简析关键业务领域商用服务器


服务器技术种类从体系结构来看,目前广泛应用于关键业务领域的商用服务器大体可以分为三类,即对称多处理器结构(SMP:SymmetricMulti-Processor),非一致存储访问结构(NUMA:Non-UniformMemoryAccess)以及海量并行处理结构(MPP:MassiveParallelProcessing)。

SMP结构是指服务器中多个CPU对称工作,无主次或从属关系。各CPU共享相同的物理内存,每个CPU访问内存中的任何地址所需时间是相同的,因此SMP也被称为一致存储器访问结构。对SMP服务器进行扩展的方式包括:增加内存、使用更快的CPU、增加CPU、扩充I/O、更多的外部设备(通常是磁盘存储)。SMP服务器的主要特征是共享,系统中所有资源(CPU、内存、I/O等)都是共享的。也正是由于这种特征,导致了SMP服务器的主要问题,那就是它的扩展能力非常有限:每一个共享的环节都可能造成SMP服务器扩展时的瓶颈;对SMP而言,最受限制的是内存,每个CPU必须通过相同的内存总线访问相同的内存资源;随着CPU数量的增加,内存访问冲突将迅速增加,造成CPU资源的浪费,CPU性能的有效性大大降低。

由于SMP在扩展能力上的限制,人们开始探究如何进行有效地扩展从而构建大型系统的技术,NUMA就是这种努力下的结果之一。利用NUMA技术,可以把几十个CPU(甚至上百个CPU)组合在一个服务器内。

NUMA服务器的基本特征是:具有多个CPU模块(或称为BuildingBlock、节点);每个CPU模块由多个CPU(如4个)组成,并且具有独立的本地内存、I/O槽口等;节点之间通过互连模块进行连接和信息交互;每个CPU可以访问整个系统的内存,显然,访问本地内存的速度将远远高于访问远地内存(系统内其他节点的内存)的速度,这也是非一致存储访问NUMA的由来。由于这个特点,为了更好地发挥系统性能,开发应用程序时需要尽量减少不同CPU模块之间的信息交互。
利用NUMA技术,可以较好地解决原来SMP系统的扩展问题,在一个物理服务器内可以支持上百个CPU。

NUMA技术的主要问题是,由于访问远地内存的延时远远超过本地内存,因此当CPU数量增加时,系统性能无法线性增加。

和NUMA不同,MPP提供了另外一种进行系统扩展的方式,它由多个SMP服务器通过一定的节点互联网络进行连接,协同工作,完成相同的任务,从用户的角度来看是一个服务器系统。其基本特征如下:由多个SMP服务器(每个SMP服务器称节点)通过节点互连网络连接而成,每个节点只访问自己的本地资源(内存、存储等),是一种完全无共享结构;扩展能力最好,理论上其扩展无限制,目前的技术可实现512个节点互连。

在MPP系统中,每个SMP节点也可以运行自己的操作系统、数据库等,但和NUMA不同的是,它不存在异地内存访问的问题。换言之,每个节点内的CPU不能访问另一个节点的内存。节点之间的信息交互是通过节点互联网络实现的,这个过程一般称为数据重分配(DataRedistribution)。