服務器硬件基礎知識

　　服務器概述

　　一、服務器的基本概念

　　服務器是計算機的一種，是網絡中為客戶端計算機提供各種服務的高性能的計算機；

　　服務器在網絡操作系統的控制下，將與其相連的硬盤、磁帶、打印機及昂貴的專用通訊設備提供給網絡上的客戶站點共享，也能為網絡用戶提供集中計算、信息發布及數據管理等服務。

　　服務器英文名稱為Server。

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　　X86架構服務器

　　RISC架構服務器

　　EPIC架構服務器（IA-64）

　　1）X86架構服務器

　　IA－32、x86－32、x86－64都屬于x86，即英特爾的32位x86架構，x86－64是AMD在其最新的Athlon 64處理器系列中采用的新架構，但這一處理器基礎架構還是IA－32（因英特爾的x86架構并未申請專利保護，所以絕大多數處理器廠商為了保持與Intel的主流處理器兼容，都不得不采用這一x86架構），只是在此架構基礎之上作了一些擴展，以支持64位程序的應用，進一步提高處理器的運算性能。

　　2）RISC架構服務器

　　RISC的英文全稱為“Reduced Instruction Set Computing”，中文即“精簡指令集”，它的指令系統相對簡單，它只要求硬件執行很有限且最常用的那部分執令，大部分復雜的操作則使用成熟的編譯技術，由簡單指令合成。目前在中高檔服務器中普遍采用這一指令系統的CPU，特別是高檔服務器全都采用RISC指令系統的CPU，并且此類服務器都采用UNIX操作系統。 在中高檔服務器中采用RISC指令的CPU主要有Compaq（康柏，即新惠普）公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的Power PC、SGI公司的MIPS和SUN公司的Sparc。

　　3）IA-64

　　EPIC（Explicitly Parallel InstructionComputers，精確并行指令計算機）。Intel采用EPIC技術的服務器CPU是安騰Itanium。它是64位處理器，也是IA－64系列中的第一款。在Intel采用了X86指令集之后，它又轉而尋求更先進的64-bit微處理器，Intel這樣做的原因是，它們想擺脫容量巨大的x86架構,從而引入精力充沛而又功能強大的指令集，于是采用EPIC指令集的IA-64架構便誕生了。IA-64在很多方面來說，都比x86有了長足的進步。突破了傳統IA32架構的許多限制，在數據的處理能力，系統的穩定性、安全性、可用性、可觀理性等方面獲得了突破性的提高。IA-64微處理器最大的缺陷是它們缺乏與x86的兼容。

　?。?、服務器按功能應用分類

　　域控制服務器（Domain Server）

　　文件服務器（File Server）

　　打印服務器（Print Server）

　　數據庫服務器（Database Server）

　　郵件服務器（E-mail Server）

　　Web服務器（Web Server）多媒體服務器（MultimediaServer）

　　通訊服務器（Communication Server）

　　終端服務器（Terminal Server）

　　基礎架構服務器（Infrastructure Server）

　　虛擬化服務器（Virtualization Server）

　　目前的技術來說，這些功能劃分為邏輯形態。從可以把多個功能把多個功能部署在一臺服務器上面。從物理形態上來說，可以是一臺服務器完成多個功能。

　　4、服務器按外觀分類

　　5、 服務器的特點與PC機、工作站、小型機的區別

　　服務器與PC機的區別

　　服務器與工作站的區別

　　6、 服務器性能評價標準

　　二、服務器關鍵組件及技術

　　CPU

　　內存

　　硬盤

　　Raid

　　PCIe

　　HBA

　　網卡

　　電源

　　熱插拔技術

　　CPU

　　中央處理器（CPU，Central Processing Unit）是是一臺計算機的運算核心和控制核心。

　　計算機的性能在很大程度上由CPU的性能決定，而CPU的性能主要體現在其運行程序的速度上。影響運行速度的性能指標包括CPU的工作頻率、Cache容量、指令系統和邏輯結構等參數。

　　主頻：主頻也叫時鐘頻率，單位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用來表示CPU的運算、處理數據的速度。通常，主頻越高，CPU處理數據的速度就越快；

　　緩存（Cache）：實際工作時，CPU往往需要重復讀取同樣的數據塊，而緩存容量的增大，可以大幅度提升CPU內部讀取數據的命中率，而不用再到內存或者硬盤上尋找，以此提高系統性能。但是由于CPU芯片面積和成本的因素來考慮，緩存都很?。?/p>

　　核心數：般情況下每個核心都有一個線程，幾核心就有幾線程，但是intel發明了超線程技術，可以讓單核模擬多核心工作，intel的超線程可以讓單核心具有兩個線程，雙核四線程 ；

　　線程數 ：線程數多當然速度就快,但功耗就大 ；

　　從英特爾品牌來看，主要有酷睿、至強、奔騰、凌動、賽揚、安騰和應用在物聯網領域的Quark幾大品類。PC多以酷睿系列為主，至強則是服務器級處理器的唯一選擇。在真是的攢機場景中，確實有玩家將至強E3處理器應用在PC之上，這主要是因為服務器級CPU會比一般PC能支持更大的緩存和多處理（安裝了多個物理CPU）。

