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服务器硬件架构、产品和管理指南

2020-07-31 0

云计算平台的爆炸式增长和之前的虚拟化浪潮已经显著改变了服务器在企业中的角色。


虚拟化使企业能够在单个物理设备上加载多个虚拟机(VM),从而提高了硬件利用率,并提供了整合IT资源的能力。虚拟化为通向云计算铺平了道路,因为IT管理人员能够将虚拟机迁移到异地以在超大规模云计算提供商(例如AWS、谷歌和微软)上运行。以前在内部部署服务器上运行的关键业务应用程序(例如客户关系管理、人力资源和企业资源计划)也以软件即服务的形式迁移到了云平台中。

也就是说,各种规模的企业将继续拥有和运营服务器。一些企业倾向于维护内部部署服务器和私有云,以应对特别敏感的工作负载或应用程序,这些工作负载或应用程序过于昂贵或难以迁移到公共云平台。


企业需要了解有关不同类型的服务器,其不断发展的架构以及IT购买者在关键需求方面应寻求的内容的更多信息。


服务器硬件类型


20世纪50年代的大型机可以被认为是一种早期的服务器,但现代意义上的服务器历史是在20世纪90年代随着网络和机架式服务器的发明而开始的。如今,服务器的形式多种多样,提供各种各样的功能,在从小型企业到大型企业的各种环境中寻找归宿。


以下是一些服务器硬件的流行类型的简要介绍。


塔式服务器。塔式服务器位于独立机柜中,类似于台式电脑。这些服务器提供了更容易冷却的好处,因为它们提供了相对较低的IT组件密度,也相对便宜,使它们成为预算有限的小型企业的选择。但是,塔式服务器比其他类型的服务器占用更多的空间。

机架服务器。顾名思义,机架服务器旨在安装在数据中心的服务器机架上。机架服务器通常在数据中心中扮演着全方位的计算角色,支持多种工作负载。

机架服务器比塔式服务器占用更少的空间。机架服务器和服务器机架按照一致的尺寸标准构建,因此可以将多个供应商的服务器堆叠在一起。标准化还使添加新服务器或替换旧服务器成为管理人员的一项直接任务。但是,在维护机架式服务器时,电缆管理可能会面临挑战,而机架式服务器必须与电源、网络设备和存储设备绑定在一起。


刀片服务器。刀片服务器是一种紧凑型设备,它包含多个称为刀片服务器的模块化电路板。每个刀片服务器通常分配给一个应用程序。由于刀片服务器往往是专用的,因此管理员可以更好地控制如何访问它们以及如何在设备之间传输数据。

刀片服务器将处理器、内存、I/O、磁盘、电源和其他组件分隔成不同的模块。刀片服务器提供了比其他服务器类型更高的处理密度,提供了潜在的价格和性能优势。其他刀片服务器的好处包括冷却(每个刀片都由风扇单独冷却)最少的布线、低功耗使用和存储整合。刀片服务器系统也比机架服务器更容易修复,因为它们是可热插拔的模块化组件。另一方面,刀片服务器历史上都是建立在专有架构上的,这使得供应商锁定可能成为购买者的陷阱。


超融合基础设施(HCI)。超融合基础设施(HCI)系统旨在为传统IT基础设施提供更简单的替代方案,将计算能力、存储和虚拟机管理程序技术整合到集成系统中。借助典型的超融合产品,数据中心工程师应该能够在大约一个小时内完成初始硬件配置,虚拟机管理程序部署和软件定义的存储实现的任务。供应商的产品提供设置向导以收集适当的信息。实施过程大部分是自动化的。

大型机。20世纪90年代客户端、服务器架构的兴起将会淘汰大型机,但是那些高端服务器仍然存在。当今的大型机提供了在不影响性能的情况下支持大量并发事务和沉重的I/O负载的能力。进行并发实时交易的金融服务公司是典型的大型机客户。大型机的主要缺点是其庞大的尺寸和昂贵的价格。

服务器硬件架构


服务器硬件架构的关键组件包括主板、核心处理器、内存和存储设备。


主板位于服务器的核心,提供了系统组件相互连接和外部设备相连的中央连接。主板主要采用平衡技术扩展,Pico BTX和微型信息技术扩展主板可满足更小尺寸的服务器需求。


