刀片服务器的云计算之路:刀片服务器的由来

任何一项IT技术都不会是凭空冒出来,而是一个演化的成果,而每个演化的成果,都有历史脉络贯穿其中,刀片服务器也不例外。作为企业计算领域最新的服务器形态,刀片服务器在过去十一年的发展过程,在企业计算市场扮演了极为重要的角色——这并不仅仅是因为刀片服务器与塔式服务器、机架服务器三足鼎立成为服务器的三种主要形态之一——更是因为刀片服务器随着十二年间两次互联网浪潮的起伏而获得的长足发展以及对企业计算应用模式带来的极大变革。

正如前面所说,“任何一项IT技术都不会是凭空冒出来”,2000年前后,互联网市场火热异常,互联网租用、互联网主机的业务大幅度增长,用户逐渐无法满足于WebHosting的简单网站功用,因此ISP/IDC企业只好提出DedicatedWebHosting(简称DHS)服务,过去是200个用户的网站共用一部Server,之后变成一个用户一个网站一部服务器——机房空间有限——如何让每个用户都有一部独立的WebServer,只好将Server的外型体积尽可能缩小,使的过去至少6U、7U高度的服务器,纷纷降至1U、2U的水准。

但是1U、2U依然不够,ISP/ICP面对持续暴增的DHS申请,需要在原有机房与机柜上能装入更多的服务器,一个非常现实的问题如此凸现出来:用户需要独立的、物理隔绝的服务器——一机多用有许多副作用,过去经常发生这样的事情:某台服务器当机了,但不知是执行哪套软件所产生的问题,抓错除错相当困难。其次是:某一服务负荷加重,也影响了其他服务的效率,例如今天邮件服务器收发多一点,打印服务器的速度就变慢了,或者Web接入的速度也变慢了,各服务共挤一机,导致服务效率无法保证。

与此同时,对于ISP/ICP来说,他们用户中的很大一部分并不一定用得到1U或是2U机架所提供的计算能力,ISP/ICP面对大量的互联网热潮下激增的用户,也需要更高密度、更容易管理以及更集成化IO的服务器系统。

因此,CobaltNetworks公司于1998年提出了Qube及RaQ,以低廉的X86架构搭配高效的Linux操作系统,开始了简化、单一化、限定用途的服务器设计,一部服务器只负责单一种工作,或少量的工作,或限定范畴且经过稳定测试、性能测试的工作,不允许更多的额外变化安装,同时将过去被人认为Server难安装、难设定、难管理等事务将以简化,类似将专业相机转化成傻瓜相机,大幅降低资管人员的工作负担,此即称为ServerAppliance。

但ServerAppliance仍然不能够解决所有的问题,RaQ说到底只是一部1U机架高度的服务器,虽然专门执行WebHosting的工作在节省空间和物理隔离方面成果显著,但是却造成了机架IO复杂度的极大提升和重复,同时,大量的1U服务器,在散热、功耗、统一管理方面都非常困难,极大的提高了数据中心的复杂程度,并非一个理想的解决方案。于是,刀片服务器的概念被业内的一些公司提出,刀片服务器也由此应运而生。

什么是刀片服务器?

刀片服务器简单说来,就是“在标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式的服务器单元”,是一种实现HAHD(HighAvaiMabiMityHighDensity,高可用高密度)的服务器平台,刀片服务器就像“刀片”一样,每一块“刀片”实际上就是一块系统主板,每一块“刀片”就是一个独立的服务器,在这种模式下,每一块“刀片”运行自己的系统,服务于指定的不同用户群,相互之间没有关联。

刀片服务器的设计特点,使其具有很多优点。刀片服务器的低功耗设计,能节省大量能源,减少能耗。占用空间小,高密度计算的方式有效地节约了空间,对于机房空间紧张或者服务器托管的企业来说无疑节约了很多的空间成本。刀片服务器采用集中管理的方式,可以简化服务器的管理工作,减少维护费用。最后,采用刀片服务器来构造服务器集群,易于维护管理,是最适合用来构造集群的,可以说它从根本上克服了芯片服务器集群的缺点,被称为集群的终结者。

按照所需要承担的服务器功能,刀片服务器被分成服务器刀片、网络刀片、存储刀片、管理刀片、光纤通道SAN刀片、扩展I/O刀片等几种,各种刀片承担系统中不同的功能,可以说,刀片服务器的发展趋势必然是从单纯的“服务器整合”发展到可以集成企业的存储、网络以及交换设备的核心构件。同时,由于多台分散服务器的管理将集中到一台服务器的管理,因此也会大大降低IT管理的人员成本,实现IT基础设施简化,提高管理效率。