　　英特爾至強可擴展處理器架構

　　在服務器應用場景下， 常常會在一臺服務器上搭載兩個甚至多達幾十個物理CPU，各個處理器之間通過高效互聯互通，提升計算力。在服務器處理器緩存方面，一般提供了三級緩存。以筆者之前測過的Intel Xeon Glod 6140 CPU（2.30GHz、18 Cores） 處理器為例，L2緩存為18*1024KB，L3緩存為25344KB（L表示緩存級別L2和L3的大小也是特定系列中CPU型號的主要區別之一）。

　　至強E7 v4處理器

　　當然，服務器級處理器的穩定性也會遠高于PC級處理器，這是因為在服務器應用的IDC場景中，需要7*24小時，一年365天不間斷工作，而酷睿處理器顯然不具備這樣的特點。除此之外，二者的接口也略有不同，拿幾年前的INTEL為例，當時其桌面級CPU為775接口，而服務器CPU則有775和771等。

　　處理器型號相關內容更新很快，以上內容僅供參考。

　　Intel命名也是幾套，內部一套外部一套，過兩天可能還改名。

　　內存是計算機中重要的部件之一，它是與CPU進行溝通的橋梁。計算機中所有程序的運行都是在內存中進行的，因此內存的性能對計算機的影響非常大。其作用是用于暫時存放CPU中的運算數據，以及與硬盤等外部存儲器交換的數據。只要計算機在運行中，CPU就會把需要運算的數據調到內存中進行運算，當運算完成后CPU再將結果傳送出來，內存的運行也決定了計算機的穩定運行。內存是由內存芯片、電路板、金手指等部分組成的。

　　芯片組

　　這里說的芯片組，是X86系統獨有的，一般RISC處理器都是SoC，芯片即為系統；X86比較獨特，以前是由CPU、南橋、北橋組成一個系統，現在是由CPU+PCH形成一個系統。因為接口和總線太多，太復雜，又由于X86系統一直傳承著繼承性，兼容性等特點，所以多個處理器可以匹配不同主板，同一個主板可以適配多種處理器，所以這樣做了功能拆分。

　　內存

　　服務器內存與PC內存的區別：

　　性能更高

　　兼容性更好

　　可靠性更高

　　什么是Register？

　　擁有Registers功能的內存模組，可以通過重新驅動控制信號來改善內存的運作，提高電平信號的準確性，從而有助于保持系統長時間穩定運作。不過，由于Registers的信號重驅動需花費一個時鐘周期，延遲時間有所增加，但是傳輸的速率相對可以提高，對走線的要求也降低了。

　　與邏輯設計中的流水線是一個原理。

　　這樣控制信號的信號質量更好。

　　服務器內存上面要比普通內存多幾顆芯片：主要是PLL (Phase Locked Loop)和Register IC，它們的具體用處如下　PLL(Phase Locked Loop) 瑣相環集成電路芯片，內存條底部較小IC，比Register IC小，一般只有一個，起到調整時鐘信號，保證內存條之間的信號同步的作用。Register IC內存條底部較小的集成電路芯片(2-3片),起提高驅動能力的作用。服務器產品需要支持大容量的內存，單靠主板無法驅動如此大容量的內存，而使用帶Register的內存條，通過Register IC提高驅動能力，使服務器可支持高達32GB的內存。

　　圖為DDR2 400 ECC REG

　　1 SPD芯片

　　2 PLL芯片

　　3 Register IC芯片

　　4 內存顆粒

　　什么是ECC內存？

　　目前是一談到服務器內存，大家都一致強調要買ECC內存，認為ECC內存速度快，其實是一種錯誤地認識，ECC內存成功之處并不是因為它速度快（速度方面根本不關它事只與內存類型有關），而是因為它有特殊的糾錯能力，使服務器保持穩定。ECC本身并不是一種內存型號，也不是一種內存專用技術，它是一種廣泛應用于各種領域的計算機指令中，是一種指令糾錯技術。它的英文全稱是“Error Checking and Correcting”，對應的中文名稱就叫做“錯誤檢查和糾正”，從這個名稱我們就可以看出它的主要功能就是“發現并糾正錯誤”，它比奇偶校正技術更先進的方面主要在于它不僅能發現錯誤，而且能糾正這些錯誤，這些錯誤糾正之后計算機才能正確執行下面的任務，確保服務器的正常運行。之所以說它并不是一種內存型號，那是因為并不是一種影響內存結構和存儲速度的技術，它可以應用到不同的內存類型之中，就象我們在前面講到的“奇偶校正”內存，它也不是一種內存，最開始應用這種技術的是EDO內存，現在的SD也有應用，而ECC內存主要是從SD內存開始得到廣泛應用，而新的DDR、RDRAM也有相應的應用，目前主流的ECC內存其實是一種SD內存。

