（云计算HCIP）价值8k的上万字学习笔记，考华为云计算HICP的有福啦！HCIP全笔记（二）本篇介绍服务器基础、硬件结构、RAID冗余阵列

1. 服务器基础（上篇）

1.1 服务器类型

• 机架式服务器
  • 一台服务器中只有一台服务器
  • 机架式服务器的外形看来不像计算机，而像交换机，有1U（1U=1.75英寸）、2U、4U等规格。机架式服务器安装在标准的19英寸机柜里面。这种结构的多为功能型服务器。 特点是机箱尺寸比较小巧，在机柜中可以同时放置多台服务器，从而获得更高的处理能力。同时DL系列服务器由于机箱尺寸比较小，所以在设计上已经将许多服务器特性包含进去，例如集成的阵列卡。冗余的网卡配置等。对于需要较大数据存储的应用，可以选择外置扩展存储来满足海量存储的需求。DL系列服务器比较适合在企业的数据中心以及企业具有多种应用系统的环境下使用，对于关键性业务，集群系统DL系列服务器也是首选机型。
• 刀片服务器
  • 刀片服务器可以将一台服务器分隔成多个节点，每个节点都可以算作是一台服务器
  • 特点是每个服务器都是一个插板，在插板上配备有处理器、内存、硬盘以及相关组件。由于刀片服务器的特殊架构，所以刀片服务器的使用还需要与刀片服务器的专用机箱结合，通常在一个机箱中可以容纳几个到几十个刀片服务器，所以对于高性能计算、多种应用的前台服务器，应用服务器，以及后台的中心数据库应用都可以满足。
• 塔式服务器
  • 一台服务器中只有一台服务器，但是其性能比机架式服务器好
  • 有的塔式服务器采用大小与普通立式计算机大致相当的机箱，有的采用大容量的机箱，像个硕大的柜子。通过转换支架可转化成机架式的服务器，ML系列服务器具有较大的机箱尺寸，因此其内部扩展能力较强，可以安装的扩展板卡以及硬盘的数量都比较多，因此，当用户应用不断递增时，通过添加组件方式提升服务器的处理能力，从而可以有效的满足用户需求的增长，并保护了用户的投资。ML系列服务器具备有很好的可用性，可以支持多种冗余组件的扩充，避免因为某些组件的故障导致系统宕机。所以这个系列服务器适应范围极广，从低端入门级服务器一直到高端的企业级服务器都有，即可以满足小型企业文件存储与打印的需求 ，也可以为大型企业运行中心数据库应用。

服务器规格单位：

​ 1U = 4.445cm

服务器规模：

​ 入门级服务器：

​ 等同于“PC服务器”

​ 工作组服务器：

​ 低档服务器，提供小规模（50个客户端左右）服务

​ 部门级服务器：

​ 中档服务器，为100个左右的客户端提供服务

​ 企业级服务器：

​ 高档服务器，用于数百台以上的客户端访问

1.2 服务器硬件结构

1.2.1 CPU

• 定义

  ​ Central Processing Unit，中央处理器，是一台计算机的运算核心和控制核心。

  ​ Cpu、内部存储器和输入/输出设备式电子计算机三大核心部件

  ​ CPU主要功能就是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据

• CPU组成

  • 控制器
    • 控制指令，并执行调度。调度需要处理的内存数据至寄存器
  • 寄存器
    • 用于临时存储从内存中取出的数据。并将数据给予运算器运算
    • 运算器计算完毕后自动返回处理好的数据给内存
  • 运算器
    • 真正处理运算的地方，将寄存器中给与的数据运算完毕后返回给寄存器。

• CPU频率

  • 主频
    • 主频也叫做时钟频率，单位是兆赫（MHz）或吉赫（GHz），用来表示CPU的运算，处理数据的速度
  • 外频（CPU性能主要看外频）
    • 外频是CPU的基准频率，单位是MHz，CPU的外频觉得着整块主板的运算速度
  • 倍频
    • 倍频系数是只CPU主频和外频之间的相对比例关系
  • 总线频率
    • 总线频率直接影响CPU与内存数据交互的速度。
  • 总线：数据总线，地址总线，控制总线。三条总线的频率为总线频率

