关于刀片服务器

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千柔 2006-02-23 15:10:41 博主文章分类：网络知识

一、认识刀片服务器

刀片服务器是一种HAHD(High AvaiMabiMity High Density，高可用高密度)的低成本服务器平台，是为特殊应用行业和高密度计算机环境
专门设计的。刀片服务器是将传统的架式服务器的所有功能集中在一块高度压缩的电路板中，然后再插入到机箱中。

从根本上来说，刀片服务器就是一个卡上的服务器:一个单独的主板上包含一个完整的计算机系统，包括处理器、内存、网络连接和相关的
电子器件。如果将多个刀片服务器插入一个机架或机柜的平面中，那么该机架或机柜的基础设施就能够共用，同时具有冗余特性。

每一块“刀片”实际上就是一块系统主板，每块主板通过本地硬盘运行自己的操作系统，类似一个个独立的服务器。使用管理软件，可以将这
些主板集合成一个服务器集群。在集群模式下，所有的主板可以连接起来提供高速的网络环境，可以共享资源，为不同的用户群服务。刀片服
务器公认的优点有两个，一是克服了芯片服务器集群的缺点，另一个是实现了机柜优化。

根据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刀片等等不同功
能的相应刀片服务器。下面举几个类型刀片来说明:

网络刀片

网络刀片的功能相当于局域网交换机。普遍提供10/100Mbps端口，以双绞线的方式连接服务器刀片，对外提供高速上连通道(千兆端口)。采用
NAS存储方式的刀片服务器经常会配备2个网络刀片，其中一个专门用于连接NAS设备。每个刀片支持10/100/1000M以太网连接，并且可以在背
板上安装10/100/1000M的2-4层交换机，这样就可以把系统中每个槽位上安装的刀片与交换机连接起来，提供一个基于IP的交换网络。

存储刀片

存储刀片可以被视为一个硬盘模块，通过背板总线或者硬盘接口线向服务器刀片提供存储功能。存储刀片上一般配备2块性能较高90mm(3.5英寸
)硬盘，接口类型有IDE、SCSI和光纤通道(Fiber Channel)接口。

二、管理刀片

第一代刀片服务器的KVM(Keyboard、VGA、Mouse)刀片可以说是功能最为简单的管理刀片，提供对所有服务器刀片的管理控制。 KVM刀片，
提供键盘、鼠标、显示器接口，KVM刀片经常还包括软驱和光驱，便于使用者直接操作服务器刀片。KVM刀片上提供切换开关，用于在机柜上的
不同刀片之间或者不同机柜之间进行切换。第二代刀片服务器具备更加强大的管理功能，但是各家产品各不相同。

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刀片服务器的管理，因此也会大大降低IT管理的人员成本。通过进行基础设施简化，计算系统的多个层次(服务器、存储
、网络等)可以被压缩为更高效、更简单的基础设施，这一过程当然需要大型机、刀片服务器和网格技术的突破。

刀片产品目前采用的已经是冗余的矢量式冷却系统，而在未来将有采用更为先进的室状蒸汽散热水槽、弯曲叶轮散热风扇(配有百叶窗回流挡片
)、温度传感器和管理模块的散热系统等先进技术。

在未来的几年，随着刀片服务器的标准统一后，刀片服务器的任意刀片选件应当都可以安装到同一个机箱中，而不论它是基于Intel平台运行
Linux的刀片，或者是基于PA-RISC平台运行HP-UX的刀片，还是基于PowerPC平台运行AIX的刀片，以及其他的刀片产品。

三、刀片服务器的一些主要特点

网络时代为服务器的应用提供了广阔的空间。服务器因此进入了技术、应用和市场互动并迅速发展的新阶段。服务器在网络中承担传输和
处理大量数据的任务，要具备高可伸缩性、高可靠性、高可用性和高可管理性。对于企业和网络信息提供商来说，无限增长的数据必须集中存
储和处理，于是未来的网络发展呈现出集中计算的趋势。集中管理模式对服务器提出了新的要求：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。刀片服务器（Blade Server ）由此应运而生。

刀片服务器是将传统的架式服务器的所有功能集中在一块高度压缩的电路板中，然后再插入到机箱中。从根本上来说，刀片服务器就是一个
卡上的服务器：一个单独的主板上包含一个完整的计算机系统，包括处理器、内存、网络连接和相关的电子器件。如果将多个刀片服务器插入
一个机架或机柜的平面中，那么该机架或机柜的基础设施就能够共用，同时具有冗余特性。刀片服务器公认的优点有两个，一是克服了芯片服
务器集群的缺点，另一个是实现了机柜优化。

