【IT168 专稿】机群架构是目前服务器领域的最重要体系结构。将标准服务器通过网络以松散耦合的方式集中在一起，统一运行、监控管理和维护就是我们所说的机群系统。它保持了分布式客户机/服务器（C/S）模式的开发性、可扩展性的优点，同时又具备了终端/主机模式的资源共享和集中易于管理的优点。相对集中的机群系统，采用标准部件，大大降低了系统的成本；而且还提供了和大型服务器系统的服务能力。也就是讲可以用比原来相对较低的费用来获得高性能的服务，具有很高的性能价格比。

    但是随着机群计算结点数目的日益增加，从原来的几十个计算结点，到现在的成百上千个结点，甚至到不远的将来上万个计算结点，传统机架式机群系统的不足就日趋明显。

    第一、受机柜高度和传统1U机箱的限制，计算密度比较疏松，而且密度无法突破；

    第二、安装维护工作量和成本过大；

    第三、对于大规模机群，功耗日趋成为瓶颈；

    第四、智能而有效的管理监控，成为大规模机群系统新的挑战。

    所有这些问题都会导致数据中心的整体拥有成本的增加（TCO），这对于长期运营的数据中心而言，是最不想看到的。

刀片式服务器机群系统

    针对上述问题，工业界提出了刀片服务器的解决方案。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，少量的本地磁盘存储，并提供外部存储访问的途径。每个刀片服务器都有其自己的操作系统，因此管理员可以为不同的应用或终端用户分配单独的刀片服务器，并且刀片服务器的插入或移去（热插拔）不影响其它刀片服务器的运行。如果将多个刀片服务器插入一个共享机箱中，那么该机架或机柜的基础设施就能够共用，例如电源、冷却设备、网络交换机和硬布线等，同时具有冗余特性。

    但刀片服务器从计算机体系结构上看是一种Cluster结构。从传统机群节点的耦合程度来看，它是从松散的传统Cluster耦合到密集紧耦合的MPP或SMP的一个中间过渡，使对功能和成本的又一次权衡；是高性能计算机历史，从合到分，再从分到合的又一次演进，否定到否定的又一次发展。

刀片式服务器的五大优势

    那么，刀片是凭借什么样的优势可以取代传统的机架式机群系统呢？笔者总结了五点：

1. 单个刀片体积减小，计算密度大幅度提升。

    这是刀片服务器一个核心优势。刀片服务器的发展基本思想是保证一定性能的前提下，尽可能减少服务器的体积，只保留一些基本的组件，如保留CPU、内存、少量本地存储和网络互联等，取消CD-ROM、软驱、图形处理器和键盘，并且由一个单独封装的装置来提供电源和散热功能。资料显示，将1U机架优化服务器系统移植到刀片服务器上，所占用的空间只是原来的1/3～1/2。这样达到的效果就是单片刀片的体积小了，从而有利于提高多个刀片服务器的集成度。

    比如在传统的标准42U机架式服务器中，1U服务器一般有2路CPU，那么1个42U的机柜最终的CPU是42×2=84个。而对于目前的IBM的HS20结构的刀片服务器，7U的机箱中可以放置14个刀片，每个刀片可以放置2个CPU，所以1个42U的机柜最终可以放置的CPU是6×14×2=168个。比原来的普通1U服务器计算能力的集成度整整提高了一倍。这对于计算密集型数据中心，特别是对空间要求比较苛刻的数据中心，这无疑不是一个及提高性能有又能节省大量地皮成本的好的选择。

图1 集成度对比图

2. 安装维护过程大大简化。

    由于所有刀片服务器通过背板实现互联，而背板在与网络交换模块，存储交换模块以及监控管理模块互联，而这些互联完全是通过PCB布线完成的。这样做的至少有四点：

    1、大量节省电缆线的成本；

    2、对于安装过程而言，可以节省了传统机架式服务器的外部多如牛毛的布线工作，节省大量工作时间，降低安装成本；

    3、有效的降低系统由于接入问题（虚接、错节）而引起的不稳定性因素，从而提高系统的稳定性与可靠性；

    4、对于更换节点的维护工作而言，比传统的方便了许多。更换工作只是把旧刀片从机箱中拔出来，插入新刀片，就像更换热插拔硬盘一样方便，而不用考虑网络与光纤的再连接，对于传统的机架式服务器而言这也是一个比较繁琐的工作。通过下图的对比，我们可以直观的看出，安装过程的简化。

图2 传统机架式服务器和刀片式服务器系统安装电缆线对比图

    此外根据Intel测试小组提供的数据，安装14个刀片，包括外部网路和存储交换部件，共需要2.5个小时。而安装同样数目地机架式服务器和互联部件需要10个小时。是刀片用时的4倍！这样就可以大大降低服务器系统集成商和数据中心的维护人员工作量，从而进一步降低安装和维护的成本。

3. 低功耗。

    由于每个单独的刀片服务器没有自己的供电电源，而采用统一的电源模块供电，提高了电源利用率；此外还由于在刀片设计时考虑对功耗问题的优化，使得刀片服务器在低功耗有着明显的优势。对于数据中心，特别是经过长期运营之后，可以节省大量的运营成本。特别针对目前中国的国情而言，剩电节能非常符合当前的形势。

4.管理监控高度集成。

    通过统一的监控界面，监控所有刀片资源。包括机箱电源、风扇、计算刀片、背板、交换机。对于主流的刀片系统而言，整合目前两大监控技术IPMI、KVM (Over IP optional)于一身，真正实现监视控制一体化。

5.刀片应用的虚拟化。

    因为刀片完全采用同构架构，并且由集中统一的管理模块，所以比较容易实现虚拟化应用。虚拟化能够根据每个应用的服务目标和优先级来动态增长或减少每个应用所需要的资源配置，大大改善运营商IT架构的业务灵活性和适应性。虚拟化解决方案能够帮助提高硬件系统利用率，因此同样计算能力的解决方案需要更少的刀片服务器，移植到更高规格的刀片服务器，节省设备、功耗和散热需求，同时节省服务器支持和维护成本。通过虚拟化解决方案，可以实现服务器即时配置，更少的宕机维护时间，动态调配资源，应用移植到不同硬件平台也无需重新安装。

    总之，刀片服务器能够提高服务器的密度，改善可管理性，降低功率消耗，增强部署和可服务性，所有这些都将降低总的所有权成本。而这也就为刀片式服务器取代传统机架式机群系统奠定了技术上的基础。