  主频 = 外频*倍频

1.2.2 内存

• 定义

  ​ 存储器按用途可分为主存储器和辅助存储器。主存储器又称内存储器（简称内存），是CPU能直接寻址的存储空间。
  ​ 内存的作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。
  ​ 内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。
  ​ 内存由内存芯片、电路板、金手指等部分组成。

• RAM（Random Access Memory）：

  ​ 是一种易失性存储器，作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。

  ​ 随机存取存储器，也叫主存，是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写（刷新时除外），而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。

  ​ RAM工作时可以随时从任何一个指定的地址写入（存入）或读出（取出）信息。它与ROM的最大区别是数据的易失性，即一旦断电所存储的数据将随之丢失。RAM在计算机和数字系统中用来暂时存储程序、数据和中间结果。

你可以说内存是RAM，但不可以说RAM是内存！RAM是广义上的说法，内存只是RAM中最常见的

1.2.3 硬盘

• 机械硬盘为：SATA、SAS、NL-SAS
• 固态硬盘为：SSD

	SATA	SAS	NL-SAS	SSD
主流转速（RPM）	7200	15000/10000	7200	NA
串行/并行	串行	串行	串行	串行
主流容量（TB）	1t/2t/3t	0.6t/0.9t	2t/3t/4t	0.6t/0.8t/1.2t/1.6t
MTBF（h）	1,200,000	1,600,000	1,200,000	2,000,000
备注	由ATA硬盘发展而来，采用串行的方式传输，SATA3.0实现600 MB/s最高数据传输率。 SATA硬盘年故障率大约2%。	AS专为满足高性能企业需求而设计，并且兼容SATA硬盘。能够提供3.0 Gb/s到6.0 Gb/s的传输率，未来规划到12.0 Gb/s。 SAS硬盘年故障率小于2%。	带有SAS接口的“企业级SATA驱动器”，适用于在一个磁盘阵列系统中实现分级存储，简化了磁盘阵列系统的设计。 NL-SAS硬盘年故障率大约2%。	固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法与普通硬盘完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。

1.3 RAID卡

​ RAID卡又名磁盘阵列卡，简称阵列卡。

1.3.1 RAID卡的作用：

​ 可以将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。
​ 可以提高磁盘子系统的性能及可靠性。

1.3.2 RAID 的定义：

​ RAID（Redundant Array of Independent Disks）：

​ 独立硬盘冗余阵列，旧称廉价磁盘冗余阵列，简称磁盘阵列。利用虚拟化存储技术把多个硬盘组合起来，成为一个或多个硬盘阵列组，目的为提升性能或数据冗余，或是两者同时提升。

1.3.3 RAID热备和重构概念：

1.3.3.1 热备（Hot Spare）的定义

​ 当冗余的RAID组中某个硬盘失效时，在不干扰当前RAID系统正常使用的情况下，用RAID系统中另外一个正常的备用硬盘自动顶替失效硬盘，及时保证RAID系统的冗余性。

1.3.3.2 热备一般分为两种

• 全局式：

  ​ 备用硬盘为系统中所有的冗余RAID组共享。

• 专用式：

  ​ 备用硬盘为系统中某一组冗余RAID组专用。
  

​ 数据校验，利用冗余数据进行数据错误检测和修复，冗余数据通常采用海明码、异或操作等算法来计算获得。利用校验功能，可以很大程度上提高磁盘阵列的可靠性、高性能和容错能力。不过，数据校验需要从多处读取数据并进行计算和对比，会影响系统性能。

​ 一般来说，RAID不可作为数据备份的替代方案，它对非磁盘故障等造成的数据丢失无能为力，比如病毒、人为破坏、意外删除等情形。 此时的数据丢失是相对操作系统、文件系统、卷管理器或者应用系统来说的，对于RAID而言，数据都是完好的，没有发生丢失。所以，数据备份、灾备等数据保护措施是非常必要的，与RAID相辅相成，保护数据在不同层次的安全性，防止发生数据丢失。

