认识">刀片服务器
在回顾刀片服务器的历史之前,首先让我们对这个与塔式、机架式或机柜式服务器都不一样的产品有一个全局性的认识。
刀片服务器其实是一种采用模块化设计的“精简版”服务器,为了尽量少占用机柜空间而进行了优化。整个刀片系统由刀片机箱和刀片设备组成。刀片机箱(enclosure/ chassis)可容纳多个刀片服务器,它同时提供了共享的电源、冷却、网络及各种互连和管理组件。当然,不同刀片厂商在刀片和机箱里面添加哪些组件,有着不一样的设计思想。
高密度是刀片最主要的优势之一。我们知道,在标准的高42U、宽19英寸的服务器机柜中,1U(高1.75英寸)规定了任何设备的最小尺寸,对于机架式设备的安装台数有着严格的限制,比如最多放24台1U的机架服务器。而刀片计算的主要优点就在于消除了这种限制,截至2009年,通过刀片系统,一个机柜可实现容纳128个独立服务器的超高密度!
戴尔的刀片服务器
1)服务器刀片
跟理论上的图灵机相比,一台现代意义上的计算机只需要几样东西:I/O用来读取命令和数据,同时传送最后的计算结果;处理器用来执行这些命令,对数据进行计算处理;内存则用来存储中间结果。但实际上,到目前为止,要让计算机系统正常运转,还需要其他部件的支撑,如电源、硬盘、网络、人机交互设备(键盘、显示器、鼠标)等等,这些部件不仅占用空间,会产生热量,也增加了系统不稳定的因素。
刀片服务器的出现则在一定程度上作了修正,比如,有些部件实现了共享化(如电源),有些实现了虚拟化(如iSCSI存储可以通过IP实现远程控制),有些则完成被摒弃掉了(如串行接口)。在理论上,随着刀片服务器本身变得越来越简单,其体积会越来越小,制造成本也会越来越低。
惠普的计算刀片内部结构
2)刀片机箱
对于普通的服务器系统来说,机箱往往承担了一些非核心的计算服务,如电源、风扇等,其使用的组件也往往个头、发热量比较大,而且是每台计算机中都会配置相应的组件,利用率也不高。而对于刀片服务器系统而言,通过将这些组件集中在机箱里并供多个计算刀片共享,则可以大大提高共享部件的使用效率。当然,对于不同厂商来说,刀片机箱的规格也是大相径庭。
3)电源
由于刀片服务器需要工作在某个范围的直流电压中,但电力公司输送的却是交流电,而且电压高于计算机内部组件所需的电压,于是,为了实现交直流电和电压的转换,需要一个或多个PSU。同时,为了确保某一个电源的故障不影响计算机系统的运行,即便是入门级服务器也会配有冗余电源,而这也会进一步增加系统的体积和发热量。
一般而言,刀片机箱的电源是由所有刀片服务器共享的。它可以是刀片机箱中的一个电源模块,也可以是独立的专用PSU系统,为多个机箱供直流电。后者可以在保证电力的同时,减少PSU的数量。随着刀片服务器越来越普及,机架式的UPS也开始受到更多欢迎,甚至还有一些专门针对刀片服务器的UPS出现,如BladeUPS。
4)冷却散热
在刀片服务器的运行过程中,电气组件和机械组件都会生成热量,这些热量必须得到妥善处置,才能保证各组件正常工作。与大多数计算系统一样,绝大多数的刀片机箱都是通过风扇来散热。但在设计高性能计算机系统时有一个问题经常被低估,那就是系统生成的热量与风扇散热功能之间的矛盾。
一方面,由于刀片服务器在机箱中共享电源和冷却模块,这意味着它生成的热量不如传统服务器多。但另一方面,由于刀片服务器一般部署的密度更高,当机柜中的刀片服务器数量超过一半时,就开始需要更大的散热效果,对于早期的刀片为说,这点更加明显。实践证明,一个满配刀片的机柜比满配1U机架服务器的机柜需要更多的散热能力,毕竟前者可以在相同空间里装入128个刀片服务器,而后者只有42台机器。
于是,我们看到,一些比较新的刀片机箱为此采用了高速可调节风扇,可以根据系统要求来调控冷却效果,甚至有些还动用了液冷系统。