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计算机组成原理-服务器组成

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计算机组成原理 — 服务器组成

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服务器的逻辑架构

服务器的逻辑架构和普通计算机类似。但是由于需要提供高性能计算，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。

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服务器的硬件

服务器硬件主要包括：

  • CPU
  • 内存
  • 芯片组
  • I/O（RAID卡、网卡、HBA 卡）
  • 硬盘
  • 机箱（电源、风扇）
  • 等。

在成本构成上，CPU、内存、芯片组、外部存储是大头。CPU、芯片组大致占比 50% 左右，内存大致占比 15% 左右，外部存储大致占比10% 左右，其他硬件占比 25%左右。

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服务器的固件

BIOS / UEFI

BIOS（Basic input/Output System，基本输入输出系统）是一组固化到主板中一个 ROM 芯片上的程序，它可以从 CMOS（Complementary metal-oxide-semiconductor）中读写系统设置的具体信息。BIOS 程序保存着计算机最重要的基本输入输出程序，包括：基本输入输出控制程序、上电自检程序、系统启动自举程序、系统设置信息。

注：CMOS 是电脑主机板上一块特殊的 RAM 芯片，是系统参数存放的地方。CMOS 存储器用来存储 BIOS 设定后的相关参数。

BIOS 是服务器硬件和 OS 之间的抽象层，用来设置硬件，为 OS 运行做准备。BIOS 设置程序是储存在 BIOS 芯片中的。

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UEFI（Unified Extensible Firmware Interface，统一的可扩展固定接口）是 BIOS 的进化版本，相比传统 BIOS 来说，它更易实现，容错和纠错特性也更强。

另外，传统 BIOS 主要支持 MBR 引导，UEFI 则主要支持 GPT 引导，它加入了对新硬件的支持，其中就有支持 2TB 以上硬盘。

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全新硬盘在使用之前必须进行分区格式化，硬盘分区初始化的格式主要有两种：

  1. MBR：是传统的分区表类型，当一台电脑启动时，它会先启动主板上的 BIOS 系统，BIOS 再从硬盘上读取 MBR 主引导记录，硬盘上的 MBR 运行后，就会启动操作系统，但最大的缺点则是不支持容量大于 2T 的硬盘。

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  2. GPT：是另一种更先进的磁盘系统分区方式，它的出现弥补了 MBR 这个缺点，最大支持 18EB 的硬盘，是基于 UEFI 使用的磁盘分区架构。

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  3. BIOS + MBR：这是最传统的，系统都会支持；唯一的缺点就是不支持容量大于 2T 的硬盘。

  4. BIOS + GPT：BIOS 是可以使用 GPT 分区表的硬盘来作为数据盘的，但不能引导系统；若电脑同时带有容量小于 2T 的硬盘和容量大于 2T 的硬盘，小于 2T 的可以用 MBR 分区表安装系统，而大于 2T 的可以使用 GPT 分区表来存放资料。但系统须使用 64 位系统。

  5. UEFI + MBR：可以把 UEFI 设置成 Legacy 模式（传统模式）让其支持传统 MBR 启动，效果同 BIOS + MBR；也可以建立 FAT 分区，放置 UEFI 启动文件来，可应用在 U 盘和移动硬盘上实现双模式启动。

  6. UEFI + GPT：如果要把大于 2T 的硬盘作为系统盘来安装系统的话，就必须 UEFI+GPT。而且系统须使用 64 位系统，否则无法引导。但系统又不是传统在 PE 下安装后就能直接使用的，引导还得经过处理才行。

GRUB（GRand unified bootloader，多操作系统启动程序）允许用户可以在计算机内同时拥有多个操作系统，并在计算机启动时选择希望运行的操作系统。用于选择操作系统分区上的不同内核，也可用于向这些内核传递启动参数。它是一个多重操作系统启动管理器，用来引导不同系统，如：Windows、Linux。Linux 常见的引导程序包括 LILO、GRUB、GRUB2。

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BMC

BMC（Baseboard Management Montroller，基板管理控制器）主要是对服务器进行监控和管理。BMC 可以在服务器未开机的状态下，对机器进行固件升级、查看机器设备等。