1.3.4硬件方式实现 RAID

• 基于硬件的RAID是利用硬件RAID适配卡来实现的。

• 硬件RAID又可分为内置插卡式和外置独立式磁盘阵列 。

• RAID卡上集成了处理器，能够独立于主机对RAID存储子系统进行控制。

  因为拥有自己独立的处理器和存储器，RAID卡可以自己计算奇偶校验信息并完成文件定位，减少对主机CPU运算时间的占用，提高数据并行传输速度。

1.3.4.1 内置插卡式和外置独立式的比较

1. 内置阵列卡安装在主机（主板）上，受主机影响。安装需驱动软件。与主机类型、操作系统等有关。主机故障（如停电等）会直接影响到存储数据及 RAID 的完整性。

   外置磁盘阵列与主机和操作系统完全独立（本身带硬件 RAID 控制器）。是一个独立的存储子系统。与主机通过 SCSI 电缆连接，无需任何软件驱动或硬件支持，只需主机提供标准 SCSI 接口即可。数据安全及 RAID 的完整性与主机等无关。

2. 内置阵列卡当主机改变或操作系统改变时，阵列卡就可能要更换，因为阵列卡是与主机类型及操作系统相关的，如今后采用 SUN 机器原时阵列卡就不能用了，必须选用 SUN 的阵列卡。

   外置磁盘阵列当主机改变或操作系统改变时，磁盘阵列无需更换，可继续采用。因为前述外置磁盘阵列与主机或操作系统完全独立，相当于一个 SCSI 设备而已。

3. 内置阵列卡 RAID 的设置通过 DOS 下改 BIOS 等实施。较难维护。

   外置磁盘阵列通过多种方式实施。亦可直接在磁盘阵列的面板上通过菜单设置，非常直观容易。易操作，易维护。

4. 内置阵列卡的硬件的冗余程度及热拨插功能一般要低于外置磁盘阵列。

   1. 阵列卡安装在主机上，受主机故障（如电源）的影响。
   2. 一般只支持 RAID0、1、5
   3. 硬件除硬盘冗余热插拨外，如电源、风扇等无法配置，只能依靠主机。

   外置磁盘阵列的硬件冗余程度及热拨插功能远高于内置阵列卡，从而提供更高的可靠性。

   a. 与主机完全独立，主机故障时存储子系统无影响。

   b. 支持 RAID0 ， 1 ， 3 ， 5 ， 0+1 且支持 8 个 RAID ，每个 RAID 又可支持 8 个分区。

   c. 除硬盘冗余热拨插外，电源、风扇等均冗余且热拨插配置。

5. 内置阵列卡方式提供的环境监测、警示，故障检测能力低于外置磁盘阵列方式。 一般而言，内置阵列卡方式能提供硬盘故障报警显示，而如风扇、电源、温度等异常则无法提供。而且警告方式比较单一。

   外置磁盘阵列方式提供完善的环境监测、警示，故障检测功能。即提供硬盘、风扇、电源、控制器等异常情况监测警示，并以声音、光线， LCD 面板显示等三重方式在故障部位同时显示。准确确定故障类型，位置，再加上冗余热拨插设计，确保整个存储子系统不中断运行并在工作状态下进行维护。从而可用性，可靠性比内置阵列卡方式更高。

6. 扩容能力不如外置磁盘阵列，一般阵列卡再多 3 个通道每个通道接 7 个硬盘计，仅为 21 个硬盘。

   外置磁盘阵列扩展能力高，通道数量最多可至 8 个， 1 个接主机， 7 个接硬盘，按每个通道接 7 个硬盘计，可接 49 个硬盘。再加上与主机完全独立，使得扩容（增加盘箱）更为灵活。