处理器或中央处理器(CPU)位于主板上。CPU组件包括算术逻辑单元、浮点单元、寄存器和高速缓存。服务器可能还包含图形处理单元(GPU),它可以支持诸如机器学习和仿真之类的应用程序。张量处理单元和神经处理单元的应用提供了处理器专业化的更高水平。


内存也可以插入主板,作为IT系统的主存储器。内存保存操作系统、应用程序和正在使用的数据,以供处理器快速访问。至于存储设备,服务器可能使用机械硬盘和固态硬盘或两者的混合。


同时,服务器的外形会影响其将扮演的角色。例如,企业数据中心可能会考虑机架式服务器和刀片式服务器外形尺寸之间的差异。


寻求运行异构数据中心的企业可能会选择机架服务器,因为在通用的物理部署方法中可以同时存在各种品牌和模型。机架服务器还提供了各种电源连接和网络电缆的选择。大型机架服务器还提供了可扩展性,可容纳其他处理器、内存和本地存储磁盘。


同时,刀片服务器针对单一供应商的IT设置,这些设置寻求在单个系统中统一计算、存储和网络。刀片服务器方法具有更快部署和简化管理的优势。


服务器架构的其他趋势包括分解和可组合的基础设施,这可以看作是融合基础设施的延续。可组合基础设施使用软件定义的方法在逻辑上合并数据中心中的服务器、存储和网络结构资源。这些资源成为共享服务的基础,管理员可以利用这些资源动态地构建计算实例。


老旧的硬件和服务到期会影响大多数服务器项目。


性能要求


服务器市场上的IT买家在评估硬件供应商产品时必须考虑一系列因素,同时要牢记他们当前和将来的工作量需求。企业的要求自然会有所不同,但主要围绕以下服务器硬件功能。


中央处理器。考虑到CPU在运行程序和操作数据中的作用,它是要检查的基本组件。一些服务器运行多个处理器,通常每个插槽部署一个核心处理器。其他人则使用由多核处理器来支持多处理任务。考虑到这些可能性,购买者应考虑处理器上可用的内核数量、CPU时钟速度可用的高速缓存和套接字的数量。


处理器。供应商提供了一系列产品选项,因此IT买方的工作就是寻找最适合特定环境的服务器硬件配置。例如,在数据中心中运行云计算基础设施的企业可以在0.5U的单一CPU服务器或1U的双CPU服务器上执行各种通用计算任务。相对较小的1U单元可能是一个不错的选择,因为它可以轻松容纳16个具有常规数据中心冷却方法的核心处理器。当涉及存储硬盘和网络连接时,这个服务器类别还提供了一些灵活性。

而管理人员在做出任何购买决定之前应考虑服务器外形、系统资源和服务器操作。


内存。服务器内存对于使系统发挥最大性能至关重要。可用内存量越大,企业的工作负载可能执行得越好。影响性能的其他因素包括内存的速度和质量。IT购买者还应考虑增强可靠性的服务器功能。这些功能包括容错功能和纠错代码。

存储。服务器的存储要求将取决于预期的应用程序和工作负载:数据库服务器将与运行网络应用程序的服务器具有不同的需求。IT买方必须检查服务器技术以确保其满足组织的存储要求。

大多数服务器供应商都支持固态硬盘和机械硬盘的存储设备。也就是说,购买者应与供应商联系,以确认他们支持的硬盘类型及其支持的硬盘技术,其中可能包括串行连接的SCSI、串行高级技术附件和NVMe存储系统。预期的服务器工作负载将确定哪种技术是必不可少的项目。例如,处理大型数据库和非结构化数据的组织通常需要本地实例驱动器,例如NVMe PCI Express单元。


连接性。网络连接和互连(例如将服务器链接到存储的主机总线适配器)也是服务器的重要考虑因素。购买者应确定其连接要求,然后检查服务器的规格以确保满足这些需求。要评估的变量包括以太网连接器的数量和速度、USB端口的数量和类型以及对存储系统(例如存储区域网络)的支持。

其它功能。要研究的其他属性包括热插拔功能和可用于硬盘、电源设备和风扇等组件的冗余级别。服务器管理功能和安全功能也很重要。

还应考虑新服务器将驻留的一般操作环境。将服务器温度和湿度保持在建议的范围内有助于提高可用性。美国供热、制冷和空调工程师协会(ASHRAE)在2015年更新了其推荐用于数据中心硬件的温度和湿度范围。例如,ASHRAE温度范围的上限现在设置为80.6华氏度。该准则可以帮助企业节省数据中心的能源和电力成本。