那么企业选择刀片服务器主要考虑下面几个理由：

1、降低硬件成本

与传统的服务器不同的是，每个刀片服务器不需要单独的机架和基础设施，因此刀片服务器相对廉价。通过多个系统共用电源、冷却设备、管
理硬件和布线系统，可以极大地降低每个服务器的成本。

2、简化部署和维修

部署多个服务器是一个耗时和资源密集的过程。管理员需要将每个服务器安装在机架中，进行电源和网络布线，并为其安装软件。在高密度的
环境下，布线尤其是部署中令人头疼的难题之一。利用刀片服务器，管理员只需要对机架进行安装和布线，单独的刀片服务器无需布线。增加
新的计算机资源只需插入一个或多个新刀片服务器，就像现在加入一个硬盘驱动器一样简单。由于多个刀片服务器可以共用冗余电源，因此最
大限度地减少了机架布线。此外，内置的转换器将以太网数据和管理网络、甚至KVM连接集成在一起。

利用自动软件供应工具，管理员只需通过一个网络操作，就能够方便、快捷地将软件安装到一个或多个刀片服务器中。在完成刀片服务器的软
件安装之后，管理员就能够利用远程管理工具进行全面的管理。

3、最大限度地利用数据中心的空间

对于寸土寸金的数据中心来说，根据设计和供应商的不同，刀片服务器能够使服务器的密度比目前1U的机架优化的系统增加100%到800%。

4、减少功率消耗

为了减少刀片服务器的功率消耗，大多数供应商将在有些刀片服务器中采用低功率的处理器。即便刀片服务器不使用低功率的处理器，其功耗
也少于“综合”服务器，因为刀片服务器的功耗部件较少。此外，供应商也能够承担得起使用高效率电源的费用，因为电源将由多个服务器共
用。另外，由于刀片服务器的功耗较低，也就产生较少的热量，因而也就减少了冷却系统的耗电量。

目前，作为服务器领域的新星，这种高密度的刀片服务器所带来的市场前景已经被国外IBM、HP、SUN和DELL等厂商所看重，他们纷纷宣布推出
自己的刀片服务器。国内曙光、联想、浪潮等公司也推出他们相应的产品，由于刀片服务器的整体表现性能更强，因此刀片服务器将受到更多
企业用户的青睐。

四、05年度刀片式服务器小结

刀片式服务器是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的，其中每一块“刀片”实际上就是一块系统母板，类似于一个个独立的服务
器。在这种模式下，每一个母板运行自己的系统，服务于指定的不同用户群，相互之间没有关联。不过可以使用系统软件将这些母板集合成一
个服务器集群。在集群模式下，所有的母板可以连接起来提供高速的网络环境，可以共享资源，为相同的用户群服务。当前市场上的刀片式服
务器有两大类：一类主要为电信行业设计，接口标准和尺寸规格符合PICMG（PCI Industrial Computer Manufacturers Group）1.x或2.x，未
来还将推出符合PICMG 3.x 的产品，采用相同标准的不同厂商的刀片和机柜在理论上可以互相兼容；另一类为通用计算设计，接口上可能采用
了上述标准或厂商标准，但尺寸规格是厂商自定，注重性能价格比，目前属于这一类的产品居多。刀片式服务器目前最适合群集计算和IxP提供
互联网服务。

（1）IBM eServer BladeCenter HS20

IBM eServer BladeCenter HS20服务器采用双路2.8GHz（最高可达3.2GHz）的Intel Xeon处理器，内置4个内存插槽，标准配备512MB DDR内存，
最大可支持到8GB的内存容量，存储则可采用双IDE硬盘、双SCSI硬盘或外接光纤存储的方式。

前不久，IBM又推出了支持EM64T的BladeCenter HS20服务器（新至强处理器主频范围从2.8GHz到3.6GHz，800MHz前端总线）。更新后的
BladeCenter HS20服务器添加了两个小型内部SCSI驱动器，与之前的IDE驱动器相比，速度提高了85%，容量增大了83%。BladeCenter机箱能够
容纳 14个SCSI标准的刀片服务器，系统密度远超市场同类竞争产品；而且，客户可以对连接到SAN网络中并运行高可用性应用的每个刀片服务
器，进行操作系统层面上的镜像操作。

在灵活性方面，更新后的BladeCenter HS20服务器允许客户在增加两个可热插拔SCSI磁盘驱动器的同时，将每个刀片服务器上的以太网或光纤
通道端口连接数扩展到两倍。IBM还推出了首款电源管理软件PowerExecutive，作为BladeCenter管理模块的组成部分，PowerExecutive能够帮
助客户更好地管理刀片服务器的功耗问题，减少电源基础结构的要求。

