服务器硬件架构.docx

从性能角度来看， 处理器、内存和 I/O 这三个子系统在 服务器中是最重要的， 它们也是最容易出现性能瓶颈的地方。目前市场上主流的 服务器大多使用英特尔Nehalem、Westmere微内核架构的三个家族处理器： Nehalem-EP，Nehalem-EX 和 Westmere-EP。下表总结了这些处理器的主要特性： Nehalem-EP Westmere-EP Nehalem-EX Nehalem-EX 商业名称 至强 5500 至强 5600 至强 6500 至强 7500 支持的最插座数 2 2 2 8 每插座最大核心数 4 6 8 8 每插座最大线程数 8 12 16 16 MB缓存 (3 级) 8 12 18 24 最大 内存 DIMM数 18 18 32 128 在本文中，我们将分别从处理器、内存、 I/O 三大子系统出发，带你一起来梳理和了解必威体育精装版英特尔架构服务器的变化和关键技术。 一、处理器的演变 现代处理器都采用了必威体育精装版的硅技术，但一个单 die( 构成处理器的半导体材料块) 上有数百万个晶体管和数兆存储器。多个 die 组织到一起就形成了一个硅晶片，每个 die 都是独立切块， 测试和用陶瓷封装的， 下图显示了封装好的英特尔至强 5500 处理器外观。 图 1 英特尔至强 5500 处理器 插座 处理器是通过插座安装到 主板上的，下图显示了一个英特尔处理器插座， 用户可根据自己的需要，选择不同时钟频率和功耗的处理器安装到 主板上。 图 2 英特尔处理器插座 主板上插座的数量决定了最多可支持的处理器数量， 最初，服务器都只有一个处理器插座，但为了提高服务器的性能，市场上已经出现了包含 2， 4 和 8 个插座的主板。 在处理器体系结构的演变过程中， 很长一段时间， 性能的改善都与提高时钟频率紧密相关， 时钟频率越高， 完成一次计算需要的时间越短， 因此性能就越好。随着时钟频率接近 4GHz，处理器材料物理性质方面的原因限制了时钟频率的进 一步提高，因此必须找出提高性能的替代方法。 核心 晶体管尺寸不断缩小 (Nehalem 使用 45nm技术， Westmere使用 32nm技术) ， 允许在单块 die 上集成更多晶体管， 利用这个优势， 可在一块 die 上多次复制最基本的 CPU( 核心) ，因此就诞生了多核处理器。 现在市场上多核处理器已经随处可见，每颗处理器包含多个 CPU核心( 通常是 2，4，6，8 个 ) ，每个核心都有一级缓存 (L1) ，通常所有的核心会共享二级(L2) 、三级缓存 (L3) 、总线接口和外部连接， 下图显示了一个双核心的 CPU架构。 图 3 双核心 CPU架构示意图 现代服务器通常提供了多个处理器插座，例如，基于英特尔至强 5500 系列(Nehalem-EP) 的服务器通常包含两个插座， 每个插座四个核心， 总共可容纳八个核心，而基于英特尔至强 7500 系列(Nehalem-EX) 的服务器通常包含八个插座， 每个插座八个核心，总共可容纳 64 个核心。 下图显示了更详细的双核处理器架构示意图， CPU的主要组件 ( 提取指令， 解码和执行 ) 都被复制，但系统总线是公用的。 图 4 双核处理器的详细架构示意图 线程 为了更好地理解多核架构的含义， 我们先看一下程序是如何执行的， 服务器会运行一个内核 ( 如 Linux ，Windows的内核) 和多个进程，每个进程可进一步细分为线程，线程是分配给核心的最小工作单元， 一个线程需要在一个核心上执行， 不能进一步分割到多个核心上执行。下图显示了进程和线程的关系。 图 5 进程和线程的关系 进程可以是单线程也可以是多线程的， 单线程进程同一时间只能在一个核心上执行，其性能取决于核心本身，而多线程进程同一时间可在多个核心上执行， 因此它的性能就超越了单一核心上的性能表现。 因为许多应用程序都是单线程的， 在多进程环境中， 多插座、多核心的架构通常会带来方便，在虚拟化环境中，这个道理一样正确， Hypervisor 允许在一台物理服务器上整合多个逻辑服务器，创建一个多进程和多线程的环境。 英特尔超线程技术 虽然单线程不能再拆分到两个核心上运行， 但有些现代处理器允许同一时间在同一核心上运行两个线程， 每个核心有多个并行工作能力的执行单元， 很难看到单个线程会让所有资源繁忙起来。 下图展示了英特尔超线程技术是如何工作的， 同一时间在同一核心上有两个线程执行，它们使用不同的资源，因此提高了吞吐量。 图 6 英特尔超线程技术工作原理 前端总线 在多插座和多核心的情况下， 理解如何访问内存和两个核心之间是如何通信的非常重要，下图显示了过去许多英特尔处理器使用的架构，被称作前端总线(FSB) 架构。在 FSB架构中，所有通信都是