冷却空气的进气口通常出现在机架服务器的前部,而加热空气的排气口在后部。


管理与维护


服务器的管理和维护并使其保持正常运转包括一系列活动和工具。例如,服务器监视系统提供了关键数据,管理员可以使用这些数据来检测问题,然后再升级为可能导致中断的问题。服务器监视的一些基本组件和工具包括容量管理工具,这些工具可以跟踪资源的使用情况,例如CPU、内存和存储。


同时,专用的能耗工具使管理员能够评估服务器的效率。此类别中的工具包括嵌入不间断电源的仪表,这些仪表报告已连接设备的功耗。其他选项包括电表、在线能耗计算器和硬件供应商的配置工具。


尽管适当的维护有助于延长服务器的使用寿命,但硬件性能下降是不可避免的。服务器的物理组件最终会崩溃,电源、温度、管理和内存都是问题所在。在某些时候,服务器将需要退役和更换。


在服务器范围的高端,适当的大型机停用需要几个步骤。最初,IT经理应清点大型机服务器上运行的应用程序。下一步是将应用程序外包给专门针对大型机的服务提供商,或者重新构建大型机的应用程序以在x86服务器上运行。管理员还必须创建一个安全计划,其中包括删除大型机的数据或破坏硬盘。


故障排除


在某些情况下,需要更换报废的硬件,但在此之前,管理员必须对服务器进行故障排除,以保持其正常运行。重要的第一步是确定问题的范围:谁是受影响的用户,他们是否报告了任何一致的错误消息?将问题隔离到特定服务器后,管理员可以咨询监控工具以获取警报、检查网络连接并查看服务器环境的拓扑结构。


故障排除和使用监视工具可以帮助组织维护系统可用性。但是,组织在开发预防和防止服务器故障的方法时可以采取其他步骤。这些措施包括保持适当的服务器通风和温度控制,并遵循常规维护方案。


无法更新计算机也是最常见的服务器硬件问题之一,这可能会导致性能下降。企业应制定一个定期更新应用程序、固件和操作系统的过程。还应特别注意服务器的安全性和功能。后者要求安装不间断电源,并购买和测试现场发电机。


这些不是唯一可能导致服务器出现问题的地方,但最有可能发生。检查服务器状态以解决问题,并保留日志数据以防将来出现问题。


供应商和产品


当需要购买新服务器时,客户可以从众多选项中进行选择。例如,机架式、刀片式和大型机服务器市场中的服务器硬件选项包括来自十几个供应商的产品。供应商列表包括:


宏基:该公司的服务器产品包括其Altos机架系统、高密度服务器和GPU服务器。

华硕:华硕电脑公司提供RS系列和ESC4000产品线下的机架服务器。它还提供GPU服务器。

思科:思科的目标是通过其UCS B系列刀片服务器、UCS C系列机架服务器、UCS系列存储服务器和面向分支机构的思科UCS E系列服务器覆盖不同规模的客户。

Dell EMC:Dell EMC公司还提供广泛的机架和刀片服务器,其产品包括针对超大规模数据中心的PowerEdge R系列机架服务器,PowerEdge M系列刀片服务器和PowerEdge C系列。

富士通:富士通为美国客户提供的产品包括其Primergy机架和模块化服务器以及功能更强大的Primequest系列。该公司还销售大型机,但在美国市场上不可用。

HPE:HPE机架服务器包括ProLiant DL,ProLiant XL和Integrity产品。刀片服务器产品可以在ProLiant和Integrity系列中找到。

华为:华为技术有限公司的服务器产品包括FusionServer Pro系列机架服务器,FusionServer E系列刀片服务器和FusionServer Pro X系列高密度服务器。该公司受到美国贸易限制。

IBM:IBM公司在上世纪50年代帮助推出了大型计算机,并一直是主要的市场参与者,z15系列是2020年的最新一代产品。其他产品包括一系列机架服务器和用于混合云环境的LinuxOne III服务器。

