸的快慢，和CPU,硬盤一起并稱為

電腦的三大件。

作用：內存是CPU能夠直接訪問的存儲器，CPU從內存中讀取操作指令和數據，

又把運算或處理送回內存。

內存臨時存放數據的地方。

內存的容量和處理速度決定了服務器的效率。

用戶的數據先保存在內存，當數據累積到一定量，然后再轉存到磁盤。

速度：CPU>內存>硬盤

Llcache、L2cache：連爰CPU和內存。

小結：

解決了cpu與硬盤之間速度的差距問題。

內存是一個臨時存放地點，使用時候才會放入到內存中。

斷電后內存中內容消失。

11?顯卡

功能：顯卡的作用就是提供對圖像數據的快速處理，顯卡也是電腦的重要組成部

件之一，而且也是換代最快的一個部件，目前很多3D游戲對顯卡的要求都很高，

因此我們不得不掏錢重新買一塊更新換代。

12.光盤驅動器

功能：聽歌，看牒，裝軟件，用游戲光碟打游戲等等。不過，服務器一般都是網

絡安裝或者U盤安裝系統軟件因此，越來越多的電腦不配光驅了。

5.互聯網企業常見服務器介紹

1-互聯網公司服務器品牌

-DELL（大多數公司，常用）

-HP

-IBM（百度在用）

浪潮

聯想

航天聯志

2-常見服務器品牌

戴爾品牌感普品牌舊M品牌

3-Dell服務器品牌

時間1U2U

2010年以前.18501950.28502950

2010-2013年.R410R610.R710.

2014-2016年，R420/430R620/630R720R730

DELLR720

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一

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加上蓋子

DELLR620

1U3550/m33550/m5

2U3650

4U3850

8U3950

僅作了解，質量好，但價格貴，互聯網公司不太常用

IOE(IBMoracleemc)

5-HP品牌

DL380G7/G8(2u)

