服务器三大体系SMPNUMAMPP介绍.docx

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1、服务器三大体系Smpnumampp介绍摘要：从系统架构来看，目前的商用服务器大体能够分为三类，即对称多处理器结构、非一致存储访问结构与海量并行处理结构。SMP（SymmetricMulti-Processor）所谓对称多处理器结构，是指服务器中多个CPU对称工作，无主次或者从属关系。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也被称之一致存储器访问结构（UMA：UniformMemoryAccess）.,对SMP服务器进行扩展的方式包含增加内存、使用更快的CPU、增加CPU、扩充1/0（槽口数与总线数）与添加更多的外部设备（通常是磁盘存储）。SMP服务

2、器的要紧特征是共享，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服务器的要紧问题，那就是它的扩展能力非常有限。关于SMP服务器而言，每一个共享的环节都可能造成SMP服务器扩展时的瓶颈，而最受限制的则是内存。由于每个CPU务必通过相同的内存总线访问相同的内存资源，因此随着CPU数量的增加，内存访问冲突将迅速增加，最终会造成CPU资源的浪费，使CPU性能的有效性大大降低。实验证明，SMP服务器CPU利用率最好的情况是2至4个CPU。CPU利用率最好的情况是2至4个CPUNUMA(Non-UnifornMemoryAccess)由于SMP在扩展能力上的限制，人

3、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，能够把几十个CPU（甚至上百个CPU）组合在一个服务器内。其CPU模块结构如图2所示：图2.NUMA服务器CPU模块结构但NUMA技术同样有一定缺陷，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。如HP公司公布SUPerdome服务器时，曾公布了它与HP其它UNIX服务器的相对性能值，结果发现，64路CPU的Superdome（NUMA结构）的相对性能值是20,而8路N4000（共享的SMP结构）的相对性能值是6.3。从这个结果能够看到，8倍数量的CPU

4、换来的只是3倍性能的提升。NUMA与MPP之比较NUMAjK务器图3.MPP服务器架构图MPP（MassiveParallelProcessing）举例来说，NCR的Teradata就是基于MPP技术的一个关系数据库软件，基于此数据库来开发应用时，不管后台服务器由多少个节点构成，开发人员所面对的都是同一个数据库系统，而不需要考虑如何调度其中某几个节点的负载。NUMA与MPP的区别从架构来看，NUMA与MPP具有许多相似之处：它们都由多个节点构成，每个节点都具有自己的CPU、内存、I/O,节点之间都能够通过节点互联机制进行信息交互。那么它们的区别在哪里？通过分析下面NUMA与MPP服务器的内部架

5、构与工作原理不难发现其差异所在。首先是节点互联机制不一致，NUMA的节点互联机制是在同一个物理服务器内部实现的，当某个CPU需要进行远地内存访问时，它务必等待，这也是NUMA服务器无法实现CPU增加时性能线性扩展的要紧原因。而MPP的节点互联机制是在不一致的SMP服务器外部通过I/O实现的，每个节点只访问本地内存与存储，节点之间的信息交互与节点本身的处理是并行进行的。因此MPP在增加节点时性能基本上能够实现线性扩展。其次是内存访问机制不一致。在NUMA服务器内部，任何一个CPU能够访问整个系统的内存，但远地访问的性能远远低于本地内存访问，因此在开发应用程序时应该尽量避免远地内存访问。在MPP服

6、务器中，每个节点只访问本地内存，不存在远地内存访问的问题。数据仓库的选择哪种服务器更加习惯数据仓库环境？这需要从数据仓库环境本身的负载特征入手。众所周知，典型的数据仓库环境具有大量复杂的数据处理与综合分析，要求系统具有很高的I/O处理能力，同时存储系统需要提供足够的I/O带宽与之匹配。而一个典型的OLTP系统则以联机事务处理为主，每个交易所涉及的数据不多，要求系统具有很高的事务处理能力，能够在单位时间里处理尽量多的交易。显然这两种应用环境的负载特征完全不一致。从NUMA架构来看，它能够在一个物理服务器内集成许多CPU,使系统具有较高的事务处理能力，由于远地内存访问时延远长于本地内存访问，因此需