　　ECC通過數據位多一些位數，對數據進行校驗，所以內存顆粒一般會多一顆。

　　ECC可發現2bit錯誤，并糾正1bit錯誤，可靠性更高。

　　一般情況下服務器內存都具有ECC功能，只有較低端的服務器采用普通臺內存時不具有此功能；

　　服務器內存的其他典型技術：

　　Chipkill技術

　　Chipkill技術是IBM公司為了解決服務器內存中ECC技術的不足而開發的，是一種新的ECC內存保護標準。我們知道ECC內存只能同時檢測和糾正單一比特錯誤，但如果同時檢測出兩個以上比特的數據有錯誤，則無能為力。ECC技術之所以在服務器內存中廣泛采用，一則是因為在這以前其它新的內存技術還不成熟，再則在服務器中系統速度還是很高，在這種頻率上一般來說同時出現多比特錯誤的現象很少發生，因為這樣才使得ECC技術得到了充分地認可和應用，使得ECC內存技術成為幾乎所有服務器上的內存標準。

　　但隨著基于Intel處理器架構的服務器的CPU性能在以幾何級的倍數提高，而硬盤驅動器的性能只提高少數的倍數，為了獲得足夠的性能，服務器需要大量的內存來臨時保存CPU上需要讀取的數據，這樣大的數據訪問量就導致單一內存芯片上每次訪問時通常要提供4（32位）或8（64位）比特的數據，一次讀取這么多數據，出現多位數據錯誤的可能性會大大地提高，而ECC又不能糾正雙比特以上的錯誤，這樣很可能造成全部比特數據的丟失，系統就很快崩潰了。IBM的Chipkill技術是利用內存的子系統來解決這一難題。內存子系統的設計原理是這樣的，單一芯片，無論數據寬度是多少，只對于一個給定的ECC識別碼，它的影響最多為一比特。舉例來說，如果使用4比特寬的DRAM，4比特中的每一位的奇偶性將分別組成不同的ECC識別碼，這個ECC識別碼是用單獨一個數據位來保存的，也就是說保存在不同的內存空間地址。因此，即使整個內存芯片出了故障，每個ECC識別碼也將最多出現一比特壞數據，而這種情況完全可以通過ECC邏輯修復，從而保證內存子系統的容錯性，保證服務器在出現故障時，有強大的自我恢復能力。采用這種技術的內存可以同時檢查并修復4個錯誤數據位，服務器的可靠性和穩定得到了更充分的保障。

　　Memory ProteXion（內存保護）

　　Memory ProteXion技術最初應用在IBM公司的z系列和i系列大型主機服務器中，相對Chipkill內存技術在保護能力上更加強。

　　類似硬盤的熱備份功能，能夠自動利用備用的比特位自動找回數據，從而保證服務器的平穩運行。該技術可以糾正發生在每對DIMM內存中多達4個連續比特位的錯誤。即便永久性的硬件錯誤，也可利用熱備份的比特位使得DIMM內存芯片繼續工作，直到被替換為止。

　　同時，Memory ProteXion技術比ECC技術糾錯更加有效，標準的ECC內存雖然可以檢測出2位的數據錯誤，但它只能糾正一位錯誤。采用內存保護技術，就可以立即隔離這個失效的內存，重寫數據在空余的數據位。而且無需添加另外的硬件、無需增加額外的費用，獨立操作系統工作，也不會給系統增加任何額外負擔。這種技術可以使減少停機時間，使服務器持續保持高效的計算平臺。

　　Memory Mirroring（內存鏡像）

　　IBM的另一種更高級內存技術就是內存鏡像技術，在內存保護能力上更強，彌補了Chipkill修復技術和內存保護技校術都不能完全修復時，可以在系統中運行直到有故障內存被更換。

　　一般說，內存鏡像技術和磁盤鏡像技術相仿，都是將數據同時寫入到兩個獨立的內存卡中，內存只從活動內存卡中進行數據讀取，當一個內存中有足以引起系統報警的軟故障，系統會自動提醒管理員這個內存條將要出故障；同時服務器就會自動地切換到使用鏡像內存卡，直到這個有故障的內存被更換。

　　另外，鏡像內存允許進行熱交換（Hot swap）和在線添加（Hot-add）內存。因為鏡像內存采用的的兩套內存中實際只有一套在使用，另一套用于備份，所以對于軟件系統來說也就只有整個內存的一半容量是可用的。

　　PCIe

　　硬盤

　　SATA：Serial ATA接口，即串行ATA，采用串行技術以獲得更高的傳輸速度及可靠性。目前是第二代即SATAII

　　SCSI：全稱為“SmallComputer System Interface”（小型計算機系統接口），具有應用范圍廣、多任務、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔等優點，主要應用于中、高端服務器和高檔工作站

　　SAS：Serial Attached SCSI接口，即串行SCSI， 采用串行技術以獲得更高的傳輸速度。目前仍然是第一代

　　SSD：固態存儲硬盤(Solid State Disk)其特別之處在于沒有機械結構，以區塊寫入和抹除的方式作讀寫的功能，與目前的傳統硬盤相較，具有低耗電、耐震、穩定性高、耐低溫等優點。