（2）惠普 ProLiant BL30p

HP 的 ProLiant BL30p 刀片式服务器，为客户提供模块化、节省空间的刀片式设计、DP Xeon 计算能力和卓越的可管理性，可以在10.5英寸
（6U）高的机箱中插入16片刀片式服务器。

ProLiant BL30p 是 BL 系列的经典产品，令客户可从 ProLiant BL p-Class 机架集中式电源子系统和网络互连选件中获得额外收益。采用高
达 2 个 Xeon 3.2GHz 处理器，支持 4GB DDR 内存并具备可选光纤通道连接。在单个 42U 机架中可容纳高达96台具备双处理器功能的刀片
式服务器。ProLiant BL30p 专为高性能计算和环境实现最大密度和可管理性而设计，从而优化外置存储设备。

作为业界最高密度的双路刀片服务器，HP ProLiant BL30p通过在每个机架上提供了更强的处理能力，为大型商业用户提供了更高的竞争力。
基于英特尔至强处理器的HP ProLiant BL30p相较于传统的1U（1.75英寸）架构，节约占地面积最高可达67%，降低布线成本最高可达96%。

（3）戴尔 PowerEdge 1855

双处理核心PowerEdge 1855的设计理念是在单位面积内堆积更多的计算能力，更大幅度的降低成本，最终让刀片式服务器更加合算。该刀片式
服务器比1U服务器耗能更低，产热更少，需要的空气调节装置更少，功效更高。同时该刀片的设计减少了光缆数量和公司存放服务器的空间大
小。

与戴尔的其他服务器产品一样，该刀片采用相同的管理软件Dell OpenManage，这样就避免了让IT人员学习操作新的软件包。同时戴尔也从微软
获得了帮助。本周一微软声称将把Dell OpenManage 4整合到自己的微软系统管理服务器2003中，这样戴尔服务器用户就可以使用单一软件工具
来管理硬件和软件。戴尔用户可以在2005年免费下载戴尔服务器升级所需的SMS 2003硬件清查工具，同时，用户在购买微软SMS 2003时，也可
以获得这款工具软件。

戴尔将为用户提供有关新刀片的相关服务，比如安装机器和软件。这种刀片能配置双英特尔Xeon EM64T 处理器，16GB的DDR2内存和双硬盘。
PowerEdge 1855的刀片式架构能够在标准机架的7U机箱内支持多达10台服务器，适合于数据中心空间狭小、散热条件有限，却需要部署大规模
Web服务器群组、应用服务器和高性能计算群集的企业机构，或作为面向客户商业应用的集中平台。

（4）Sun Fire B200x

Sun Fire B200x 刀片式服务器支持两个Intel　Xeon处理器，安装在 Sun Fire B1600 Blade 系统底盘上。作为 Sun Fire B1600 刀片式平台
的一部分，它与 Sun Fire B100s SPARC 刀片式服务器、Sun Fire B100x 单处理器 x86 刀片式服务器、Sun Fire B10n 内容负载平衡刀片、
Sun Fire B10p SSL 代理刀片及其它即将推出的计算和专业网络刀片式服务器一起运行。 Sun Fire B1600 刀片式系统底盘提供集成的千兆位
以太网交换机结构和任意冗余组件，其服务器密度是典型单处理器 1U 服务器的 5 倍。 Sun Fire B1600 刀片式平台针对吞吐量计算而设计，
非常适用于横向伸缩的应用程序。它使您可以适应增长，更有效地利用计算资源，通过缩短部署周期来减少进入市场时间，增强服务可用性，
并降低运营成本。

Sun Fire B1600 刀片式系统底盘是 16 插槽 3U 底盘，可安装两个集成的千兆位以太网交换机、两个系统控制器和两个电源。这种智能架可靠
性高，其服务器密度为典型的单处理器 1U 服务器的五倍。横向可伸缩的 Sun Fire B1600 刀片式平台针对吞吐量计算而设计，使您可以适应
增长，更有效地利用计算资源，通过缩短部署周期而缩短进入市场时间，增强服务可用性，并且降低运营成本。

（5）长城擎天B9000系列

国内服务器厂商在刀片领域的跋涉，在长城发布其基于万兆级联技术、采用模块化设计理念、双路高密度的擎天B9000系列刀片服务器后，进入
了一个崭新的阶段。B9000系列刀片式服务器设计上结合用户应用需求，采用工业级CPCI结构、模块化标准设计，可以显著降低用户总拥有成本
（TCO）。

