服务器为什么能长时间持续地工作?

本文介绍了服务器能够长时间稳定运行的原因,包括适宜的运行环境、合理的运行状态管理、可靠的电源供应、强大的硬件条件、专用的操作系统、冗余设计、优秀的集群架构及专业的维护措施。

一般来说服务器的可持续工作能力通常用MTBF(平均无故障时间)来衡量的。服务器每年的宕机时间都非常短暂,当服务器可靠性为99%时,每年停机大约在87.6 小时;但当可靠性高达5个9的时候即99.999%,它年停机时间仅为5分钟了。那么为什么服务器能长时间持续地工作呢?

运行环境

首先是运行环境,一般机房要求无尘,室内环境良好,温度控制在零上4到40度,否者对电子零件有影响。通常电子信息设备的工作环境温度应在18℃~30℃之间,温度过高或过低将使计算机受到损害并加速其老化,从而影响服务器的使用寿命。因此,服务器一般都放在空气流动的地方,有24小时的空调为其服务。

运行状态

服务器的运行状态影响着其使用寿命,一般服务器CPU的负荷总在80%以上会对风扇和CPU的寿命都有影响,所以服务器一般不会超频工作。另外工作人员也会定期检查服务器的硬件工作状态,有小问题及时解决。应该能用五年以上。

谷歌数据中心一隅(图片来自Google)

可靠的电源

服务器的工作离不开电源,同时电源也是计算机产生故障的主要因素。首先,必须确保服务器使用的是适当功率的电源。服务器电源的电压一般为220V/50Hz,并朝着低压化、大功率化、高密度、高效率、分布式化等方向发展。UPS保证了服务器在突然断电等状况下还可以继续工作。其次,服务器所使用的电源与照明电源分开,使用单独的插座。

强大的硬件条件

服务器也是电脑,但一般来说,服务器是比较特殊的机器,因为“工作岗位”的关系,有些地方设计得更“特别”一点。针对服务器稳定压倒一切的特点,服务器CPU内置多种容错纠错机制;内存使用带ECC校验芯片的内存,数据干扰出错风险比非ECC内存降低很多;服务器用的都是纯铜散热器、纯铜散热片,而且机箱风扇也都装到位了。内置的集成显卡大多数时间不需要工作。主板都是6层以上PCB,硬盘设计寿命是普通硬盘的2倍等等,这些硬件的设计为服务器的稳定提供了进一步的支撑。

专用的操作系统

专为服务器设计的Windows Server以及Unix和Linux类操作系统可以在不需要外接显示器的情况下,关掉图形化界面的服务程序,甚至服务器的操作系统默认连声卡都没开启的。专用的操作系统提供了高安全性、高可靠性、高可用性和高可扩展性,为服务器的稳定性做出了巨大贡献。

冗余设计

冗余,指重复配置系统的一些部件,当系统发生故障时,冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作,由此减少系统的故障时间。高端服务器产品中普遍采用双电源系统,这两个电源是负载均衡的,即在系统工作时它们都为系统提供电力,当一个电源出现故障时,另一个电源就承担所有的负载。有些服务器系统实现了DC的冗余,另一些服务器产品,如Micron公司的NetFRAME 9000实现了AC、DC的全冗余。

优秀的集群架构

如果服务器集群中有一台出现了硬件故障怎么办呢,例如cpu或者内存的故障,十分这样服务器就会挂掉导致宕机呢?其实,我们优秀的软件工程师设计出集群架构可以让多台服务器运行同一个业务,一台或者多台服务器离线并不会对整体业务造成严重影响。

专业的维护

世界没有从来不坏的服务器,这是可以肯定的。业务对可靠性的近似苛刻要求也有其不得已的苦衷。根据统计,金融企业每次宕机损失平均为1000万美元,所造成的无形资产损失更是无法估量。所以专业的维护对于服务器机房来说也是必不可少。服务器在设计的时候做了大量的备份冗余,在使用的时候运维在不停排除故障。专业的维护人员设计了hadoop、hdfs、lvs等等一系列的维护系统和灾后修复策略。超多的维护费用、电费、监控费、安保费等为服务器的稳定运行做出了后勤保障。

Linux 和 Windows 在长时间登录方面的差异主要源于设计理念、系统架构以及目标使用场景的不同。Linux 系统在设计之初就面向服务器和多用户环境,因此天然支持长时间运行和稳定登录[^1],而 Windows 更侧重于桌面用户的易用性和交互体验,其默认设置并不鼓励长时间保持登录状态[^2]。 ### 系统设计理念差异 Linux 作为类 Unix 系统,继承了 Unix 的“一切皆文件”和“服务常驻”的理念,其系统服务和用户会话通常以守护进程的方式运行,即使没有用户交互,也能持续工作。这种设计使得 Linux 可以支持长时间登录,用户可以在断开连接后继续运行任务,例如通过 `screen` 或 `tmux` 工具实现会话的持久化[^2]。 相比之下,Windows 桌面版本更注重用户交互和图形界面体验,其默认的电源管理和会话管理策略倾向于在不活动一段时间后锁定屏幕或进入休眠状态,以节省资源和提升安全性[^3]。 ### 会话管理机制 Linux 系统通过 PAM(Pluggable Authentication Modules)机制管理用户认证和会话控制,管理员可以灵活配置登录会话的超时策略,甚至完全禁用自动登出功能。此外,Linux 支持 SSH 登录,远程用户可以通过 SSH 长时间保持连接,并借助 `nohup` 或 `disown` 命令使任务在后台持续运行。 Windows 系统则使用 Windows 登录管理器(Winlogon)和本地安全认证子系统(LSASS)来处理用户登录和会话管理。默认情况下,Windows 桌面版本不提供类似 Linux 的会话持久化机制,用户一旦断开远程连接,其会话通常会被终止或冻结,除非使用特定工具如远程桌面服务(RDS)或第方软件来维持会话。 ### 安全性与资源管理 Linux 的长时间登录功能通常与系统安全性设计相辅相成。由于 Linux 的权限控制较为严格,且用户多为技术背景,系统默认提供了较高的安全性保障,例如通过 SELinux 或 AppArmor 实现强制访问控制[^1]。此外,Linux 的轻量化特性使其在长时间运行时对系统资源的占用较低,适合老旧硬件或资源受限环境。 Windows 虽然在近年来加强了安全性(如引入 Windows Defender 和 BitLocker),但其广泛的应用生态和图形界面也带来了更高的攻击面。为了防止未经授权的访问,Windows 默认设置中会限制登录会话的持续时间,并在用户不活动时自动锁定系统。 ### 实际应用场景 Linux 的长时间登录功能使其在服务器、开发环境和嵌入式系统中表现出色。例如,Web 服务器、数据库服务器持续集成系统通常依赖 Linux 的稳定性和长时间运行能力。 Windows 虽然在服务器领域也有 Windows Server 版本支持长时间运行和远程管理,但其桌面版本更适用于交互频繁的办公和娱乐场景,用户通常不会长时间保持登录状态。 ### 示例:Linux 中的长时间登录实现 以下是一个使用 `screen` 实现长时间登录会话的示例: ```bash # 安装 screen(如果尚未安装) sudo apt install screen # 启动一个新的 screen 会话 screen -S mysession # 在 screen 会话中执行任务,例如运行一个长时间脚本 ping google.com # 按 Ctrl+A,然后按 D 键,分离当前会话 # 之后可以重新连接到该会话 screen -r mysession ```
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