服务器的分类

服务器的分类标准是多元化的，目前主要可按以下纬度进行分类：

  • 产品形态
  • 指令集架构
  • 处理器数量
  • 应用类型
  • 等

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按产品形态分类

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塔式服务器（Tower Server）

就是常见的立式和卧式机箱结构的服务器，可放置在普通的办公环境，机箱结构较大，有较大的内部硬盘、冗余电源、冗余风扇的扩容空间，并具备较好的散热功能。

塔式服务器密度低，多为单处理器系统（有少部分为双处理器系统）。系统电源和风扇一般是单配，非冗余可靠性较低。主要应用在企业官网、多媒体大流量 APP、医疗成像、虚拟桌面基础架构（VD）等场景。

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机架式服务器（Rack Server）

机架结构是传统电信机房的设备结构标准，宽度为 19 英寸，高度以单位 “U” 计算，每 U 为 1.75 英寸（可换算成 4.445cm）。通常有 1U、2U、4U 和 8U 之分，其中以 1U 和 2U 为主，其次是 4U 和 8U。近期市场也有 3U 和 6U 等高度的机架产品出现。

机架服务器是一种外观按照统一标准设计的服务器，配合机柜使用。可以认为机架式是一种优化结构的塔式服务器，它的设计宗旨主要是为了尽可能减少服务器空间的占用，而减少空间的直接好处就是在机房托管的时候价格会便宜很多。主要应用在云计算、软件定义存储、超融合架构、CDN 缓存、超算中心等场景。

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刀片式服务器（Blade Server）

通常在一个机箱里可以插入数量不等的 “刀片”，其中每一块 “刀片” 实际上就是一块服务器主板。刀片服务器通常只需要比机架服务器更少的机架空间，通过优化空间来提供更强的计算能力，是一种更高密度的服务器平台。

一般包括刀片服务器、刀片机框（含背板）及后插板三大部分。不同厂商有不同高度的机框。各厂商机框皆为 19 英寸宽，可安装在 42U 的标准机柜上。主要应用在超算中心、异构计算、云计算平台、实时业务处理、商业智能分析及数据挖掘等场景。

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机柜式服务器（Cabinet Server）

是未来数据中心基础架构的核心形态和发展趋势。它集成计算、网络、存储于一体，以及面向不同应用时，可以部署不同的软件，提供一个整体的解决方案。

机柜式服务器一般由一组冗余电源集中供电，散热方面由机柜背部风扇墙集中散热，功能模块和支撑模块相分离，通过供电、散热的整合，相比普通机架式服务器，运行功耗低、且可靠高效。此外，机柜式服务器无需繁琐拆装，维护便捷，能够轻松实现统一集中管理和业务的自动部署。主要应用在虚拟化、大数据分析、分布式存储、超算中心等快速一体化部署场景。

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按指令集架构分

服务器按照指令集架构分类，主要分为如下：

  • CISC（Complex instruction Set Computing，复杂指令集计算）服务器 ：也被称为 x86 服务器，采用 Intel、AMD 或其它兼容 x86 指令集的处理器芯片以及 Windows 操作系统的服务器，是目前主流的服务器架构。
  • RISC（Reduced Instruction Set Computing，精简指令集计算）服务器 ：目前主要包括 IBM Power 和 Power PC 处理器，SUN 和富士通合作研发的 SPARC 处理器，华为基于 ARM 架构级授权研发的鲲鹏 920 处理器。
  • EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computing，显式并行指令计算）服务器 ：目前主要是 Intel 研发的安腾处理器等。

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使用 RISC 或 EPIC 架构的服务器又称 non-x86 服务器。包括：大型机、小型机和 UNIX 服务器，并且主要采用 UNIX 和其它专用操作系统。

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按处理器数量分

按照处理器的数量可将服务器分为：

  • 单路服务器
  • 双路服务器
  • 四路服务器
  • 八路服务器
  • 等。

多路服务器用到了 SMP（Symmetrical Multi-Processing，对称多处理技术）或 NUMA 技术。在一台服务器上，多颗 CPU 共享内存子系统以及总线结构。在服务器运行时，多颗 CPU 同时运行操作系统的单一复本，系统将任务队列对称地分布于每颗 CPU 之上，所有的 CPU 都可以平等地访问内存、I/O 和外部中断，从而极大地提高了整个系统的数据处理能力。

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更新于 2021-08-22
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