浪潮集团:浪潮提供机架服务器,用于超大规模数据中心的机架规模产品和专用服务器,例如运行Nutanix软件的超融合设备。

英特尔:英特尔公司提供服务器系统和机箱,涵盖从通用工作负载到高性能计算(HPC)的各种应用程序。该公司还提供用于高性能计算(HPC)、云计算和业务IT的数据中心模块。

联想:联想集团的服务器阵容包括其ThinkSystem机架服务器和Flex System刀片服务器。ThinkSystem系列还提供用于物联网和存储的边缘服务器,以及面向数据分析和虚拟化的关键任务服务器。

NEC:NEC公司提供其Express5800/100机架服务器系列以及Express5800容错服务器系列。后者的产品专注于关键任务工作负载的可用性。

Oracle:Oracle的产品包括x86服务器,Sparc服务器和网络设备构建系统(NEBS)服务器。符合NEBS的服务器除其他用例外,还用于电信和嵌入式工业环境。

Super Micro:Super Micro 公司提供了广泛的服务器。该公司的机架系统适用于从企业应用程序到内存计算的用例。其他产品包括双服务器和刀片服务器。

小型企业服务器


以下是面向倾向于购买塔式服务器的小型企业客户的服务器硬件的一些示例:


华硕:该公司的TS500机器可以作为工作站或服务器运行。

Dell EMC:PowerEdge T40入门级服务器面向文件、打印、邮件和消息传递服务。从T40升级,Dell EMC的PowerEdge T140为中小型企业提供了多种处理器。

富士通:该公司的紧凑型Primergy TX1310 M3服务器具有无螺丝机箱和HDD硬盘快速释放功能。

HPE:该供应商的小型企业服务器产品包括ProLiant ML30 Gen10,该产品适用于远程和分支机构。HPE公司的ProLiant ML350 Gen10可以配置多种Xeon可扩展处理器,而ProLiant MicroServer Gen10 Plus可为小型办公室提供紧凑的占地面积。

联想:ThinkSystem ST250是用于商业和零售应用程序的小型办公服务器。功能更强大的ThinkSystem ST550可用于私有云、服务器虚拟化和虚拟桌面基础设施。

Scan Computers:该公司的3XS SER T7X1服务器使用华硕主板并支持多种Xeon处理器。

企业购买服务器来运行虚拟机,数据库和业务应用程序,例如企资源计划(ERP)和人力资源软件。


购买注意事项


无论是为大企业还是小型企业购买服务器,其基本原理都是相同的:了解其需求和用例,并使其与其评估的产品相匹配。供应商提供了广泛的服务器外形、配置和模型,其中许多针对特定类型的工作负载进行了优化。购买者必须愿意进行仔细的分析,或雇用顾问或渠道合作伙伴(例如增值经销商)来确定最适合其需求的服务器。


确定服务器选项的组织还应该熟悉购买方法。供应商通过直接销售人员,在线零售商以及与授权渠道公司合作在其网站上出售服务器。一些供应商使用销售网点的组合。


当然,成本始终是一个考虑因素,特别是对于预算有限的组织(例如小型企业)而言。中小企业在计算服务器硬件成本时应考虑几个因素,第一项任务是根据预期的用例确定硬件需求。尽管这将有助于确定硬件成本,但购买者还必须检查服务器操作系统成本(可以与硬件价格相匹敌)以及打算驻留在服务器上的应用程序的成本。服务器维护和管理成本也应计入总拥有成本方程式中。


服务器硬件的未来


服务器硬件的未来必须在云计算及其日益增长的影响力的背景下看待。总部位于加州圣何塞的中小企业IT市场研究机构TechAirway公司报告称,85%的美国小企业已经使用云计算,10%的企业计划在未来6至12个月内使用云计算。企业IT市场也出现了向云计算的重大转变,冠状病毒疫情等事件导致企业将更多的工作负载转移到云平台,以此作为业务弹性的衡量标准。


然而,小型企业和企业数据中心将继续拥有和操作服务器,通常作为混合云环境的一部分。在这些组织之外,服务提供商可能会成为主要的服务器购买者。总部位于伦敦的技术研究机构Omdia公司估计,到2020年,大约每三台服务器中就有两台将交付给云计算服务提供商或电信网络提供商。该公司的预测表明,这种模式正在加剧:据Omdia称,2024年,每四台服务器中就有三台服务器为云计算服务提供商或电信网络提供商运行。


服务器在未来仍然很重要,但是其使用方式将在未来继续发生变化。


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