　　服務器硬盤接口有哪些種類

　　一、風光依舊的SATA接口

　　SATA接口又被稱之為“串行接口”，所以現在采用SATA接口的硬盤都被習慣的叫做串口硬盤。它是繼IDE硬盤之后的一次演變。SATA的物理設計是以光纖通道作為藍本，所以采用了四芯的數據線。SATA接口發展至今主要有3種規格，其中目前普遍使用的是SATA-2規格，傳輸速度可達3GB/秒，如圖1所示為某品牌固態硬盤采用的SATA-2接口規格。

　　現在已經有SATA-3接口出現，如圖所示即為西部數據的一款SATA-3接口的服務器硬盤。SATA-3接口除了將傳輸速率提高到了6GB/秒之外，還對諸多數據類型提供了讀取優化設置。當然對于用戶來說，SATA-3接口的出現并不意味著現有的SATA-2產品會被淘汰，因為SATA-3雖然采用了全新INCITS ATA8-ACS標準，但依然可以兼容舊有的SATA設備。

　　由于SATA接口的服務器硬盤，技術相當成熟而且構造成本不高，因此相對于其他接口類型的產品來說，其市場價位是比較平民化的。相信對于預算不高的企業用戶來說，在原來的服務器架構中升級同樣接口但容量更大的SATA-2接口硬盤，是最好的選擇了。

　　二、應用更普及的SCSI接口

　　SCSI接口的服務器硬盤是現在多數服務器中采用的一種，它具有數據吞吐量大、CPU占有率極低的特點：用于連接SCSI接口硬盤的SCSI控制器上有一個相當于CPU功能的控制芯片，能夠替代CPU處理大部分工作；現在普遍采用的Ultra 320標準的SCSI接口硬盤，數據傳輸率可達320MB/秒。SCSI接口服務器硬盤及SCSI控制器如圖所示。

　　另外，SCSI硬盤具有的支持熱拔插技術的SCA2接口，也非常適合部署在現在的工作組和部門級服務器中。SCSI硬盤必須通過SCSI接口才能使用，現在服務器主板一般都集成了SCSI接口，也可以安裝專門的SCSI接口卡來連接更多個SCSI設備，所以其橫向擴展能力是比較強的。

　　那么，SCSI接口的服務器硬盤，主要強于哪些方面，又適用于怎樣的企業環境中呢?首先，SCSI對磁盤冗余陣列（RAID）的良好支持，可以滿足有大數據存儲的企業環境，同時數據安全性也有保障；再者，SCSI硬盤的轉速早已高達15000rpm，這讓企業數據中心的處理性能得到了保障；再次，其較低的CPU占用率以及多任務的并行處理特性，都可為成長型企業環境提供較強力的數據處理及存儲支持。最后，從如圖6所示現在的市場價格對比來看，SCSI接口硬盤整體上要低于SAS接口硬盤，但明顯高于SATA接口硬盤，所以，其更適合裝配在對數據存儲有一定的安全需求、容量需求、高處理性能需求的企業環境中。

　　三、追求性能最大化的SAS接口

　　“SAS”就是串行連接SCSI的意思，簡單理解就是SCSI接口技術的升級改良，目的就是進一步改進SCSI技術的效能、可用性和擴充性。其特點就是可以同時連接更多的磁盤設備、更節省服務器內部空間；比如SAS接口減少了線纜的尺寸，且用更細的電纜搭配，而且SAS硬盤有2.5英寸的規格，如圖7所示即為希捷（Savvio 15K.2）2.5英寸SAS硬盤接口。

　　更好的空間占用特點使得這種接口的硬盤可以廣泛部署在刀片服務器中。在2U高度內使用 8個 2.5英寸的SAS硬盤位已經成為大多數OEM服務器廠商的選擇。另外，對于預算不高無法更換現有服務器的企業來說，亦可采用SAS和SATA硬盤共存的升級方式，SAS接口良好的向下兼容性使得企業用戶可以將它們用在不同的應用場合。比如SATA硬盤可用于一般事務性處理，而SAS硬盤則可專注于數據量大、數據可用性極為關鍵的應用中。如圖所示為上億信息（SNT）推出的ST-1042SAS-D7硬盤抽取盒，它就完美地混合支持SAS和SATA硬盤共存，且可以搭配SAS或SATA硬盤控制卡來支持RAID 0、1、5磁盤陣列模式。

　　比起同容量的Ultra 320 SCSI硬盤，SAS 硬盤要貴一些，這主要還是緣由其更好的擴展性、兼容性以及更可靠的容錯能力。而從從服務器市場來看，國內外主力服務器廠商都已經紛紛推出采用SAS硬盤的機型，只是具體產品的應用和市場狀況有所不同。比如定位于部門級應用的惠普 ProLiant DL380 G5、適用于流媒體服務及電子商務的IBM System x3650 M2 等，都提供了SAS硬盤的全面支持。

　　四 、應用高端的光纖接口

　　光纖通道（FC，Fibre Channel）是一種為提高多硬盤存儲系統的速度和靈活性才開發的接口，其可大大提高多硬盤系統的通信速度。對于大型的ERP系統，或是在線實時交易系統等需要更大傳輸量、更快反應速度的應用環境而言，此類接口的服務器硬盤是最好的選擇；當然其產品價格自然也就更高于前面幾種。

