通俗易懂.服务器基础全面解析

服务器是构建云计算和数据中心的核心基础设施设备。在公有云量不断增加的背景下，服务器行业正迎来繁荣的拐点。本文围绕4个核心问题，由浅入深分析服务器：



1、什么是服务器？

2.服务器的组成？

3.服务器的分类？

4、x86/ARM架构之争？



一、什么是服务器？



服务器的英文名称是“Server”，是指在网络上提供各种服务的高性能计算机。作为网络的节点，它存储和处理了网络上80%的数据和信息，因此也被称为网络的灵魂。



服务器和普通计算机的功能是相似的。只是服务器与普通电脑相比，在稳定性、安全性、性能等方面的要求更高，所以CPU、芯片组、内存、磁盘系统、网络等硬件都与普通电脑不同。具体来说，服务器与普通计算机的主要区别包括：



1）通信方式为一对多：PC、平板、手机等固定或移动网络终端可以上网、获取信息、与外界进行通信。 、娱乐等，都要经过服务器，服务器通过“一对多”来组织和引导这些设备。



2）资源通过网络共享：服务器监听网络上其他终端（Clients）提交的服务请求，并在网络操作系统的控制下，将硬盘、打印机、Modem和各种专用提供通信设备供网络上的客户站点共享，也可为网络用户提供集中计算、信息发布和数据管理等服务。



3）硬件性能更强大：服务器的高性能主要体现在高速计算能力、长期可靠运行、强大的外部数据吞吐能力。

服务器厂商会根据不同的应用场景设计不同的服务器。目前主要的应用场景包括文件交互、数据存储与查询、应用响应与操作等。






二、服务器的组成？



2.1 服务器逻辑结构



服务器的逻辑结构与普通计算机类似。但由于需要提供高性能计算，在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性和可管理性等方面有更高的要求。在服务器的逻辑架构中，最重要的部分是 CPU 和内存。 CPU对数据进行逻辑运算，内存进行数据存储管理。






2.2 服务器硬件



服务器硬件主要包括：处理器、内存、芯片组、I/O（RAID卡、网卡、HBA卡）、硬盘、机箱（电源、风扇）。



在硬件成本结构方面，CPU 和芯片组、内存和外部存储是主要组成部分。以一台普通服务器的生产成本为例，CPU和芯片组约占50%，内存约占15%，外部存储约占10%，其他硬件约占25%。






2.3 服务器固件和操作系统



服务器固件主要包括BIOS或UEFI、BMC、CMOS，OS包括32位和64位。



1) BIOS

（Basic input/Output System）是基本的输入/输出系统，是服务器启动后运行的第一个软件。它包括基本的输入和输出控制程序、上电自检程序、系统启动引导程序和系统设置信息。



BIOS 是服务器硬件和操作系统之间的抽象层，用于设置硬件和准备操作系统运行。 BIOS 设置程序存储在 BIOS 芯片中。 BIOS的进化版是UEFI（Unified Extensible Firmware Interface），即统一可扩展固定接口。该接口用于操作系统自动从预启动操作环境加载到操作系统，从而简化启动过程，节省时间。



2) BMC

（基板管理ntController）是基板管理控制器，主要对服务器进行监控和管理。 BMC可以在服务器未上电的情况下升级机器固件、检查机器设备等。



3) CMOS

(Complementary metal-oxide-semiconductor) 是计算机主板上的一种特殊 RAM 芯片，用于存储系统参数。 CMOS内存用于存储BIOS设置的相关参数。



4) 操作系统

（操作系统）是操作系统，对服务器软件、硬件和数据资源进行管理和调度。 OS主要分为32位和64位。操作系统的位版本决定了计算机处理器在 RAM（随机存取存储器）中处理信息的效率。 64 位版本可以处理比 32 位版本更多的内存和应用程序。 .



三、服务器的分类？



服务器的分类标准是多样化的。目前，市场上的服务器可以根据产品形式、指令集架构、处理器数量和应用类型进行分类。






3.1 按产品形式



服务器可分为：塔式服务器、机架式服务器、刀片式服务器、机柜式服务器等。






1) 塔式服务器



普通的立式和卧式机箱结构的服务器，可以放置在普通的办公环境中，机箱结构大，内部有大硬盘，冗余电源，冗余风扇扩展空间，具有更好的散热功能。塔式服务器密度低，多为单处理器系统（少数为双处理器系统）。系统电源和风扇一般为单配，非冗余可靠性低。主要应用于企业官网、多媒体大流量APP、医学影像、虚拟桌面基础架构（VD）等场景。






2）机架服务器（Rack Server）



机架结构是传统电信机房的设备结构标准，宽19英寸，高19英寸。一位“U”计算，每个“U”为1.75英寸（可换算成4.445cm）。通常有1U、2U、4U、8U之分，其中以1U、2U为主，其次为4U、8U。近期，市场上出现了3U、6U等高度的机架产品。机架式服务器是外观按照统一标准设计，与机柜配套使用的服务器。可以认为机架式是一种结构优化的塔式服务器。它的设计目的主要是尽可能减少对服务器空间的占用，而减少空间的直接好处是在机房托管价格会便宜很多。主要应用于云计算、软件定义存储、超融合架构、CDN缓存、超算中心等场景。






3）刀片服务器（Blade Server）



通常一个机箱中可以插入不同数量的“刀片”，每个“刀片”实际上是一个服务器主板。刀片服务器通常比机架服务器需要更少的机架空间，通过优化空间是一个更高密度的服务器平台提供更多的计算能力。一般包括刀片服务器、刀片机箱（含背板）和后板三部分。不同厂家的机箱高度不同。所有厂家的机架都是19英寸宽，可以安装在42U标准机架，主要应用于超级计算中心、异构计算、云计算平台、实时业务处理、商业智能分析、数据挖掘等场景。