7、要尽量减少不一致CPU模块之间的数据交互。显然，NUMA架构更适用于OLTP事务处理环境，当用于数据仓库环境时，由于大量复杂的数据处理必定导致大量的数据交互，将使CPU的利用率大大降低。相对而言，MPP服务器架构的并行处理能力更优越，更适合于复杂的数据综合分析与处理环境。当然，它需要借助于支持MPP技术的关系数据库系统来屏蔽节点之间负载平衡与调度的复杂性。另外，这种并行处理能力也与节点互联网络有很大的关系。显然，习惯于数据仓库环境的MPP服务器，其节点互联网络的I/O性能应该非常突出，才能充分发挥整个系统的性能。SMP系统与MPP系统比较SMP(SymmetricMultiProCeSSing

8、),对称多处理系统内有许多紧耦合多处理器,在这样的系统中，所有的CPU共享全部资源，如总线，内存与I/O系统等，操作系统或者管理数据库的复本只有一个，这种系统有一个最大的特点就是共享所有资源。MPP(MassivelyParallelProcessing),大规模并行处理系统,这样的系统是由许多松耦合的处理单元构成的，要注意的是这里指的是处理单元而不是处理器。每个单元内的CPU都有自己私有的资源，如总线，内存，硬盘等。在每个单元内都有操作系统与管理数据库的实例复本。这种结构最大的特点在于不共享资源。既然有两种结构，那它们各有什么特点呢？使用什么结构比较合适呢？通常情况下，MPP系统由于要在不一

9、致处理单元之间传送信息(请注意上图)，因此它的效率要比SMP要差一点，但是这也不是绝对的，由于MPP系统不共享资源，因此对它而言，资源比SMP要多，当需要处理的事务达到一定规模时，MPP的效率要比SMP好。这就是看通信时间占用计算时间的比例而定，假如通信时间比较多，那MPP系统就不占优势了，相反，假如通信时间比较少，那MPP系统能够充分发挥资源的优势，达到高效率。当前使用的OTLP程序中，用户访问一个中心数据库，假如使用SMP系统结构，它的效率要比使用MPP结构要快得多。而MPP系统在决策支持与数据挖掘方面显示了优势，能够这样说，假如操作相互之间没有什么关系，处理单元之间需要进行的通信比较少，

10、那使用MPP系统就要好，相反就不合适了。通过上面两个图我们能够看到，关于SMP来说，制约它速度的一个关键因素就是那个共享的总线，因此关于DSS程序来说，只能选择MPP,而不能选择SMP,当大型程序的处理要求大于共享总线时，总线就没有能力进行处理了，这时SMP系统就不行了。当然了，两个结构互有优缺点，假如能够将两种结合起来取长补短，当然最好了。什么是大型机，小型机。(Mainframe)大型机(mainframe)这个词，最初是指装在非常大的带框铁盒子里的大型计兜机系统，以用来同小一些的迷你机与微型机有所区别。尽管这个词已经通过不一致方式被使用了很多年，大多数时候它却是指system/360开始

11、的一系列的IBM计算机。这个词也能够用来指由其他厂商，如Amdahl,HitachiDataSystems(HDS)制造的兼容的系统。有些人用这个词来指IBM的AS/400或者者iSeries系统，这种用法是不恰当的；由于即使IBM自己也只把这些系列的机器看作中等型号的服务器，而不是大型机。什么是I/O通道（ChanneI）一条大型机通道（Charlnel）某种程度上类似于PCI总线（bus）,它能将一个或者多个操纵器连接起来，而这些操纵器又操纵着一个或者更多的设备（磁盘驱动器、终端、LAN端口，等等。）大型机通道与PCI总线之间的一个要紧区别是大型机通道通过几对大的busandtag电缆（并

