计算机系统硬件核心知识

1、互联网企业里PC服务器品牌及型号

• 互联网公司服务器品牌：

  • DELL（大多数公司），HP，IBM(百度)，浪潮，联想，航天联志

    • DELL服务器品牌：IU=4.45cm

      • 2010年以前：1u 1850，1950，2u 2850，2950
      • 2010-2013年：1u R410 R610 2u R710

      • 2014-2016年：1u R420/430 R620/R630 2u R720/R730

        代表图片

      • 分别是2u和1u的

  • IBM品牌：

    • 2u 3650
    • 4u 3850
    • 8u 3950
    • 1u 3550/m3 3550/m5

  • HP品牌：

    • 2u DL380G7/G8

2. 服务器主要零部件

 

2.1电源：

就是人体的心脏，生产中一般核心业务用双电源，双路（AB）。如果是集群的情况可以不用双电源。

代表图片：

分别是1950， R710的电源

双路：就是从不同的发电厂提供电路，万一发生事故，可以避免宕机。 集群：一堆机器做一件事。

2.2 CPU处理器：

相当于人体的大脑，负责运算和控制，是服务器性能效率的最核心部件。

常见品牌：Intel，AMD

• 一般企业里的服务器，CPU颗数2-4颗，单颗CPU是四核。内存总量一般是16-256G（32，64）。
• 做虚拟化的宿主机，CPU颗数4-8颗，内存总量一般是48-128G，6-10个虚拟机。

代表图片：

2.3 内存：

CPU和磁盘之间的缓冲设备，是临时存储器。 一般程序运行的时候会被调度到内存中执行，服务器关闭或程序关闭之后，自动从内存中释放掉。

• 进程：正在运行的程序，进程运行就是，系统把程序放在内存里执行。
• 守护进程：持续保持运行着的程序
• 程序：c/php/java/go/python等等，代码文件，都是静态的，放在磁盘里的数据

计算机重启，内存的数据会释放掉。

程序和进程的区别： .py文件放在磁盘里就是程序，运行文件就是进程。

 

企业案例：

• 门户极端案例：大并发写入案例（抢红包，微博，双11）

  • 高并发，大数据量写数据：会把数据先写到内存，积累一定的量后，然后再定时或者定量的写到磁盘（减少磁盘IO），最终还是会把数据加载到内存中，再对外提供访问。

  • 特点：

    • 优点：写数据到内存，性能高速度快（微博，微信，SNS，秒杀）
    • 缺点：可能会丢失一部分在内存中还没有来得及存入磁盘的数据
      • 解决数据可能丢失的方法：
        • 服务器主板上安装蓄电池，在断电瞬间把内存数据回写到磁盘
        • UPS（一组蓄电池）不间断供电（持续供电10分钟，IDC数据UPS 1小时）
        • 选双路电的机房，使用双电源、分别接不通路的点，服务器要放到不同的机柜、地区。

• 大中小企业案例：对于并发不是很大，数据也不是特别大的网站，读多写少的业务，会先把数据写入到磁盘，然后再通过程序把写到磁盘的数据读入到内存里，再对外通过读内存提供访问服务。

有一句话：缓存无处不在

企业面试题：buffer和cache的区别？

• 写入数据到内存里，这个数据的内存空间称为缓冲区（buffer）。
• 从内存读取数据，这个数据的内存空间称为缓存区（cache）。

由于99%的网站都是读取为主，写入为辅，读写比例至少10：1，所以并发写入不是问题。 提醒：这里提到的内存和磁盘，是由多台机器组成的集群架构环境memcached（纯内存）/redis（内存+磁盘）。

内存的代表图片：

2.4 磁盘

永久存放数据的存储器，磁盘上也是有缓存的（芯片）。

常用的磁盘（硬盘）都是3.5英寸的（ide,sas,sata），常规的机械硬盘（性能不高）性能比内存差很多，所以，在企业工作中，我们才会把大量的数据缓存到内存，写入到缓冲区，当今互联网网站必备的解决方案。

磁盘接口或类型：IDE（淘汰）、SCSI（淘汰）、SAS、SATA、SSD（固态硬盘，电子的）

性能与价格：SSD > SAS > SATA

企业应用：

• 常规正式工作场景选SAS（结合SATA和SCSI的优点）硬盘（转速是15000转/分，机械硬盘转速高的性能好）
• 不对外提供访问的服务器，例如：线下的数据备份，可选SATA（7200-10000转/分）。SATA特点：容量大，价格便宜，但是速度比较慢。
• 高并发访问，小数据量，可以选择SSD。

企业网站来讲，都会尽量让用户从内存中读取数据，而不是硬盘。
几乎企业运维和架构师的网站优化、服务器、软件的优化核心，都是磁盘和内存的使用比例有关。

 