据长城介绍，此次推出的擎天B9000系列刀片服务器具有高性能、高可靠性、高安全性等优势。在紧凑的空间容纳更多的服务器，长城擎天
B9000在4U的空间内，最多可部署10片双路刀片式服务器（可扩展到20颗CPU）。擎天B9000采用Intel新至强Nocona处理器，支持 800MHz 前端
总线，具有1M 二级缓存，支持64位应用，单个刀片可扩展至双CPU设计，为企业完成业务计算提供强劲的动力。另外，该产品还采用了万兆系
统级联技术，在实现刀片服务器集群方案时，可达到万兆的系统间交换速度，并可以内置KVM模块，方便构建由多个“刀片”组合的集群系统。
该产品创新采用了工业级CPCI结构，能够扩展通用PCI卡，可以按需扩展光纤HBA卡、InfiniBand、Myrinet卡等，让用户在选择配置时更灵活自
由。

散热方面，长城刀片式服务器采用主从结合的散热模式（2个CPU散热和3＋1个系统散热模块）保证系统运行更稳定高效。冷却风扇支持热插拔
冗余，使管理员可以在不停机的情况下轻松维护和更换故障风扇，大大增强了系统的可靠性。

（6）宝德 Powtel 9000R

宝德服务器Powtel 9000R在7U的高度内支持14个双路服务器刀片，每个刀片支持双路Intel Xeon DP处理器，总共28颗Xeon处理器。或者7个4
路服务器刀片，每个刀片支持4路Intel Xeon MP处理器。相对普通1U服务器而言，空间节省1倍。同时刀片式模块化设计极大节俭了线缆连接。
Powtel 9000R中的每一个服务器刀片都拥有自身的处理器，内存和本地存储设备，可以独立运行各自应用，并共享网络出口与外界进行沟通。
每个刀片支持2路Xeon DP或者4路Xeon MP处理器，支持最大4GB/8GB的ECC DDR Registered内存。Powtel 9000R各部件采用了模块化设计，无
需工具就可以很方便的更换各模块。刀片连接背板，电源，风扇，网络交换模块，光纤交换模块等部件采用了完全冗余设计，有效避免部件故
障导致的服务器当机情况的发生。同时Powertel 9000R提供全面详细的远程管理功能，服务器管理员可以远程通过网络获知服务器各构件的健
康状态。

宝德Powtel 9000R的刀片服务器共享电源，散热，网络交换模块，光纤交换模块等资源，有效降低了硬件成本，可以通过Intel Deployment
Manager快速的在各个服务器刀片上安装操作系统及应用软件，大大提高了服务器部署的效率。

（7）方正圆明BS114

方正基于IA架构的方正圆明BS114刀片式服务器在仅只7U的机体内最大可以集成14个刀片服务器，在24.5mm（高）*44.6mm（深）*2.9mm（宽）
的计算刀片内，可以支持两颗英特尔至强处理器，最大支持8GB ECC Registered DDR内存和两个IDE硬盘，还可以扩充两个Ultra320 SCSI硬盘。

方正圆明BS114刀片式服务器采用了模块化设计，所有板卡和模块之间采用插合式连接，真正实现了无连线设计。而且方正圆明BS114刀片式服
务器还集成了千兆网络交换机、散热系统和管理模块，这些全面的功能帮助数据中心建立更加简单、更具有扩展能力、具备更低TCO的IT新基础
架构。

方正圆明BS114刀片式服务器在高性能计算市场对比成本要比超级计算机更具优势，在天气预报建模、数据采集、数据仿真、数字影像设计、
空气动力学建模、生物与生命科学等科学技术研究领域也能得到更加广泛的应用。

五、如何购买刀片服务器

05年是刀片服务器发展历史上的一个分水岭。之所以这么说，除了开始见到比较多的大规模采购刀片的案例外，另一个重要的特征，就是
国内服务器厂商也开始积极进入刀片市场，曙光、浪潮、方正、长城、联想等，都推出了刀片产品。分水岭的另外一个特征，就是处理器厂商
的阵营在扩大。Intel一直是刀片服务器的热情推崇者，而AMD则比较低调。而从今年一开春，AMD就显示了进×××片市场的强烈愿望，不仅在处
理器上进行优化以更好地支持刀片整机，另外还加强了与服务器原厂商的交流力度，这招很有效果，HP和Sun已经推出了AMD架构的多款刀片，
而IBM也已经展示了实验室样机。AMD在中国市场最紧密的搭档曙光也展示了刀片样机。