　　總結起來看，不同接口技術的服務器硬盤也決定了它們各自更好的適用環境。單獨存在的SATA硬盤服務器產品如今并不多見，大多是一些針對入門應用的塔式服務器中。而SCSI及SAS由于具有CPU占用率低、連接設備多等諸多特點，性能上明顯優于SATA接口硬盤，因此可以在企業數據中心、安全服務器等應用環境中部署。目前看來，市面上的服務器硬盤或服務器產品，也大多呈現兩種形態：Ultra320 SCSI及SAS/SATA。

　　不可否認的是，2009年SAS已經成為服務器界主流硬盤平臺，近期有服務器硬盤升級需求的企業用戶，還是多傾向于選擇SAS平臺為好，雖然其價格要明顯高出一截，但帶來的實際應用效果卻是更好的。

　　服務器硬盤和普通硬盤區別在哪

　　第一， HDD for Server 和 HDD for PC 當然不一樣， Server 一般采用 SCSI 接口硬盤（現在 SAS已經取代了 SCSI ），而 PC 一般采用 ATA 接口硬盤（現在 SATA 已經取代了 ATA ）， SCSI 硬盤的優勢是對系統占用非常小，比如說你將幾十 GB 的數據 D 盤拷貝到 E 盤，同時將幾十 GB 數據從 E盤拷貝到 D 盤，磁盤資源應該是基本耗凈了，再同時運行 CS ，如果在 PC 上面，這兩個拷貝動作會占用全部的 CPU 資源， CS 根本無法運行，但是在 Server 上，這兩個拷貝動作幾乎不會占用任何 CPU 資源， CS 除了剛剛進去略慢之外，一旦讀取到了內存，可以非常正常流暢的運行。

　　普通 PC 機的硬盤相比，服務器上使用的硬盤具有如下四個特點。

　　1 、速度快

　　服務器使用的硬盤轉速快，可以達到每分鐘 7200 或 10000 轉，甚至更高；它還配置了較大 （ 一般為 2MB 或 4MB） 的回寫式緩存；平均訪問時間比較短；外部傳輸率和內部傳輸率更高，采用 Ultra Wide SCSI 、 Ultra2 Wide SCSI 、 Ultra160 SCSI 、 Ultra320 SCSI 等標準的 SCSI 硬盤，每秒的數據傳輸率分別可以達到 40MB 、 80MB 、 160MB 、 320MB 。

　　2 、可靠性高

　　因為服務器硬盤幾乎是 24 小時不停地運轉，承受著巨大的工作量?？梢哉f，硬盤如果出了問題，后果不堪設想。所以，現在的硬盤都采用了 S.M.A.R.T 技術 （ 自監測、分析和報告技術 ） ，同時硬盤廠商都采用了各自獨有的先進技術來保證數據的安全。為了避免意外的損失，服務器硬盤一般都能承受 300G 到 1000G 的沖擊力。

　　3 、多使用 SCSI 接口

　　多數服務器采用了數據吞吐量大、 CPU 占有率極低的 SCSI 硬盤。SCSI 硬盤必須通過 SCSI 接口才能使用，有的服務器主板集成了 SCSI 接口，有的安有專用的 SCSI 接口卡，一塊 SCSI 接口卡可以接7 個 SCSI 設備，這是 IDE 接口所不能比擬的。

　　4 、可支持熱插拔

　　熱插拔（ Hot Swap ）是一些服務器支持的硬盤安裝方式，可以在服務器不停機的情況下，拔出或插入一塊硬盤，操作系統自動識別 硬盤 的改動。這種技術對于 24 小時不間斷運行的服務器來說，是非常必要的。

　　關于服務器運用SSD

　　機械硬盤在讀取速度上存在瓶頸早已是不爭的事實，而固態硬盤在讀取速度上要甩機械硬盤幾條街條街。既然，SSD速度解決了計算機（服務器）硬件上的瓶頸，大多數普通用戶都在用，很多企業服務器卻依然堅守機械硬盤呢？原因無非以下幾個方面。

　　1、最重要的一點是“錢”

　　普通固態硬盤比機械硬盤貴不少，而企業級固態硬盤更是不便宜，再加上固態硬盤容量普遍小，如果服務器全部用固態硬盤，成本會非常高，這是一般的企業難以負擔的。但是隨著存儲遵循摩爾定律，固態硬盤的成本最終還是要比機械硬盤要低的。