12、行通道方式），或者者通过最近常使用的ESeoN（EnterpriseSystemConnection）光导纤维电缆（串行通道方式）与光纤通道来连接操纵器。这些通道在早期是一些外置的盒子（每个约6X30X5H大小），现在都已经整合到了系统框架内。这些通道的超强I/O处理能力是大型机系统功能如此强大的原因之一。什么是DASDDASD是DirectAccessStorageDevice（直接存取存储设备）的缩写：IBM制造这个词来指那些能够直接（并随意）设定地址的存储系统，也就是今天我们所说的磁盘驱动器。但在过去，这个词也指磁鼓（drums）与数据单元（datacell）等等。什么是数据单元？嗯，在

13、磁盘驱动器变得廉价、快速并普遍使用前，IBM曾经制造过一种设备，基本上就是由一个磁鼓与绕在磁鼓上的许多磁条（单元）中的一个构成，然后读写的资料就被纪录在卷动的磁条的磁道上。这种存取数据的方法与磁盘很类似，但当（磁鼓）搜寻资料的时候需要更换磁带的话，所需的时间显然就得按秒来计算。数据单元设备还有个调皮的习惯，它喜欢在卸下一个单元到存储槽的时候卷成一块，这有的时候会造成介质的物理损坏。可见，在取得目前的技术进步前，我们已经走了很长一段路了。什么是LPAR一个LPAR（逻辑分区logicpartition）是一种通过PR/SM（ProcessorResource/SystemManager,一种最近

14、的大型机都具有的固件fireware特性）来实施的虚拟机。在每个分区上，能够运行一个单独的镜像系统，并提供完全的软件隔离。这与UNlX操作系统上的domains原理很相似，但IBM的方法更加细致，它同意所有的CPU与I/O子系统能够在逻辑分区间被共享。PR/SM同意在单个系统上运行15个LPAR,每个（LPAR）拥有专有真实存储（dedicatedrealstorageRAM）同时拥有专有或者共享的CPU与通道。由于对性能影响最为重要的部分都是在CPU里完成的，因此（这样做）没有多少性能的缺失。IBM已经宣称它准备在不久的将来把最高可支持的LPAR数目扩展到超过15个。大型机系统得以长盛不衰的

15、要紧原因（特点）是：RAS,I/O处理能力与ISA。RASRAS（Reliability,Availability,Serviceability高可靠性、高可用性、高服务性）是一个IBM常用来描绘它的大型机的词。到70年代早期为止，IBM已经认识到商业用途系统市场远比科研计算机系统市场有利可图。他们也明白IBM商用系统的一个重要的卖点就是高可靠性。假如他们的商业客户准备使用IBM计算机来开展极其重要的商业业务，客户就得确认他们能够在任何时间都能够正常使用（IBM的机器）。因此，最近30多年来，IBM致力于使每一个新系列的系统比前一代更加可靠。这就导致了今天的系统变得如此可靠，以至于几乎没听说过

16、有任何由于硬件问题导致的系统灾难。这些大型机系统内集成了相当高程度的冗余与错误检查（技术），这样就能防止系统发生灾难性的问题。每个CPUdie装有2个完全的执行管道（executionpipelines）来同时执行每一条指令。假如这两条管道得出的结果不相同，CPU的状态就会复原，然后这条指令被重新执行。假如重新执行后结果还是不一致，最初的CPU状态就被记录卜.来，然后一个空闲的CPU被激活并装入存储的状态数据。这颗CPU继续做最初那颗CPU的工作。经历芯片、内存总线、I/O通道、电源等等，都要么有冗余的设计，或者者有相应的备用品并能够随时投入使用。这些（设备的）小错误可能会导致性能的一些小缺失，但他们决不可能导致系统中任何任务的失败。当很罕见地出现错误的时候，高服务性就用得上了。许多组件都能够在系统运行的同时被更换（热插拔）；甚至微码（mic