Основные компоненты и подсистемы современных серверов

Часто возникает вопрос – почему серверы стоят гораздо дороже, чем обычные мощные вычислительные системы? В чем их отличие от персональных компьютеров и почему настоящие серверы лучше. Ответить на этот вопрос можно лишь рассмотрев основные компоненты, из которых строится сервер.

Корпуса

Существует два основных вида серверных корпусов: стоечные и пьедестальные. Пьедестальные корпуса (pedestal) – стандартные «башни», отличающиеся от корпусов персональных компьютеров лишь размерами, более емкой корзиной для накопителей и более качественным охлаждением. На сегодняшний день пьедестальные корпуса теряют популярность, их место занимают стоечные корпуса (rackmount). Они предназначены для установки в 19-дюймовую телекоммуникационную стойку или шкаф. Как правило, стоечные корпуса комплектуются рельсами, позволяющими выдвигать серверы для проведения сервисных работ. Такие корпуса занимают меньше места и удобнее в обслуживании. Их высота измеряется в единицах, кратных 44,5 мм (U). Самые распространенные размеры стоечных корпусов: 1U, 2U, 4U и 5U.

Блоки питания

Серверные компоненты (процессоры, жесткие диски, материнские платы и др.), в силу своей высокой производительности потребляют больше электроэнергии, чем их аналоги для персональных компьютеров. Следовательно, для серверов требуются более мощные и надежные источники питания.

В целях повышения надежности в серверах зачастую используют источники питания с резервированием. В случае выхода из строя одного источника питания, в действие вступает дополнительный, при этом питание не теряется. Администратору на консоль поступает сообщение об отказе одного из источников, что дает ему возможность оперативно заменить неисправную часть и восстановить резервирование. Соответственно, в данном случае источники питания поддерживают возможность «горячей» замены, без выключения сервера.

Материнские платы

В серверных системах используются материнские платы двух форм-факторов: ATX(E-ATX) и SSI. ATX более старый и привычный стандарт, главным образом ориентированный на персональные компьютеры. Сегодня на его базе создают лишь серверные платы начального уровня. SSI (Server System Infrastructure) – специальный стандарт на серверные компоненты (блоки питания и корпуса), активно поддерживаемый фирмой Intel. Введение открытого стандарта SSI упростило создание новых серверных корпусов и блоков питания, а, следовательно, и уменьшило издержки и конечную цену для пользователя.

Видимое отличие материнских плат двух стандартов заключается в разных разъемах питания: 20-контактный - у ATX(E-ATX), и новый 24-контактный - у SSI. Отличается также и размер платы – SSI это всегда 12"x13", ATX- 12"x9.8", E-ATX-12"x13". В принципе возможно подключение SSI блока питания к ATX плате и наоборот, через специальные переходники, поскольку разъем SSI фактически представляет собой разъем ATX + дополнительные контакты для 3.3В и 5В.

Поддерживаемые шины ввода-вывода

Начиная с 2004-2005 гг. все серверные платы в обязательном порядке используют последовательную шину PCI Express. Эта шина имеет много преимуществ:

повышенная пропускная способность - не менее 200 Мбайт/c на канал, сертифицированы 1,2,4,8,16 и 32х канальные варианты разъемов. Шина полнодуплексная, т.е. данные могут передаваться «туда» и «обратно» одновременно, пиковая скорость может достигать не менее 6,4 Гбайт/c.

поддержка режима «горячей» замены карт расширения;

заложены возможности контроля целостности передаваемых данных (CRC).

Оперативная память

Для серверов характерна поддержка больших объемов оперативной памяти. Многие приложения (SQL-серверы, Web-серверы и др.) для ускорения операций загружают максимальный объем данных в оперативную память. У файловых серверов в оперативной памяти размещается файловый кэш, ускоряющий доступ к данным пользователя в дисковой памяти.

Все серверы используют оперативную память с контролем четности (ECC). Такая оперативная память позволяет исправлять одиночные ошибки и информировать о двойных ошибках, тем самым, обеспечивая отказоустойчивость сервера. В двухпроцессорных (и более) серверах используется специальная регистровая память. Отличие от обычной оперативной памяти состоит в том, что на ней присутствуют регистры (буферы), контролирующие распределение сигнала по всем чипам оперативной памяти. Соответственно, буферы увеличивают задержку работы с оперативной памятью, но увеличивают надежность доступа к оперативной памяти, что критично для серверов. Также, благодаря наличию регистров, можно поддерживать большее количество разъемов для установки блоков оперативной памяти.

Дисковая подсистема

Диски

Существуют жесткие диски со следующими интерфейсами: Serial ATA (SATA), Serial SCSI (i SCSI или SAS).

Интерфейс Serial ATA различных версий является наследником интерфейса Parallel ATA. В нем была расширена пропускная способность (150, затем 300 Мбайт/с.), для подключения дисков используются новые плоские кабели. Стандарт SATA II допускает "горячее" подключение накопителей, в нем заложен механизм оптимизации очереди команд внутри контроллера, что значительно ускоряет ввод-вывод.

Интерфейс SCSI традиционно использовался в серверных системах. К его неоспоримым преимуществам следует отнести:

возможность подсоединения до 15 устройств на один канал;

высокую общую пропускную способность (до 320 Мбайт/с), которая, однако, должна делиться между всеми дисками;

технологии арбитража шины, снижающие нагрузку на процессор;

оптимизацию очереди команд.

Данные особенности сделали SCSI лучшим интерфейсом для систем, выполнящих задач, связанные с большим количеством операций ввода-вывода. Жесткие диски с интерфейсом SCSI, как правило, имели большую скорость вращения шпинделя - 10000 или 15000 оборотов в минуту, что уменьшает время доступа и увеличивает скорость передачи данных. К минусам данного интерфейса можно отнести высокую стоимость хранения (жесткий диск SCSI в несколько раз дороже, чем накопители SATA той же емкости).

Serial SCSI являются наследником интерфейса SCSI. При сохранении всех положительных черт SCSI в последовательном интерфейсе обеспечена большая пропускная способность при меньшем числе проводников.