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作为一名架构师,懂点硬件知识不过分吧?

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发表于 2022-6-24 12:27:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
很多架构师都是从软件开发成长起来的,大家在软件范畴都有很深的造诣,大部分人对硬件接触得很少。而成为架构师后必要频仍地跟人 、硬件 、软件 、网络打交道,

本篇文章就给大家带来服务器硬件方面的干系知识,紧张包括服务器、CPU、内存、磁盘、网卡。

服务器

根据服务器的形状和使用场景我们将服务器分为以下四种:


  • 塔式服务器塔式服务器类似于台式机,紧张实用于没有机房机架的公司,一样寻常存放于中小办公环境。
  • 机架式服务器机架式服务器必要放置在标准机柜中,多存放于数据中央。
  • 刀片服务器刀片服务器为了提供更高的密度,它比机架式服务器更节省空间,同时,散热标题也更突出,通常要在机箱内装上大型强力风扇来散热,一样寻常应用于大型的数据中央或者必要大规模计算的范畴。
  • 高密度服务器



高密度服务器是为了实现更高的空间使用率。

主板架构

服务器的机箱只是外壳,核心架构还是主板。




这个图是Intel典型的主板芯片组架构:

服务器的主板有个同一的中央芯片组(Intel C600),芯片组可以毗连多个CPU(E5-2400/2600),CPU之间通过QPI快速通道进行毗连,CPU与内存插槽,PCIE插槽之间毗连,芯片组还与低速的外设进行毗连(USB、网卡、SATA等)。

服务器选型思量因素

做服务选型紧张基于以下几个方面:


  • 限定条件:操作体系OS、客户喜欢及预算、应用体系的编程语言
  • 部署规模:假如规模较大,必要思量空间占用标题,可思量刀片或高密度服务器
  • 扩展性:内存数目、磁盘数目、PCI插槽数目
  • 稳固性

    • OS:UNIX > Linux > Windows
    • 硬件:小型机 > x86服务器

  • 物理机、假造机、容器

    • 计算特点的思量:是要将一个大的计算本领进行分割,机动分配,还是有一个很大的课题要用多台机器团结计算
    • IO特点的思量:吞吐率与IOPS多大?假造机能否承受?

服务器厂商


  • 国内的服务器厂商紧张有:曙光、华为、海潮、H3C、遐想、长城等
  • 国外的服务器厂商紧张有:Dell、HP、IBM
CPU

CPU作为服务器的核心固件,我们紧张通过以下几个概念来相识:


  • Socket Socket俗称多少路,就是一个服务器主板上可以安装几个物理CPU
  • Core 一个物理CPU现实可以有几个内核(Core),比如我们常常听到的32核64核、128核等等
  • 超线程 假如一个内核可以同时运行2个线程我们就称这个CPU具有超线程本领,反之则不具备超线程本领
  • 频率 也叫主频,这个越高越好
  • 内存通道 每个CPU能支持的最大内存数,Intel最新的能支持6个
  • 内存带宽、内存规格 CPU支持什么规格的内存,支持的频率范围是多少
以上的这些概念数据可以通过CPU的产品规格书中进行详细相识。在服务器上可以通过 lscpu 下令查看cpu信息




上图服务器CPU表现有72个,是由于有2个Socket,每个Socket有18核而每核可以同时运行2个线程,通过 2 x 18 x 2 = 72 得到。

厂商


  • 国外的CPU厂商紧张有:Intel、AMD
  • 国内的CPU厂商紧张有:龙芯、兆芯、飞腾、海光、申威、华为等
主流产品介绍

Intel系列

Intel现在主推的是“Intel至强可扩展”系列,在这个系列下又分为四档:铂金、金、银、铜,每档下面又有不同的型号




AMD系列

AMD系列紧张用到的是霄龙系列,霄龙系列CPU核数很高,下面我们看看几款详细的产品

型号CPU核心数线程数目最大加速时钟频率基定时钟频率默认TDP/TDP霄龙774264128高达3.4GHZ2.25GHZ225W霄龙770264128高达3.35GHZ2GHZ200W霄龙7702P64128高达3.4GHZ2GHZ200W霄龙76424896高达3.35GHZ2.3GHZ225W霄龙75524896高达3.3GHZ2.2GHZ200W霄龙75423264高达3.4GHZ2.9GHZ225W

华为鲲鹏系列

鲲鹏916(低功耗级)


  • 32核/2.4GHz/16nm/75W
  • 4通道DDR4控制器
  • PCIe 3.0 ,10GE
  • 支持2路互联
鲲鹏920-3326/4826(极致效能型)


  • 32/48核/2.6GHz/7nm/120/150W
  • 8通道DDR4控制器
  • PCIe 4.0 ,100GE,CCIX
  • 支持2/4路互联
鲲鹏920-3326/4826(极致性能级)


  • 64核/2.6GHz/7nm/180W
  • 8通道DDR4控制器
  • PCIe 4.0 ,100GE,CCIX
  • 支持2/4路互联
主流CPU型号性能横向对比




通过上图大家可以看到国产CPU与国外CPU之间的差距,性能基本只有Intel中档CPU性能的一半左右,国产CPU还有很长的路要走。

NUMA

NUMA 即 Non-Uiform Memory Access(非划一性内存访问),结合我们之前讲述的主板架构,两颗CPU之间有一个通道,每个CPU与各自的内存通道进行直连,可以通过下图直观看出。




CPU0 访问 左边的内存通道速率很快,CPU1访问右边的内存通道也很快,当CPU1要访问左边的内存通道必须要借助CPU0的帮忙,必要先通过QPI总线找到CPU0,再来访问左边的内存通道,这就产生了额外的开销,访问左边内存通道的开销相当于直连访问右边通道开销的3倍。