6-服務器功能圖片

1、前面

2、后面

3、內部

6.服務器主要零部件

1?電源

相當于人體的心臟，保障電源供應，要選擇質量好的電源。生產中一般單個服務

器核心業務最好使用雙電源AB線路。如果集群［一堆機器做一件事情）的情況

可以不用雙電源。

2-CPU處理器

相當于人體的大腦，負責計算機的運算和控制，是服務器性能效率的最核心舒件。

常見品牌：Intel,AMD

一般的企業里的服務器，CPU顆數2-4顆，單顆CPU是4核。內存總量一般是

16-256G（32G,64G）。

做虛擬化的宿主機（eg：安裝vmware的主機），CPU顆數4-8顆，內存總量一般

是48-128G,6-10個虛擬機。

3?內存

CPU和磁盤之間的緩沖設備，是臨時存儲器（存放數據），斷電數據丟失。一般

程序運行的時候會被調度到內存中執行，服務器關閉或程序關閉之后，數據自動

從內存中釋放掉。

片二二二硬盤二二二程序

播放片===被運行起來的程序===進程

沒完沒了播放片廠（住院）二一直在運行的程序===守護進程

程序：c/php/java,代碼文件，靜態的，放在磁盤里的數據。

進程：正在運行著的程序，進程運行就是系統把程序放在內存里執行。

守護進程（daemon）：持續保持運行著的程序。

程序和進程的區別：

電影放在磁盤里就是程序

看片放到內存里就相當于進程

計算機重啟，內存的數據會釋放掉

從開發角度對守護進程的解釋：

運行或者執行任何服務都脫離不開計算機的底層協議TCP/IP協議，而想要操作

TCP/IP協議就需要用到計算機的底層語言C語言，但是C語言用起來很麻煩，

通常要實現一個很小的功能都需要寫上好兒十甚至上百行代碼，太繁瑣。于是就

有人想到，將一些可以實現某個功能的C語言代碼封裝起來，然后起一個新的名

詞，那么用這個新的名詞來告訴計算機自動執行封裝的那么一大堆C代碼，這樣

就方便多了。

于是，慢慢的這類型的新詞匯多了以后，漸漸組成了現在我們常見的編程語言，

比如：java,python,C#。而我們知道如果我們利用xshell來遠程月艮務器的時候，

需要通過ssh協議并訪問服務器的22端口。之所以，能夠聯通，是因為服務器

端始終有一個叫做sshd服務的進程在監聽著22端口，這個服務就是通過python

等類似語言繼續封裝出來的程序，由于它不斷的在服務器的后臺運行，始終守護

且監聽著服務器的22端口，所以我們就叫它們為守護進程。

4?磁盤

磁盤就是永久存放數據的存儲器，磁盤上也是有緩存的（芯片）。

常用的磁盤（硬盤）都是3.5英寸的（ide,sas,sata）,常規的機械硬盤，讀取

（性能不高）性能比內存差很多，所以，在企業工作中，我們才會把大量的數據

緩存到內存，寫入到緩沖區，這是當今互聯網網站的解決網站訪問速度慢的方案。

磁盤接口或類型：IDE,SCSI,SAS,SATA,SSD（電子的），IDE,SCSI退出歷史舞

臺。

性能與價格：SSD（固態）>SAS>SATA

磁盤的大小：

lbyte=8bitlK=1024byte1M=1O24K

1G=1O24M1T=1O24G1PB=1O24T

字節（byte）：8個二進制位為一個字節（B）

市面上賣硬盤的都是按1000計算，號稱500G硬盤=5001000B1000KB*1000MB

7.磁盤原理案例

1■門戶（大網站）極端案例

大并發寫入案例（搶紅包，微博）

高并發，大數據量，寫數據會把數據寫到內存，積累一定的量后，然后再定時或

者定量的寫到磁盤（減少磁盤lOInput/Output磁盤讀寫），最終還是會把數據

加載到內存中再對外提供訪問。

一、高井發寫入

a,優點：寫數據到內存，性能高速度塊（微博，微信，SNS,秒殺）

b,缺點：可能會丟失一部分在內存中還沒有來得及存入磁盤的數據。

解決數據不丟的方法:

a,服務器主板上安裝蓄電池，在斷電瞬間把內存數據問寫磁盤

b,UPS（一組蓄電池）不間斷供電（持續供電10分鐘，IDC數據IPS1小時）。

UPS(UninterruptiblePower

System/UninterruptiblePower

Supply）,即不間斷電源，是將蓄電池（多為鉛酸免維護蓄電池）與主機相連接,

通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統設備。

c,選雙路電的機房，使用雙電源，分別接不同路的電，服務器要放到不同的機

柜，地區。

2.中小企業案例

對于并發不是很大，數據也不是特別大的網站，讀多寫少的業務，會先把數據寫

入到磁盤，然后再通過程序把寫到磁盤的數據讀入到內存里，再對外通過讀內存

提供訪問服務。

1-用戶楊豹揭寫入2-圖0程序把齡據3-內存給用戶提供4-用戶甘中所蕓期

健盤M人到內存中讀取訪問留分第效提

二.中小企業讀取寫入過程

小結：

門戶極端案例：高并發，大數據

先把數據寫到內存，然后再定時或定量寫到磁盤，最終還是會加載到內存

a,高并發寫入性能高

b,可能會丟失一部分在內存中還沒來得及存入磁盤的數據

中小企業案例：

并發時很大的網站會先把數據存到磁盤，然后再通過程序把數據讀入到內存里,

再對外提供訪問服務

溫馨提示：

網站優化的核心就是想辦法把數據放入內存提供服務，或者讓用戶寫數據寫到內

存（這樣最快）

3-企業面試題：buffer和cache什么區別

看視頻===>buffering把視頻數據緩存到磁盤===>寫數據到磁盤上或者寫數據到

內存中

cache==。從磁盤或者內存讀取數據

簡單解答：

寫數據到內存里，這個數據的內存空間稱為緩沖區（buffer）,寫入緩沖區。

從內存讀取數據，這個存數據的內存空間稱為緩存區（cache）,讀取緩存區。

由于99%的網站都是以讀取為主，寫入為輔，讀寫比例至少10:1,所以并發寫入

一般不是問題.

提醒J這里提到的內存和磁盤，是由多臺機器組成的集群架構環境memcached

（純內存）/redis（內存加磁盤）

8.企業級服務器應用

1-常規正式工作場景（線上的生產環境）主選SAS（結合SATA和15000轉/分,

機械磁盤轉數高的性能好）

2-比較核心的業務SAS

生產環境;二。已經對外提供服務的環境

3-不對外提供訪問的服務器，例如，線下的數據備份，可選SATA（7200-10000

轉/分）

SATA特點：容量大，價格便宜，但是速度比較慢。

4-高并發訪問，小數據量，可以選擇SSD

問：既然SSD最好，那是不是都選SSD?

