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。

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。

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。

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。

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。
   

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。
   

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。

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

按产品形态分类

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。