服务器分类、CPU、硬盘和系统| 学习笔记

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服务器分类、CPU、硬盘和系统

 

内容介绍：

一、CPU类型

二、服务器分类

三、存储基础知识---存储网络

四、操作系统

五、开发接口标准

六、Library function和system call

七、用户和内核空间

八、编程语言

 

一、CPU类型

X86

X64（CLSC）

ARM(Acorn RISC Machine)

m68000,m68k(moto)

Power(IBM)

Powerpc(apple,ibm,moto )

Ultrasparc (Sun)

Alpha(HP)

安腾(compaq)

 

 

微型计算机CPU的发展

二、服务器分类

按照 CPU 体系架构来区分，服务器主要分为两类:

1、非x86服务器:使用 RISC (精简指令集)或 EPIC (并行指令代码)处理器，并且主要采用 UNIX 和其它专用操作系统的服务器，指令系统相对简单，它只要求硬件执行很有限且最常用的那部分执令，CPU 主要有 Compaq 的 Alpha 、HP的 PA-RISC 、IBM 的 Power PC 、 MIPS 的 MIPS 和 SUN 的 Sparc 、 Intel 研发的EPIC 安腾处理器等。这种服务器价格昂贵，体系封闭，但是稳定性好，性能强，主要用在金融、电信等大型企业的核心系统

 

2、x86服务器:又称 CISC (复杂指令集)架构服务器，即通常所讲的 PC 服务器，它是基于 PC 机体系结构，使用 Intel 或其它兼容x86指令集的处理器芯片的服务器。目前主要为 intel 的 Xeon E3，E5，E7系列，价格相对便宜、兼容性好、稳定性较差、安全性不算太高。

 

服务器硬件---CPU

按CPU个数来分：

1、4路及4路以上服务器（企业级服务器）

2、2路服务器（部门级服务器）

3、1路服务器（入门级服务器）

 

服务器硬件---主板

1、主板 mainboard 、系统板 systemboard 或母板 motherboard ，安装在机箱内，是计算机最基本的也是最重要的部件之一

2、主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件

 

服务器硬件---内存

1、内存是介于 CPU 和外部存储之间，是 CPU 对外部存储中程序与数据进行高速运算时存放程序指令、数据和中间结果的临时场所，它的物理实质就是一组具备数据输入输出和数据存储功能的高速集成电路

 

2、内存是 CPU 能直接寻址的存诸空间，由半导体器件制成。内存的特点是存取速度快

 

3、计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大

 

4、外存:硬盘，U盘，软盘，光盘

 

5、内存和外存的区别:

内存断电后数据丢失

外存断电后数据可以保存

 

6、容量:即该内存的存储容量，单位一般为“MB”或“GB”

 

7、内存带宽:

（1）内存带宽是指内存与北桥芯片之间的数据传输率

（2）单通道内存节制器一般都是64-bit的，8个二进制位相当于1个字节，换算成字节是64/8=8，再乘以内存的运行频率，如果是 DDR内存就要再乘以2

1byte  字节  B

8位二进制  位  b

1byte=8bit

（3）计算公式:

内存带宽=内存总线频率x数据总线位数/8

 

8、示例: DDR 内存带宽计算

DDR2 667，运行频率为333MHz，带宽为

333x2x64/8=5400MB/s=5.4GB/s

DDR2 800，运行频率为400MHz，带宽为

400x2x64/8=6400MB/s=6.4GB/s

 

9、在线备用内存技术：

（1）当主内存或者是扩展内存中的内存出现多位错误时或者出现物理内存故障时，服务器仍继续运行

（2）由备用内存接替出现故障内存的工作

（3）备用的内存区域必须比其它区域的内存容量要大或相同

内存镜像：

（1）镜像为系统在出现多位错或内存物理故障时提供数据保护功能，以保证系统仍能正常的运行

（2）数据同时写入两个镜像的内存区域

（3）从一个区域进行数据的读取

 

服务器硬件---硬盘

1、机械硬盘结构:

（1）存储介质(Media)--盘片

盘片的基板是金属或玻璃材质制成，为达到高密度高稳定的质量，基板要求表面光滑平整，不可有任何暇疵

（2）读写头(Read Write Head)--磁头

磁头是硬盘读取数据的关键部件，它的主要作用就是将存储在硬盘盘片上的磁信息转化为电信号向外传输

（3）马达(Spindle Motor&Voice Coil Motor )

马达上装有一至多片盘片，以7200，10000 ，15000RPM等定速旋转，为保持其平衡不可抖动，所以其质量要求严谨，不产生高温躁音

 

 

2、机械硬盘示例图

3、硬盘基本参数:

（1）容量

容量是硬盘最主要的参数。 单位有MB、GB、TB

（2）转速

转速是指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单位为rpm。现在硬盘的转速已经达到10000rpm，15000rpm

（3）传输速率

传输速率(Data Transfer Rate)。硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒(MB/s)

（4）缓存

硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题，以提高硬盘的读写速度

 

4、硬盘接口类型:

（1）IDE接口:硬盘接口规范，采用ATA技术规范

（2）SCSI接口:应用于小型机上的高速数据传输技术

（3）SATA接口:Serial ATA，提高传输速率，支持热插拔

（4）SAS接口:Serial Attached SCSI，兼容SATA

目前主流的硬盘接口为SATA和SAS接口

 

5、服务器的性能短板:

如果CPU有每秒处理1000个服务请求的能力，名种总线的负载能力能达到500个，但网卡只能接受200个请求，而硬盘只能负 担150个的话，那这台服务器得处理能力只能是150个请求/秒，有85%的处理器计算能力浪费了

 

6、SSD硬盘:

SSD(Solid State Disk)泛指使用 NAND Flash 组成的固态硬盘。其特别之处在于没有机械结构，以区块写入和抹除的方式作读写的功能，因此在读写的效率上，非常依赖读写技术上的设计 SSD 读写存取速度快 ，性能稳定，防震性高，发热低，耐低温，电耗低，无噪音。 因为没有机械部分，所以长时间使用也出现故障几率也较小。缺点:价格高，容量小，在普通硬盘前毫无性价比优势

 

 

服务器硬件---阵列卡

1、Raid卡:

用来实现 RAID 的建立和重建，检测和修复多位错误，错误磁盘自动检测等功能。RAID 芯片使CPU的资源得以释放

2、阵列卡(RAID卡)的作用

（1）阵列卡把若干硬盘驱动器按照一定要求组成一个整体、由阵列控制器管理的系统。

（2）阵列卡用来提高磁盘子系统的性能及可靠性

 

3、阵列卡参数

支持的 RAID 级别

阵列卡缓存

电池保护

 

服务器硬件---电源

1、电源和风扇

（1）支持服务器的电力负载

（2）支持冗余，防止电源故障

-故障预警和防止

-故障之前的预防性维护

-保证服务器持续运行

（3）电源子系统包括

-智能电源和风扇

（4）冗余电源和风扇

 

服务器硬件---显卡

服务器都在主板上集成了显卡，但是显存容量不高，一般为16M或32M

GPU：Graphic Processing Unit，即“图形处理器”

 

服务器硬件---网卡

服务器都在主板上集成了网卡，传输速率为1Gbps，即千兆网卡

特殊应用需要高端网卡，如光纤网卡，Infiniband 网卡等，传输速率能达到10Gbps、20Gbps，即万兆网卡

 

服务器硬件---热插拔技术

热插拔技术：

1、称为热交换技术(Hot Swap)，允许在不关机的状态下更换故障热插拔设备

2、常见的热插拔设备:硬盘，电源，PCI 设备，风扇等

3、热插拔硬盘技术与 RAID 技术配合起来，可以使服务器在不关机的状态下恢复故障硬盘上的数据，同时并不影响网络用户对数据的使用

 