淘寶網企業案例：

服務器會把sata和ssd結合起來用，熱點存儲，程序動態調度。

開發團隊發明了一套算法，把那些訪問很集中的一些東西放在那個SSD盤上，因

為SSD提供很好的讀性能，我們就讓這些80%左右的這種讀從SSD上產生，剩下

的圖片我們把它放在傳統那種SAS或者更低廉的一些SATA盤上，這樣我們整個

節點的性能非常好，單機可以支撐三千到四千10,這是我們系統沒有任何顯示

出訪問慢，或者其他不好的表現。

因為每臺機器的成本又降得非常低，如果可以，比如說追求一個大的存儲，我可

以用全SSD,但是我SSD的成本相對要高很多，我可以用比較廉價的SAS或者5ATA

來存一些訪問頻度不是很高的，用SSD存訪問頻度高的文件，這樣整體上的性能

就協調的非常好,成本也非常低。整體上可以這么說,我們通過這樣一年的優化，

在原來硬件基礎上投資50%實現了性能是原來兩倍的一個架構。現在我們總體的

這種TCO是原來的1/4左右。

熱點存儲的思路非常好，在學習磁盤組成和原理的內容時，有關熱點數據的內容,

必須要仔細體會。現如今看來，對很多中小型公司還是很新穎的存儲方式。順便

說下，大公司無論做什么都要考慮性價比問題，而不光是要把問題解決，因為,

設備的奇數太大，做一點點就會節省非常多的成本。阿里，聯想的大規模云計算

其實歸根結底都在解決性價比問題，否則，就無法推向市場，真正的應用到商業

市場中。

小結：

對企業網站來講，都會盡量讓用戶從內存中讀取數據，而不是硬盤。

幾乎企業運維和架構師的網站優化、服務器優化核心，都是硬盤和內存的使用比

例優化。

9?緩存

記住一句話：緩存無處不在，電腦硬件，網站集群!

CPU層面高速?小容量-隨機存猛

A

IO各層次性能匯總

cacheL1,L2,L3內存

適時：0.5-lSns場用3G^100m

需1意：2O-OOGB/*帝南；212GW，

ns納秒Is=10A9ns

us微妙Is=10A6us

ms毫秒Is=1000ms

10.DELL陣列卡（RAID卡）

基本作用：將多個小磁盤整合成一個大磁盤，再將這個大磁盤上分區存放數據,

多塊盤可以冗余（備份）。

你有很多土地。

單獨管理不方便。

整合，然后管理。

網站數據量很大的時候，單塊盤裝不下了，購買多塊盤，又不想單個盤存放數據，

就需要工具把所有的盤整合成一個大磁盤，再在這個大磁盤上在分區（虛擬磁盤）

放數據。

另外一大功能，多塊盤放在一起可以有冗余（備份）。

RAID有很多種整合方式,RAID01510

有RAID卡后，一般磁盤就會插到RAID卡上，而不是直接插到主板上了。

各RAID特點:

RAIDO：追求極致的數據傳輸速度的磁盤存儲解決方案（最快）。速度最快，但安

全性最低，一塊磁盤出了問題，所有的數據都會受壞且無法修復。

優點：容量是單盤之和，速度是單盤的倍數，沒有冗余。

缺點：沒有冗余，一個盤壞了數據全丟。

RAID1：追求極致的數據安全的磁盤存儲解決方案（最安全）。安全性最高，但磁

盤利用率最低，只有50%。

至少兩塊盤，大小不一樣，以小的為準.

優點：容量缺失一半，冗余一半。

缺點：寫入速度降低。

RAID5：追求數據安全和存儲成本兼顧的磁盤存儲解決方案（比RaidlO成本低）。

數據讀取比較快，但是寫入速度一般。磁盤利用率高于Raidl。

至少是三塊盤，組合起來損失一塊盤。

優點：采用奇偶檢驗速度介于1和0之間，利用率和raid相似成本低廉

缺點：安全性不如raidlo

RAID10：追求數據傳輸和數據安全兼顧的磁盤存儲解決方案（比RaidS性能高）。

至少4塊盤，可以損壞兩塊盤。RdidlO是Raid。和Rdidl的組合體。Rdidl這里

就是一個冗余的備份陣列，而Raid。則負責數據的讀寫陣列。擁有極高的讀寫效

率和數據安全保護。但是磁盤利用率低，價格比較貴。

優點：具備raidO的快速與raidl的安全。

缺點：硬件采購成本增大。

互聯網公司服務器一般都會購買RAID卡（主板自帶，獨立RAID卡），RAID卡上

也是有緩存的。

冗余從好到壞:raidl,raidlO,raid5,raidO

性能從好到壞:raidO,raidlO,raid5,raidl

成本從低到高:raidO,raids,raidl,raidlO

不同RAID級別的企業應用舉例：

根據數據的存儲和訪問的需求，去匹配對應的RAID級別。====＞適用于互聯網公

司

單臺服務器，很重要，盤不多，系統盤raidl

數據庫/存儲服務器，主庫raidlO,從庫raid5/raid0（為了維護成本，raidlO）

web服務器，如果沒有太多數據的話，raid5,raid。（單盤）

有多臺,監控/應用服務器，raid。,raid5?

11?光驅

當下主要作用：裝系統

企業應用：

建議淘汰光驅，為老板省錢

U盤安裝系統,網絡安裝(ftp,http),無人值守批量安裝系統(pxe+kickstart)

12.主板

面板

1/。芯片