刀片服务器的应用范围非常广泛,尤其是对于那些要求高密度计算的应用,电信、政府、教育和金融是中国刀片服务器的主要应用行业,四个行业共占约75%的市场份额。这些行业需要高性能的计算环境、便捷的管理和低廉的整体成本,刀片服务器可以很好的满足他们的需求。

与刀片服务器相比,机架服务器作为工业标准化下的产品,其外观按照统一标准来设计,配合机柜统一使用,以满足企业的服务器密集部署需求。机架服务器的主要作用是为节省空间,由于能够将多台服务器装到一个机柜上,不仅可以占用更小的空间,而且也便于统一管理。但由于内部空间限制,扩充性较受限制,同时,机架服务器在统一管理、物理隔离以及密度方面仍然不能够满足人们的需求,而刀片服务器则很好的解决了机架服务器所遇到的问题。

节约空间、便于集中管理、易于扩展和提供不间断的服务,成为对下一代服务器的新要求,而刀片服务器正好能满足这一需求,因而刀片服务器市场需求正不断扩大,具有良好的市场前景:据IDC的报告显示,刀片服务器的市场已经从2001年的“0”上升到2011年的单季度18~20亿美元,年收入接近100亿美元,对于服务器市场来说,刀片服务器可谓是“凭空划出了自己的一块市场”。

总体上看,刀片服务器很适合于网络托管、统一管理、虚拟化和集群计算等特定目的。单个刀片通常是可热插拔的。随着用户向刀片服务器中增加更多的处理能力、内存和I/O带宽,他们可以应对更大更多样化的工作负载。所以对于大规模的服务器应用,或者是空间紧凑的应用需求,刀片服务器都是理想的选择。

那么,又是谁首先提出了刀片服务器的设计原型呢?业界的大厂们,对于刀片服务器的发展思路又是什么呢?

RLX:刀片服务器的鼻祖

2001年,业内第一款RLX刀片服务器的问世,标志着刀片服务器进入了萌芽阶段。

2001年,RLX公司提出了ServerBlade,该公司将服务器变成“插卡式”,体积缩减的更小,并放置在符合机架尺寸的刀片服务器机箱中,一个刀片服务器机箱为3U高度,可以插置24片刀片服务器,每一片就是一部独立服务器,而在3U的空间内,原有的机架服务器最多只能放置3台,但换成刀片服务器便可放24部,多出7倍的数量,同样的机房空间可以多承接7倍的用户业务。

随后,RLX推出System 324刀片服务器,可以在标准42U机箱中集成324个CPU(标准是84个CPU)。但是为了支持如此高的计算密集度,设计者不得不在单个CPU的功耗和散热问题上做出很大的让步。所以早期采用的CPU都是性能相对较弱的低功耗的处理器,如PIII和Transmeta Crusoe。所以采用低功率处理器,单个刀片服务器性能相对较低是这个时期的另一个特点。对于简单的任务实现,这是个合适的实现方法。

对于分层部署的数据中心而言,这种类型的刀片服务器适用于第一层的应用,例如静态 Web 服务器、安全、网络服务和流媒体,因为这些应用可以简单而廉价地进行负荷均衡。但是对于高性能计算方面而言,由于采用性能相对较低的处理器,处理能力就显得不足了,而且还会带来很多相关问题。如果单个节点的性能越低,那么所需要的节点数目就越多;所要管理的节点数目也越多,对服务器管理软件提出更高要求;此外,根据使用的CPU个数付费的软件,比如,Windows操作系统,大型数据库软件,所要付出的软件费用也就越多,同样提高TCO。

总的来说,RLX提出的刀片服务器设计,给予了企业计算十分强劲的计算潜力。当一个板卡中包括处理器、内存、I/O和非易失性存储(闪存或者小体积硬盘)的时候,刀片服务器这个命名就出现了。这让制造商可以在一个板卡或者刀片中封装带有操作系统和应用的完整服务器。然后这些刀片可以在一个常见机箱内独立运作,更有效地运行多个服务器设备。除了这种封装显著的优点以外,由于共享了通用基础架构来支持整个机箱,而不是为每个服务器提供资源,因此能源、冷却、管理和网络效率将有所提高。

也正是因为这些好处,刀片服务器的市场增速越来越快,在2004年曾经达到百分之三百的市场增幅,而随着刀片服务器市场的成熟,市场的竞争也越来越激烈,服务器市场内的主要厂商都开始涉足刀片服务器的市场领域。