　　2、硬盤容量

　　服務器存儲的都是重要的海量數據，對硬盤容量有很高的要求。而目前服務器機械硬盤，單塊容量可以達到2TB以上，主流大容量服務器機械硬盤達到了10TB左右。

　　而目前固態硬盤容量普遍不大，大一些的也不過1TB左右，并且價格非常昂貴。顯然，固態硬盤容量也是制約服務器領域運用的一個重要原因。

　　但是一樣隨著半導體的發展，容量也會指數級增長。

　　3、安全型

　　傳統的機械硬盤已經使用了幾十年了，技術成熟，可靠性極佳，并且機械硬盤損壞還可以維修，數據丟失，還可以通過一些專業數據恢復軟件，大概率找回。

　　而固態硬盤，起步較晚，雖然速度有絕對優勢，但由于固態硬盤是芯片級存儲，一旦硬盤損壞，數據幾乎無法找回。另外，固態硬盤數據丟失，也幾乎很難再恢復。

　　對于企業而言，服務器上的數據可以說是無價的，如果數據丟失，會造成難以估量的損失。因此，在安全性方面，機械硬盤依然有著明顯的優勢。當然，有人會說，服務器采用多塊固態硬盤集群，一份數據存在多塊硬盤，這樣可以很好的保障數據安全，但這樣的成本就非常高，又會回到“錢”的問題上了。

　　在存儲技術飛速發展的二十年間，IT 架構經歷了從簡單到復雜，從單一性能處理到集群 虛擬化發展的階段。每次重大的技術變革都能給人們的工作和生活帶來嶄新的變化?；仡欉@二十年，IT 技術的變化主要體現在三方面：首先，代表計算能力的 CPU 在短短 二十年性能將近提升 580 倍；其次，I/O 通道性能提升了近 1000 倍；最后，存儲系統介 質在二十年中僅僅提升了 20 倍。硬盤已成為計算機系統的性能瓶頸，嚴重影響整個 IT 架構系統性能的提升，難以滿足 人們對業務應用需求。而今，一種新型高效節能的硬盤技術 SSD(Solid State Disk 或 Solid State Drive)固態硬盤 應運而生。SSD 固態硬盤擺脫了機械硬盤的磁頭，盤片轉軸及控制電機等機械部件，沒 有電機加速旋轉的過程，內部不存在任何機械活動部件，不會發生機械故障，也不怕碰 撞、沖擊和振動。所以其相對于 HDD 而言，在性能、可靠性、能耗、輕便性方面有著 絕對的優勢，目前廣泛應用于軍事、軍載、工控、電力、醫療、航空、導航設備等領域。

　　SSD硬盤包含：控制器芯片、NAND FLASH、DDR內存。這幾個關鍵組件也就決定了SSD的檔次和等級。

　　SSD硬盤由于具備以下幾個特點，替代機械硬盤已經成為必然之勢。

　　高性能

　　HSSD 盤的性能優勢體現在以下兩個方面：響應時間短和讀寫效率高。

　　（1）響應時間短：硬盤訪問時間是由指令到達時間+尋道時間+命中時間+機械延遲組成的。傳統硬盤的機械特性導致大部分時間浪費在尋道、查找數據和機械延遲上。數據傳輸受到嚴重影響。而 SSD 硬盤由于采用固態芯片（NAND 芯片）作為存儲介質，內部沒有機械結構，因此沒有數據查找時間、延遲時間和尋道時間，數據傳輸速度較之傳統硬盤有近 100 倍的提升。如圖：SSD 盤與傳統硬盤響應時間比較。

　?。?）讀寫效率高：傳統硬盤在進行隨機讀寫時需要把磁頭不斷地移來移去，導致效率低下?，F在最快的機械硬盤的磁頭平均移動時間是 5ms，也就是說 1 秒鐘內磁頭最多移動200 次，即最多處理 200 個隨機讀寫請求。而 SSD 沒有磁頭，省去了機械操作的時間，只需計算數據存放在哪塊 Flash 芯片的哪個位置，然后再對該位置進行讀寫即可。目前，典型的 SSD 硬盤每秒最多可進行 16000 次隨機讀寫，是傳統硬盤的 80 倍。

　　高可靠

　　部件級抗震

　　部件級：眾所周知，磁盤表面涂有磁性介質，其在顯微鏡下呈現出來的便是一個個磁顆粒。微小的磁顆粒極性可以被磁頭快速的改變，并且在改變之后可以穩定的保持，系統通過磁通量以及磁阻的變化來分辨二進制中的 0 或者 1。也正是因為所有的操作均是在微觀情況下進行，所以如果硬盤在高速運行的同時受到外力的震蕩，將會有可能因為磁頭拍擊磁盤表面而造成不可挽回的數據損失。此外，硬盤驅動器磁頭的

　　飛行懸浮高度低、速度快，一旦有小的塵埃進入硬盤密封腔內，或者一旦磁頭與盤體發生碰撞，就可能造成數據丟失，形成壞塊，甚至造成磁頭和盤體的損壞。而 SSD 硬盤是采用固態芯片作為存儲介質，其工作抗震能力達到 15G（10~1000HZ）是傳統硬盤的15 倍，抗沖擊能力達到 1500G（0.5ms）是傳統硬盤的 27 倍。高效地提升了 SSD 盤的穩定性。如圖：SSD 盤與傳統硬盤防震、抗沖擊比較。