以是对于计算麋集型使命我们必要尽量避免这种跨CPU的内存访问,这就是NUMA的标题,非划一性指的是访问本地和跨CPU访问的代价差别不划一

我们可以通过指令 numactl -s 查看numa的信息




可以使用指令numactl --cpunodebind=0 --membind=0 command 指定进程使用的numa节点和内存

如上就是让 command 指令只使用cpu0 ,和内存0,这就使得进程指令在运行的时间使用的CPU和内存在同一侧,达到计算性能速率最大化的结果。

内存

内存大家寻常工作中接触得都比较多,对于内存我们紧张通过以下几个方面来相识:


  • 内存规格 DDR3、DDR4,现在主流已经是DDR4
  • 内存大小 2G、4G、8G、16G、32G
  • 内存频率 1333MHz, 1600MHz, 1866MHz、2133MHz, 2400MHz , 2666MHz
  • 带宽 即CPU对内存现实读写数据的速率,DDR4 2400内存的带宽为30GB/s左右
  • 通道 一个CPU可以毗连多个内存,CPU上的内存通道数指的是CPU能并发访问直连多少个内存。4通道表示CPU可以同时访问与之直连的4根内存,如许就能达到带宽翻四倍的结果。在4通道模式下读取1G的数据进内存,终极数据会分布在4根内存上而不是一根内存,这就实现了速率的翻4倍;每颗CPU对本身的内存控制器直连的内存访问速率较快,要访问另一颗CPU毗连的内存时,必要通过QPI总线,开销为本地内存的3倍。
相识内存信息

紧张通过以下三个下令全面相识内存信息


  • 我们可以通过 dmidecode -t memory | more 指令查看内存信息,结果如下:




  • 可以使用 dmidecode -t memory | grep Size 指令查看内存大小并判断内存是否正常工作



将内存插入主板时一样寻常必要对称插入,通过上图我们可以看到下面有根内存不工作(非对称)。


  • 可以通过 free 指令查看内存容量





体系剩余内存 available 是我们最关心的一个值,不要被free列唬住了。

磁盘

对于磁盘我们紧张通过吞吐率和IOPS两个指标来对其衡量

吞吐率/吞吐量:单位时间内读写的数据量


  • 机械硬盘:约100MB/s – 200MB/s;
  • 寻常固态硬盘:200MB/s - 500MB/s;
  • PCIE固态硬盘(直连CPU):900MB/s - 3GB/s
IOPS:每秒IO操作的次数


  • 机械硬盘:100-200
  • 寻常固态硬盘:30000-50000
  • PCIE固态硬盘(直连CPU):数十万
为什么很多性能比较慢的服务在软件层面进行优化收益很小,而更换一块固态硬盘就能解决全部标题,标题就在这里。

寻常固态硬盘的吞吐率大概为机械硬盘的2~3倍,而IOPS确达到了机械硬盘的250~300倍。

IOPS和数据吞吐量实用于不同的场合:

在随机读写频仍的应用中,如OLTP(Online Transaction Processing),IOPS是关键衡量指标。

对于大量次序读写的应用,则更关注吞吐量指标。

读取10000个1KB文件,用时10秒 Throught(吞吐量)=1MB/s ,IOPS=1000 寻求IOPS 读取1个10MB文件,用时0.2秒 Throught(吞吐量)=50MB/s, IOPS=5 寻求吞吐量

网卡

网卡,又称网络适配器或网络接口卡,英文名为Network Interface Card。在网络中,假如有一台计算机没有网卡,那么这台计算机将不能和其他计算机通讯,它将得不到服务器所提供的任何服务了。当然假如没有网卡,就称不上服务器了,以是说网卡是服务器必备的装备,就像寻常PC(个人电脑)要配处理器一样。

我们也可以也通过以下几个维度来相识下网卡:

网卡速率规格100M、1G、10G、25G

网卡接口范例RJ45(电、短间隔)、光纤(光、长间隔)

网卡绑定模式

多网卡绑定一方面可以或许进步网络吞吐量,另一方面也可以加强网络高可用。从软件的角度来看,多网卡绑定现实上只必要提供一个额外的bond驱动程序即可,通过该假造网卡驱动程序可以将现实多块网卡屏蔽,对TCP/IP协议层而言只存在一个Bond网卡。Linux紧张有7种绑定模式:


  • broadcast (广播策略:data is transmitted over all ports)
    这种模式的特点是一个报文会复制两份往bond下的两个接口分别发送出去。当有对端交换机失效,我们感觉不到任何丢包。
  • round-robin (轮询策略:data is transmitted over all ports in turn)
    该模式下,链路处于负载平衡状态,数据以轮询方式向每条链路发送报文,基于per packet方式发送。即每条链路各一个数据包,这模式好处在于增长了带宽,同时支持容错本领,当有链路出标题,会把流量切换到正常的链路上。
  • active-backup (主备策略:one port or link is used while others are kept as a backup)
    在该模式下,一个端口处于主状态,一个处于备用状态,全部流量都在主链路上发出和接收,备链路不会有任何流量。当主端口down掉时,备端口接管主状态。
  • loadbalance (适配器传输负载平衡:with active Tx load balancing and BPF-based Tx portselectors)
    在该模式下,通过源和目的mac做hash因子来做xor算法来选择链路,如许就使得到达特定对端的流量总是从同一个接口上发出。
  • lacp (动态链路聚合:implements the 802.3ad Link Aggregation Control Protocol)
    在该模式下,操作体系和交换机都会创建一个聚合组,在同一聚合组下的网口共享同样的速率和双工设定。

泉源:https://mp.weixin.qq.com/s/a--VL0NkzCWQ4BPeXlXcdw
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