4）机柜服务器（机柜服务器）



是未来数据中心基础设施的核心形态和发展趋势。它集计算、网络、存储于一体，在面对不同的应用时，可以部署不同的软件，提供整体解决方案。机架式服务器通常由一组冗余电源供电。散热方面，通过机柜背面的风扇墙集中散热。功能模块和支持模块是分开的。通过电源与散热一体化，运行功耗低于普通机架式服务器。 , 可靠高效。此外，机架式服务器无需繁琐的拆装，易于维护。可轻松实现统一集中管理和业务自动化运行。主动部署。主要应用于虚拟化、大数据分析、分布式存储、超算中心等快速集成部署场景。






3.2 根据指令集架构



服务器按指令集架构分类，主要包括：CISC服务器（Complex Instruction Set Computing）是复杂指令集计算，RISC服务器（Reduced Instruction Set Computing）是精简指令集计算，EPIC服务器（显式并行指令计算）是显式并行指令计算。






1) CISC服务器



又称X86服务器，采用Intel、AMD或其他处理器芯片兼容X86指令集和Windows操作系统的服务器，是目前主流的服务器架构。





2) RISC 服务器



RISC服务器基于RISC处理器，目前主要包括IBM的Power和Power PC处理器，以及SUN和富士通联合开发的SPARC处理器，华为基于ARM架构级授权的鲲鹏920处理器。



3) EPIC 服务器



EPIC服务器基于EPIC处理器，目前主要是Intel开发的Itanium处理器。

使用 RISC 或 EPIC 架构的服务器也称为非 X86 服务器。包括：大型机、小型机和UNIX服务器，主要使用UNIX等专用操作系统。








3.3 按处理器数量



服务器按处理器数量可分为：单路服务器、双路服务器、四路服务器、八路服务器等。其中，“通道”是指一个处理器中的CPU数量服务器。例如，单路服务器的 CPU 数量为 1，双路服务器的 CPU 数量为 2，以此类推。目前主流的服务器是双向服务器。



多路复用服务器采用对称多处理技术（Symmetrical Multi-Processing，简称SMP）。在服务器上，多个 CPU 共享内存子系统和总线结构。服务器运行时，多个CPU同时运行一个操作系统的单副本，系统将任务队列对称地分布在每个CPU上，所有CPU都可以平等地访问内存、I/O和外部中断，因此非常整个系统的数据处理能力大大提高。






3.4 按应用类型



在不同的应用场景中，会强调服务器的功能需求。按其应用类型可分为文件服务器、数据库服务器、应用服务器。



1) 文件服务器



在计算机局域网中，以文件数据共享为目标，将多台计算机使用的文件存储在一台服务器上，这台主机称为文件服务器。文件服务器相当于信息系统的一个大仓库，保证了用户与服务器磁盘子系统之间的快速数据传输。在此类服务器的各个子系统中，对系统性能的影响按网络系统、磁盘系统、内存容量、处理器性能的顺序排列。



2) 数据库服务器



用于频繁读取和索引数据的服务器，例如公司财务系统、人事系统和各种管理系统，都有类似的要求。不同类型的企业对数据库服务器有不同的要求。对于较大的企业，会涉及到分布式并发数据查询等问题，对网络系统和I/O数据传输能力要求比较高；对于并发用户比较少的企业来说，分布式查询的需求不高，磁盘系统比较重要。



3) 应用服务器



与向多个用户提供文件的文件服务器类似，应用服务器允许多个用户同时使用一个应用程序。在这类服务器的各个子系统中，对处理器性能的要求会更高。



四、X86/ARM之争？



如上所述，按照说明进行操作集类型，服务器可分为CISC服务器、RISC服务器、EPIC服务器。其中CISC服务器也称为X86服务器，RISC和EPIC服务器统称为非X86服务器（即Non-X86服务器）。从服务器行业趋势来看，目前正在形成双强格局，X86服务器以Intel/AMD处理器为主，非X86服务器以ARM架构处理器为主。双方各有优劣，将长期共存。






4.1 X86服务器：市场占有率高



X86服务器是目前市场的主流选择。 2009年以来，X86服务器逐渐成为服务器市场的主流选择，与非X86服务器相比，在收入方面的优势不断扩大。根据 Gartner 的数据，2019 年全球 X86 服务器出货量和厂商销售额分别为 1249.7 万台和 693.6 亿美元，远超非 X86 服务器。 X86 服务器是云计算基础设施的主要组成部分。随着云计算产业的不断发展，X86服务器的市场规模有望进一步扩大。






中国X86服务器市场需求有望回升。在中国“新基建”政策的推动下，未来五年中国X86服务器市场景气度有望提升。据IDC预测，2020年至2024年，中国X86服务器出货量复合增长率为9.1%。



英特尔新一代10nm芯片即将上市，X86服务器有望迎来新一轮产品迭代。处理器是服务器的核心，X86服务器芯片的霸主是英特尔。 Intel的产品迭代对X86服务器的产业周期有着重要的影响。早在 1978 年，英特尔就推出了用于 PC 的第一代 X86 架构处理器 8086。



此后，英特尔进入服务器领域，走过了奔腾和至强的产品线。根据英特尔公布的路线图，公司将在2020年第四季度推出10nm服务器处理器Ice Lake-SP系列进一步升级了微内核，预计最高可达38核76线程，支持64条PCIe 4.0通道，同时降低功耗。英特尔加快处理器迭代步伐，有望为X86服务器的发展带来强劲催化剂。