SSD最好，都选SSD吧？
淘宝网企案例：服务器会把sata和ssd结合起来用，热点存储，程序动态调度。 例如：双磁盘的›笔记本，ssd装系统，sata存数据。

代表图片：

企业级硬盘适合7x24小时使用的，一般比较贵。

 

如何通过程序来调度呢？

访问量大的数据从sata移到ssd里，访问量降低后则移到sata里。

2.5 DELL阵列卡（RAID卡）

基本作用：网站数据量很大的时候，单块盘装不下了，购买多块盘，又不想单个盘存放数据，就需要工具把所有硬盘整合成一个大磁盘，再在这个大磁盘上分区（虚拟硬盘）放数据。

另外一大功能，多块盘放在一起可以有冗余（备份）。

• 1 byte = 8 bit
• 1 k = 1024 byte 
• 1 M = 1024 K
• 1 G = 1024 M
• 1 T = 1024 G
• 1 PB = 1024 T

RAID有多种整合方式，RAID 0（至少1块盘，空间利用率100%） ，RAID 1（只有两块盘，空间利用率50%） ， RAID 5（至少三块盘，空间至少损失一块盘的容量）， RAID 10（最少4块盘，空间利用率50%）

RAID主要利用数据条带、镜像和数据校验级数来获取高性能、可靠性、容错能力和扩展性，根据运用或组合运用这三种技术的策略和架构，可以把RAID分为不同的等级，以满足不同数据应用的需求。

目前业界公认的标准是 RAID0 ~ RAID5 ，除 RAID2 外的四个等级被定为工业标准，而在实际应用领域中使用最多的 RAID 等级是 RAID0 、 RAID1 、 RAID3 、 RAID5 、 RAID6 和 RAID10。

 

从实际角度看，RAID主要分为软RAID，硬RAID以及软硬混合RAID三种。

软RAID：所有功能均由操作系统和CPU来完成，没有独立的RAID控制/处理芯片和I/O处理芯片，效率自然最低
硬RAID：配备了专门的RAID控制/处理芯片和I/O处理芯片以及阵列缓冲，不占用CPU资源，但成本很高
软硬混合RAID：具备RAID控制/处理芯片，但是缺乏I/O处理芯片，需要CPU和驱动程序来完成，性能和成本在软RAID和硬RAID之间。

 

JBOD（Just a Bunch Of Disks）不是标准的RAID等级，它通常用来表示一个没有控制软件提供协调控制的磁盘集合。

JBOD将多个物理磁盘串联起来，提供一个巨大的逻辑磁盘。
JBOD存储性能完成等同于单块磁盘，而且也不提供数据安全保护。它只是简单提供一种扩展存储空间的机制，JBOD可用存储容量等于所有成员磁盘的存储空间之和。
目前JBOD常指磁盘柜，而不论其是否提供RAID功能。 

 

RAID 0： 是一种简单的、无数据校验的数据条带化技术。实际上不是一种真正的RAID，因为它并不提供任何形式的冗余策略。

RAID 0 将所在磁盘条带化后组成大容量的存储空间，如下图所示。将数据分散存储在所有磁盘中，以独立访问方式实现多块磁盘的并读访问。

由于可以并发执行I/O操作，总线带宽得到充分利用。再加上不需要进行数据校验，RAID 0 的性能在所有RAID等级中是最高的。

理论上讲，一个由n块磁盘组成的RAID 0，它的读写性能是单个磁盘性能的n倍，但由于总线带宽等多种因素的限制，实际的性能提升低于理论值。

优势：RAID 0 具有低成本、高读写性能、100%的高存储空间利用率
劣势：不提供数据冗余保护，一旦数据损坏，将无法恢复。

适用范围：RAID 0 一般适用于对性能要求严格但对数据安全性和可靠性不高的应用，如视频、音频存储、临时数据缓存空间等。

RAID 1：称为镜像，它将数据完全一致地分别写到工作磁盘和镜像磁盘，它的磁盘空间利用率为50%。 

RAID 1在数据写入时，响应时间会有所影响，但是读数据的时候没有影响。

RAID 1提供了最佳的数据保护，一旦工作磁盘发生故障，系统自动从镜像磁盘读取数据，不会影响用户工作。

工作原理如下图所示。

 

RAID 1与 RAID 0 刚好相反，是为了增强数据安全性使两块磁盘数据呈现完全镜像，从而达到安全性好、技术简单、管理方便。RAID 1拥有完全容错的能力，但实现成本高。

RAID 1应用于对顺序读写性能要求高以及对数据保护极为重要的应用，如对邮件系统的数据保护。

RAID 5：是目前最常见的RAID等级，它的原理与RAID 4相似，区别在于校验数据分布在阵列中的所有磁盘上，而没有专门的校验磁盘。

对于数据和校验数据，RAID 4 和RAID 5的写操作可以同时发生在完全不同的磁盘上。因此，RAID 5不存在RAID 4中的并发写操作时的校验盘性能瓶颈问题。