7. 可通过 RAID 管理界面完成可支持线扩容 支持在线扩容，自动重建。

8. 内置阵列卡方式一般只支持一个 RAID ，支持局部热拨插盘。

   外置磁盘阵列支持多达 8 个 RAID ，且每个 RAID 支持多达 8 个分区，又支持多个局部或全局热拨插盘。

9. 内置阵列卡方式采用较低档次 cpu ，又与主机密切相关，性能较差。

   外置磁盘阵列采用较高档次 cpu 又与主机无关，性能更好。

10. 内置阵列卡方式阵列卡占用部分主机资源，导致主机性能有所下降。

    外置磁盘阵列与主机无关，不占用主机资源。

11. 内置阵列卡方式对双机的支持差些。双机后占用部分服务器资源，从而系统性能有所下降，而且切换时间长。

    外置磁盘阵列对双机支持好，双机时基本上不占用服务器资源，切换时间短（ 40 秒以内）

1.3.5 软件方式实现 RAID

1.3.5.1 定义

​ 软件RAID是指在操作系统中，通过安装软件的方式来实现RAID相应的功能。

1.3.5.2 特点

​ 软件RAID不需要昂贵的RAID控制卡，提供了廉价的解决办法。
RAID功能完全依靠CPU执行，主机的CPU占用严重，如RAID 5的大量异或（XOR）操作。

1.3.5.3 软件RAID中不能提供如下功能：

• 硬盘热拔插；
• 硬盘热备份；
• 远程阵列管理；
• 可引导阵列支持；
• 在硬盘上实现阵列配置；
• SMART硬盘支持。

1.3.6 方式比较：

方式	软件RAID	内置插卡式RAID	外置独立磁盘阵列RAID
特点	全部RAID功能靠CPU执行，主机CPU占用严重，系统性能下降。	减少了密集RAID操作对主机CPU的占用，从而提高了性能。	通过标准控制器与服务器相连，RAID功能全部由外部RAID存储子系统上的微处理器来实现，独立于操作系统。
优点	实现成本低；配置灵活。	具有数据保护和高速特点；与软件RAID相比有更强的容错性和更好的性能；与外置相比价格相对低廉；支持可引导阵列。	为高端服务器提供超大容量存储系统；可配置双控制器，提高数据吞吐率，或供双机共享存储；支持热插拔；更好的可扩展性。

2. 缩略语

• BIOS ———————————— Basic Input/Output System，基本输入输出系统
• BMC ———————————— Baseboard Management Controller，主板管理控制单元
• B/S ———————————— Browser/Server，通常也称为浏览器/服务器架构
• C/S ———————————— Client/Server，通常也称为客户端/服务器架构
• CPU ———————————— Central Processing Unit，中央处理器
• iBMC ———————————— Huawei Intelligent Baseboard Management Controller，华为服务器智能管理系统
• IPMI ———————————— Intelligent Platform Management Interface，智能平台管理接口
• MTBF ———————————— Mean Time Between Failure，平均无故障工作时间
• NIC ———————————— Network Interface Card，网络接口卡
• RAID ———————————— Redundant Array of Independent Disks，独立硬盘冗余阵列

3. ❤️HCIP专栏——前文链接

（云计算HCIP）价值8k的上万字学习笔记，考华为云计算HICP的有福啦！HCIP全笔记（一）本篇涵盖 云计算概述，谈及虚拟化、云计算的介绍、云服务模式、部署模式的区别和主流云计算技术

4. 博客专栏

• Golang专栏-包含基础、Gin、Goam等知识
• 云原生专栏-包含k8s、docker等知识
• 从0开始学习云计算-华为HCIP证书
• JUC专栏-带你快速领悟JUC的知识！
• JVM专栏-深入Java虚拟机，理解JVM的原理
• 基于Java研究 数据结构与算法-包含贪心算法、加权图、最短路径算法等知识
• Docker专栏-上手热门容器技术Docker
• SpringBoot专栏-学习SpringBoot快速开发后端
• 项目管理工具的学习-设计技术：Maven、Git、Gradle等相关管理工具
• JavaSE-全面了解Java基础
• JS专栏-使用JS作的一部分实例~
• 使用CSS所作的一部分案例