　　盤片級壽命

　　在軟件方面，華為固態硬盤 HSSD 盤擁有業界領先的動靜態磨損均衡算法和壞塊管理策略，GC 算法等優化的 SSD 管理調度算法，NAND Flash 的內部處理有效的提高了 SSD盤的使用壽命；在硬件方面，實現 ECC 檢錯、糾錯算法，保證數據完整性及一致性。軟硬件結合，保證了系統的可靠性。

　　假設 SSD 上承載的主機業務是數據庫類型的業務，且 7×24 小時無休，IOPS 持續在 5K左右，平均 IO 大小為 8KB，讀寫比例為 40% : 60%。這樣的主機業務，每天寫入的數據量約為：5K × 60% × 8KB × 60 × 60 × 24 ≈ 2TB 。將上述計算結果使用壽命計算公式，并讓寫放大系數取值為全隨機業務時的 2.5，可以得到不同類型和容量的 HSSD 的使用壽命：

　　系統級可靠性

　　內存屬于易失性介質，掉電后數據不會保存。如果系統出現異常掉電，硬盤內存的數據就會丟失，此時若存在主機寫入內存的數據并未寫入永久介質，這部分數據就會丟失，從而造成了數據丟失的問題。

　　HSSD 可以檢測到硬盤異常掉電，在掉電以后，利用備用電源中的能量把內存中更新過的數據寫入永久介質，從而為異常掉電時內存的數據提供了保障，實現了更高的可靠性。

　　另外SSD還有低功耗、易于管理等特點。

　　什么是Raid?

　　Raid——Redundant Array of IndependentDisks，獨立磁盤冗余陣列

　　RAID是將同一陣列中的多個磁盤視為單一的虛擬磁盤，數據是以分段的方式順序存放于磁盤陣列中

　　RAID技術主要有以下兩個特點：

　?。?）提高數據訪問速度

　　硬盤數據條帶化

　　多硬盤同時讀取

　　（2）數據冗余保護

　　硬盤鏡像

　　奇偶校驗

　　由于RAID技術的存在，服務器的機械硬盤的速率比SSD速率慢還沒有充分暴露，也是有些服務器仍然可以選擇機械硬盤的一個原因。

　　Raid技術的三大特點：

　　1、通過對硬盤上的數據進行條帶化，實現對數據成塊存取，減少硬盤的機械尋道時間，提高數據存取速度；

　　2、通過對一陣列中的幾塊硬盤同時讀取，減少硬盤的機械尋道時間，提高數據存取速度；

　　3、通過鏡像或者存儲奇偶校驗信息的方式，實現對數據的冗余保護

　　存儲相關的內容比較多，也比較復雜，此處不繼續展開。

　　電源

　　服務器的電源標準有兩類：

　　ATX標準 ——用于低端服務器或工作站。輸出功率一般在125瓦～350瓦之間。通常采用20Pin(20針)的雙排長方形插座給主板供電。

　　SSI標準 ——SSI（Server System Infrastructure）規范是IA服務器的電源規范，SSI規范的推出是為了規范服務器電源技術，降低開發成本，延長服務器的使用壽命而制定的，主要包括服務器電源規格、背板系統規格、服務器機箱系統規格和散熱系統規格

　　SSI （Server System Infrastructure，服務器系統結構）規范是Intel聯合一些主要的IA服務器生產商推出的新型服務器電源規范。根據使用的環境和規模的不同，SSI規范又可以分為EPS、TPS、MPS、DPS四種子規范

　　小貼士：通常將采用Intel（英特爾）處理器的服務器稱之為IA（Intel Architecture）服務器，又稱CISC（Complex Instruction Set Computer，復雜指令集）架構服務器。

　　1、EPS規范（Entry Power Supply Specification）

　　特點：基于ATX電源的服務器升級版本

　　EPS規范主要為單電源供電的中低端服務器設計，設計中秉承了ATX電源的基本規格，但在電性能指標上存在一些差異。EPS規范電源和ATX電源最直觀的區別在于提供了24Pin的主板電源接口和8Pin的CPU電源接口（注：目前的PC主板也開始有24Pin的電源接口和8Pin的CPU電源接口）。

　　在EPS規范中只對電源的容量、引腳等作出了規定，而且沒指定確定的電源額定功率，電源開發商可以根據各自不同的開發平臺設計不同額定功率的電源，但必須在300W～400W范圍內。后來該規范發展到EPS12V（2.0版本），適用的額定功率達到450W～650W。

　　2、TPS規范（Thin Power Supply Specification）

　　特點：適合冗余工作方式

　　TPS規范電源具有PFC（功率因數校正）、自動負載電流分配功能。電源系統最多可以實現4組電源并聯冗余工作，由系統提供風扇散熱。TPS規范電源對熱插拔和電流均衡分配要求較高，它可用于“N+1”冗余工作，有冗余保護功能。

　　小貼士：PFC，功率因數校正，功率因數指有效功率與總功率的比值。功率因數值越大，代表電力利用率越高。

　　3、MPS規范（Midrange Power Supply Specification）

　　特點：適合高端的服務器使用

　　這種規范的電源針對4路以上CPU的高端服務器系統。MPS電源適用于額定功率在375W～450W的電源，可單獨使用，也可冗余使用。它具有PFC、自動負載電流分配等功能。采用這種規范的電源元件的電壓、電流規格設計和半導體、電容、電感等器件工作溫度的設計余量超過15%，在環境溫度25℃以上、最大負載、冗余工作方式下MTBF（平均無故障時間）可達到150000小時。