另外一个值得关注的动向，是IBM在紧锣密鼓地推基于其Power架构的刀片服务器，对于传统上大量使用Unix服务器的企业来说，拥有Unix的系
统稳定性及可靠性同时又支持Linux的Power架构刀片可以作为未来的考虑方案。准备在刀片市场加大力度的还有Sun和Dell以及国内厂商如长城
、宝德等。我们也看到有更多的网络厂商站出来支持刀片，与服务器厂商合作将更多的交换模块、网络连接模块等集成到刀片机箱中。而诸如
Critix等软件厂商也都在积极开发适合刀片的软件工具，以便用户能够更加方便地管理刀片。可以推想，到05年下半年的时候，可以选择的刀
片服务器品牌和配置都将增加不少，另外随着更多处理器厂商的参与、更多整机厂商的参与，相信刀片服务器的价格也将趋于更加合理。

与04年相比，05年在谈论刀片话题的时候，一个新的热点是刀片的管理问题。刀片先驱RLX放弃硬件业务转而专注于刀片管理软件的开发，就是
一个很好的例子。随着越来越多的企业将刀片用于运行数据库及ERP等关键业务，刀片的管理问题日益突出，随之而来的就是越来越的厂商将关
注这一热点并推出越来越丰富的工具，这无疑将促进刀片的进一步发展。

一直以来，业界有一种共识，那就是只有诸如电信、银行等拥有大量服务器的行业以及诸如石油、地质勘探等需要大规模并行集群计算环境的
行业，刀片服务器才是必要的，因为这些行业中的企业，一般的服务器拥有量非常庞大，带来了越来越难以应付的管理问题，并且所占据的空
间也越来越成为令这些企业头疼的问题，而刀片服务器的集成特性可以在一定程度上缩减服务器的规模，从而减少占地空间，并且带来管理上
的便利性。

但实际上，现在业界对刀片服务器又有了新的认识。HP、IBM等厂商都在大力推广适合中小企业使用的刀片服务器，他们的一个统一认识是，对
于服务器使用量在10台以上的中小企业用户，实际上刀片也是非常划算的选择。例如把企业原来的10台服务器整合到一个7U高的刀片机架里面，
它所带给的好处，与带来大型数据中心的好处是一样的。而我们认为，如果市场上可供选择的产品足够丰富，计算规模在10台以上的服务器用
户，的确可以考虑刀片。当然，如果企业的服务器规模比较小，只有三五台，就没有必要选购刀片服务器，因为从价格的角度去考虑的话，刀
片本身再加上机箱、电源等就不划算了。如果拿同等配置的机架服务器与刀片服务器相比，刀片的价格大概要贵一点，但是不要忘记，刀片机
箱是另外一个大的支出项目，另外还有电源等也必须考虑在内。还应该考虑的成本之一，是功耗问题。由于计算密度大大增加，所以刀片服务
器需要耗费更多的能源，早期的刀片用户经常面临由于使用过度电源系统崩溃的尴尬，现在功耗仍然是一项大的支出。

刀片的革命性绝不在于它将服务器变得更薄，而在于它可以将更多的网络设备和存储设备集成到了一个7U高的机箱里，更多的系统共用空间、
电源、冷却系统等。但是，刀片依然存在功耗、网络连接性、业界统一标准等问题，所以企业在选购刀片服务器的时候，还是要谨慎一些在选
购时要格外注意一些事项——

● 冗余的问题诸如光纤交换机、千兆以太网交换机、风扇、KVM、电源等都应该是双冗余设计，以保证刀片的可靠、稳定，并且在出现问题的
时候能够实现不停机恢复故障。

● 降温散热由于被集成到一个机箱中的服务器密度大大增加了，所以与传统服务器相比，刀片的散热和功耗一直是个大问题。目前，虽然各
个厂商不断提升这方面的技术，但是这两个问题仍然是影响刀片稳定性的两个重要因素，所以要格外关注。

● 管理工具目前大多数的厂商都会随刀片系统提供补丁管理、软件分发、配置及服务等软件工具，不过用户还应该考虑基于业务的工作负载
均衡和电源管理等方面的管理软件。另外，在选购时要注意厂商的管理软件是否能兼容现有的操作系统，因为有一些厂商提供的最新的管理工
具可能不兼容一些版本较老但用户还在使用的操作系统。

用户向厂商询问的问题：

·刀片携带的管理工具有哪些？
· 配套网络设备是否为市场主流？
·散热的主要技术是什么？
·刀片的功耗如何？
·处理器能否平滑升级至双核？
·是否能够以堆叠方式直接扩容，如从2路直接扩展为4路？