另外，RAID 5还具备很好的扩展性。当阵列磁盘数量增加时，并行操作量的能力也随之增长，可比RAID 4支持更多的磁盘，从而拥有更高的容量以及更高的性能。

RAID 5的磁盘上同时存储数据和校验数据（奇偶校验），数据块和对应的校验信息保存在不同的磁盘上，当一个数据盘损坏时，系统可以根据同一条带的其他数据块和对应的校验数据来重建损坏的数据。与RAID等级一样，重建数据时，RAID5的性能会受到较大的影响。

RAID 5兼顾存储性能、数据安全和存储成本等各方面因素，它可以理解为RAID 0 和RAID 1的折中方案，是目前综合性能最佳的数据保护解决方案。
RAID 5 基本上可以满足大部分的存储应用需求，数据中心大多采用它作为应用数据的保护方案。

 

读写性能介于RAID 0 和RAID 1之间。

 

RAID 10：一般文献把RAID 10和RAID 01等级看作是等同的。

RAID 01是先做条带化再作镜像，本质是对物理磁盘实现镜像；
RAID 10是先做镜像再作条带化，是对虚拟磁盘实现镜像。 

相同的配置下，通常RAID 01比 RAID 10具有更好的容错能力。

特点：

• 空间利用为50%
• 可以坏两块盘
• 读写性能不错
• 成本高

 

有RAID卡后，一般磁盘就会插到RAID卡上，而不是直接 插到主板上。

 

代表图片：

快捷键：进入RAID卡管理界面，按照需求配置RAID级别。

 

互联网公司服务器一般都会购买RAID卡（主板自带一般是raid0，1、独立RAID卡的可设置模式比较多） 

RAID卡上也是有缓存的。

 

RAID技术全解：https://blog.csdn.net/buxiaoxindasuile/article/details/82960437

 

• 冗余从好到坏：RAID 1 ，RAID 10 ，RAID 5，RAID 0
• 性能从高到低：RAID 0，RAID 10，RAID 5，RAID 1
• 成本从低到高：RAID 0，RAID 5，RAID 1，RAID 10 

 

不同RAID级别的企业应用举例：根据数据的存储和访问需求，去选择匹配的RAID级别

互联网公司： 单台服务器，很重要，盘不多=> 选择RAID 1（尤其是系统盘） 数据量比较大，盘至少有4块=> 选择RAID 10 

数据库/存储服务器，主库 ==> RAID 10
从库==> RAID 5、RAID 0 （为了维护成本，尽量一致，可能是RAID10） 

web服务器，如果没有太多数据的话，可以考虑 RAID 5， RAID 0（单盘） 

有多台，监控/应用等各类服务器，单盘就RAID 0，多盘就RAID 5.

 

2.6 光驱

主要作用：装系统

企业应用：建议，淘汰光驱。

U盘安装系统，网络安装（ftp，http），无人值守批量安装系统（pxe+kickstart）

2.7 主板

南桥芯片（South Bridge）：是主板芯片组的重要组成部分，一般位于主板上离CPU插槽较远的下方，PCI插槽的附近，这种布局是考虑到它所链接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线。相对于北桥芯片来说，其数据处理量并不算大，所以南桥芯片一般都没有覆盖散热片。
南桥芯片不与处理器直接相连，而是通过一定的方式（不同厂商各种芯片组有所有不同，例如英特尔的Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded的“妙渠”）与北桥芯片相连。 

南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如：PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等，这些技术一般相对来说比较稳定，所以不同芯片组中可能南桥芯片是一样的，不同的只是北桥芯片。

南桥芯片的发展方向主要是集成更多的功能，例如：网卡、RAID、IEEE 1394、甚至WI-FI无线网络等等。中间靠下的那个较大的芯片，就是主板的南桥芯片。

 

北桥芯片（North Bridge）：负责与CPU的联系并控制内存、AGP数据在北桥内部传输，提供对CPU的类型和主频、系统的前端总线频率、内存的类型（SDRAM、DDR SDRAM以及RDRAM等等）和最大容量、AGP插槽、ECC纠错等支持，整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。

北桥芯片就是主板上离CPU最近的芯片，这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切，为了提高通信性能而缩短传输距离。因为北桥芯片的数据处理量非常大，发热量也越来越大，所以现在的北桥芯片都覆盖着散热片用来加强北桥芯片的散热，有些主板的北桥芯片还会配合风扇进行散热。

2.8 机房机柜里的服务器摆放

2.9 远程管理卡

作用：开关服务器，并可以查看服务器开关的过程等信息。

远程管理卡有自带的也有独立的。

服务器自带的远程管理卡，可以关机、开机，但是看不到开关的显示过程。
所以，选择独立的远程管理卡，稍微贵200块钱，非常方便。

可以快速恢复服务。
大客户有KVM远程管理，特大客户会有自己的人员驻扎机房。