　　小貼士：MTBF，即平均無故障時間，指相鄰兩次故障之間的平均工作時間，也稱為平均故障間隔?？捎卯a品在總的使用階段累計工作時間與故障次數的比值表示，單位為“小時”。

　　4、DPS規范（Distributed Power Supply Specification）

　　特點：簡化服務器供電方式

　　DPS規范電源是單48V直流電壓輸出的供電系統，提供的最小功率為800W，輸出為+48V和+12VSB。DPS規范電源采用二次供電方式，輸入交流電經過AC-DC轉換電路后輸出48V直流電，48VDC再經過DC-DC轉換電路輸出負載需要的+5V、+12V、+3.3V直流電。制定這一規范主要是為簡化電信用戶的供電方式，便于機房供電，使IA服務器電源與電信所采用的電源系統接軌。

　　服務器與PC不同，通常支持多個CPU，使用多個SCSI硬盤，內存容量一般超過2GB，因此功耗要比普通PC大得多。因此功率起步標準也比普通電源要高。對1U機箱服務器來說，電源實際功率一般應達到300W，2U機箱服務器應達到350W，而機架式服務器則一般都配備400W以上電源，甚至有的服務器配備了1000W電源。功率越大的電源工作時的發熱量便會越高，因此服務器電源的兩端都裝有風扇，具有良好的散熱性能。

　　電源冗余特性：

　　1+1,此時每個模塊承擔50%的輸出功率,當一個模塊拔出時,另一個模塊承擔100%輸出功率；

　　2+1,有三個模塊,每個模塊承擔輸出功率的1/3,當拔出一個模塊,其余兩個模塊各承擔50%的輸出功率。

　　熱插拔的概念：

　　熱插拔（hot-plugging或Hot Swap）功能就是允許用戶在不關閉系統，不切斷電源的情況下取出和更換損壞的硬盤、電源或板卡等部件，從而提高了系統對災難的及時恢復能力、擴展性和靈活性。

　　常見的熱插拔設備：硬盤，電源，PCI設備，風扇等。

　　什么是IPMI

　　IPMI（Intelligent Platform Management Interface）—智能平臺管理接口，是使硬件管理具備“智能化”的新一代通用接口標準。用戶可以利用 IPMI 監視服務器的物理特征，如溫度、電壓、風扇工作狀態、電源供應以及機箱入侵等。IPMI最大的優勢在于它是獨立于 CPU、

　　BIOS 和 OS 的，所以用戶無論在開機還是關機的狀態下，只要接通電源就可以實現對服務器的監控。IPMI 是一種規范的標準，其中最重要的物理部件就是BMC(Baseboard Management Controller)，它是一種嵌入式管理微控制器，相當于整個平臺管理的“大腦”，通過它 IPMI就可以監控各個傳感器的數據并記錄各種事件的日志。

　　BMC的作用

　　一般來說，BMC具有以下功能：

　　1、 通過系統的串行端口進行訪問

　　2、故障日志記錄和 SNMP 警報發送

　　3、訪問系統事件日志 (System Event Log ,SEL) 和傳感器狀況

　　4、控制包括開機和關機

　　5、獨立于系統電源或工作狀態的支持

　　6、用于系統設置、基于文本公用程序和操作系統控制臺的文本控制臺重定向

　　服務器硬件自檢啟動過程

　　1、電源上電（啟動電源，電源正常工作后，輸出Power Good信號）

　　2、關鍵部件檢測（CPU、芯片組、BIOS、基本內存等關鍵部件初始化自檢）

　　3、檢測顯卡（屏幕上顯示顯卡信息）

　　4、顯示BIOS的廠家和版本，顯示CPU信息，檢測全部內存，初始化IPMI和USB

　　5、檢測外部設備（如:光驅、硬盤、HBA卡、RAID卡等）

　　6、根據BIOS啟動項設置，加載操作系統

　　什么是BIOS?

　　BIOS是基本輸入/輸出系統（Basic Input Output System）的縮寫。BIOS是開機過程中的關鍵組成部分。它負責將計算機系統的各種硬件組件尋址和映射到內存，使操作系統能夠和硬件進行溝通。如果沒有BIOS，計算機將無法啟動并進入到操作系統。

　　BIOS的作用

　　1. 自檢及初始化

　　2. 程序服務處理

　　3. 硬件中斷處理

　　4.引導操作系統

　　本文部分內容來自

　　《服務器基礎知識篇》——盾聯信息

　　《服務器硬件工程師從入門到精通》——51CTO

　　《華為固態硬盤HSSD技術白皮書》——百度文庫

　　《服務器硬盤和普通硬盤區別》——IT百科

　　《解析IBM內存三技術：Chipkill、MPX、MM》——中關村在線

　　《華碩LGA2011/LGA1366混合雙路主板架構解密》——快科技