服务器硬件---机柜

机架式服务器-服务器放置在机柜中

通常使用的机柜是42U（约2米高）机柜（1U=44.45mm）

机架式服务器-机架及其配件：

三、存储基础知识---存储网络

1、用于存放数据信息的设备和介质，是计算机系统的外部存储，数据可安全存放，长期驻留。

2、存储网络：

DAS------直接连接存储（Direct Attached Storage）

NAS------网络连接存储（Network Attached Storage）

SAN------存储区域网络（Storage Area Networks）

 

 

3、DAS：直接存储（Direct Attached Storage）。存储设备与主机的紧密相连

（1）管理成本较低，实施简单

（2）储时直接依附在服务器上，因此存储共享受到限制

（3）CPU 必须同时完成磁盘存取和应用运行的双重任务，所以不利于CPU的指令周期的优化，增加系统负担

 

 

4、NAS:

网络连接存储(Network Attached Storage):

通过局域网在多个文件服务器之间实现了互联，基于文件的协议(NFS、SMB/CIFS)，实现文件共享

（1）集中管理数据，从而释放带宽、提高性能

（2）可提供跨平台文件共享功能

（3）可靠性较差，适用于局域网或较小的网络

 

 

5、SAN:

存储区域网络(Storage Area Networks,SAN)

利用高速的光纤网络链接服务器与存储设备，基于 SCSI，IP，ATM 等多种高级协议，实现存储共享

 

（1）服务器跟储存装置两者各司其职

（2）利用光纤信道来传输数据，以达到一个服务器与储存装置之间多对多的高效能、高稳定度的存储环境

（3）实施复杂，管理成本高

SAN

iSCSI  网络  实现SAN

iSCSI服务器，提供磁盘空间

iSCSI客户端：

RHCE

 

 

6、三种网络形态对比：

四、操作系统

1、OS:Operating System，通用目的的软件程序

硬件驱动

进程管理

内存管理

网络管理

安全管理

文件管理

 

2、OS分类:

服务器OS:RHEL,CentOS，Windows Server，AIX

桌面OS:Windows 10，Windows 7，Mac OS，Fedora

移动设备OS:Andriod，IOS，YunOS

 

五、开发接口标准

1、ABI:Application Binary Interface

ABI描述了应用程序与OS之间的底层接口，允许编译好的目标代码在使用兼容ABI的系统中无需改动就能运行

 

2、API:Application Programming Interface

API定义了源代码和库之间的接口，因此同样的源代码可以在支持这个API的任何系统中编译

 

3、POSIX:Portable Operating System Interface

IEEE在操作系统上定义的一系列API标准

POSIX兼容的程序可在其它POSIX操作系统编译执行

 

4、运行程序格式:

Windows:EXE,.dll(dynamic link library)，.lib

Linux:ELF,.so(shared object),.a

 

 

六、Library function和system call

User Land Application 在运行某些通用软件需要 Library来运行。例如：fopen，fclose，fread，fwrite，fprintf等。

 

 

七、用户和内核空间

1、用户空间:User space

用户程序的运行空间。为了安全，它们是隔离的，即使用户的程序崩溃，内核也不受影响只能执行简单的运算，不能直接调用系统资源，必须通过系统接口(system call)，才能向内核发出指令

 

1、内核空间:Kernel space

是Linux内核的运行空间

可以执行任意命令，调用系统的一切资源

 

3、示例:

str=“www.magedu.com" //用户空间

x=x+100 //用户空间

file.write(str) //切换到内核空间

y=x+200 //切换回用户空间

 

 

4、第一行和第二行都是简单的赋值运算，在User space执行。第三行需要写入文件，就要切换到 Kernel space，因为用户不能直接写文件，必须通过内核安排。

第四行又是赋值运算，就切换回User space

 

 

八、编程语言

1、低级语言

机器语言:0和1

汇编语言:和机器语言一一对应，与硬件相关的特有代码、驱动程序开发

 

2、中级语言:C

系统级应用、驱动程序

 

 

3、高级语言:java，Objective-C，C#，python，php，go

应用级程序开发