x86服务器硬件架构及原理

x86服务器使用CISC架构的处理器，类似于人们触摸的台式笔记本电脑。随着英特尔Xeon处理器的不断改进，有传言称x86服务器将占领小型计算机市场。

X86是一种基于CISC(复杂指令集)体系结构的处理器。大多数CPU制造商(如Amd，Intel)生产这种处理器。与具有精简指令结构计算机(RISC)体系结构的PowerPC(如苹果计算机)不同，CISC处理器按顺序执行程序指令，并按顺序执行每个指令中的操作。

顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢，RISC结构相对简单。它只需要硬件来执行有限数量的最常用指令。大多数复杂的操作使用复杂的编译器技术，由简单的指令组成。它主要用于高端服务器，特别是使用RISC指令系统CPU的高端服务器。

初始阶段的网站架构

大型网站都是从小型网站发展而来，网站架构也是一样，是从小型网站架构逐步演化而来，小型网站最开始没有太多人访问，只需要一台服务器就绰绰有余，这时的网站架构如图。

应用程序，数据库，文件等所有的资源都在一台服务器上。通常服务器操作系统使用Linux，应用程序使用PHP开发，然后部署在Apache上，数据库使用MySql，汇集各种开源软件及一台廉价服务器就可以开始网站的发展之路了。

应用服务和数据服务分离

随着网站业务的发展，一台服务器逐渐不能满足需求：越来越多的用户访问导致性能越来越差，越来越多的数据导致存储空间不足，这时就需要将应用和数据分离，应用和数据分离后整个网站使用三台服务器：应用服务器，文件服务器和数据库服务器，如下图所示，这三台服务器对硬件资源的要求各不相同，应用服务器需要处理大量的业务逻辑，因此需要更快更强大的CPU,数据库服务器需要快速磁盘检索和数据缓存，因此需要更快的硬盘和更大的内存，文件服务器需要储存大量用户上传的文件，因此需要更大的硬盘。

应用和数据分离后，不同特性的服务器承担不同的服务角色，网站的并发处理能力和数据存储空间得到了很大改善，支持网站业务进一步发展，但是随着用户逐渐增多，网站又一次面临挑战：数据库压力太大导致访问延迟，进而影响整个网站的性能，用户体验受到影响，这时需要对网站架构进一步优化。

使用缓存改善网站性能

网站访问特点和现实世界的财富分配一样遵循二八定律：80%的业务访问集中在20%的数据上。淘宝买家浏览的商品集中在少部分成交数多、评价良好的商品上；百度搜索关键词集中在少部分热门词汇上；经常登录的用户才会发微博、看微博，而这部分用户也只占总用户数目的一小部分。

既然大部分的业务访问集中在，那么如果把这一小部分数据缓存在内存中，就可以减少数据库的访问压力。网站使用的缓存分为两种：缓存在应用服务器上的本地缓存和缓存在专门的分布式缓存服务器上的远程缓存。本地缓存的访问速度更快一些，但是受应用服务器内存限制，其缓存数量有限，而且会出现和应用程序争用内存的情况。远程分布式可以使用集群的方式，部署大内存的服务器作为专门的缓存服务器，可以在理论上做到不受内存容量限制的缓存服务。

使用缓存后，数据访问压力得到有效缓解，但是单一应用服务器能够处理的请求连接有限，在网站的访问高峰期，应用服务器会成为整个网站的瓶颈。

使用应用服务器集群改善网站的并发处理能力

使用集群是网站解决高并发，海量问题的常用手段，当一台服务器的处理能力、储存空间不足时，不要企图去换更强大的服务器，对大型网站而言，不管多么强大的服务器，都满足不了网站持续增长的业务需求，这种情况下，更恰当的做法是增加一台服务器分担原有服务器的访问及存储压力。

对网站而言，只要能通过一台服务器的方式改善负载压力，就可以以同样的方式持续增加服务器不断改善系统性能，从而实现系统的可伸缩性，应用服务器实现集群是网站可伸缩集群架构设计中较为简单成熟的一种。如下图所示。

通过负载均衡调度服务器，可将来自用户浏览器的请求分发到应用服务器集群中的任何一台服务器上，如果有更多的用户，就在集群中加入更多的应用服务器，使应用服务器的负载压力不在成为网站的瓶颈。

数据库读写分离

网站使用缓存后，大部分数据操作访问都可以不通过数据库就能完成，但是仍有一部分读操作，(缓存访问不命中、缓存过期)和全部的写操作，需要访问数据库，在网站的用户达到一定规模后，数据库因为负载压力过高而成为网站的瓶颈。

目前大部分的主流数据库都提供主从热备功能，通过配置两台数据库主从关系，可以将一台数据库服务器的数据更新同步到另一台服务器上。网站利用数据库的这一功能，实现数据库读写分离，从而改善数据库负载压力。

应用服务器在写数据的时候，访问主数据库，主数据库通过主从复制机制将数据更新同步到从数据库，这样当应用服务器读数据的时候，就可以通过从数据库或得数据。为了便于应用程序访问读写分离后的数据库，通常在应用服务器端使用专门的数据访问模块，使数据库读写分离时对应用透明。

使用反向代理和CDN加速网站响应

CDN和反向代理的基本原理都是缓存，区别在于CDN部署在网络提供商的机房，是用户在请求网站服务时，可以从距离自己最近的网路提供商机房获取数据；而反向代理则部署在网站的中心机房，当用户请求到达中心机房后，首先访问的服务器是反向代理服务器，如果反向代理服务器中缓存着用户请求的资源，就将其直接给用户。

使用分布式文件系统和分布式数据库系统

分布式数据库是网站数据库拆分的最后手段，只有在单表数据规模非常庞大的时候才使用，不到万不得以时，网站更常用的数据库拆分手段是业务分库，将不同业务的数据库部署在不同的物理服务器上。

使用NOSQL和搜索引擎

对于海量数据的查询，我们使用nosql数据库加上搜索引擎可以达到更好的性能。并不是所有的数据都要放在关系型数据中。常用的NOSQL有mongodb和redis，搜索引擎有lucene。

业务拆分

随着业务进一步扩展，应用程序变得非常臃肿，这时我们需要将应用程序进行业务拆分，如百度分为新闻、网页、等业务。每个业务应用负责相对独立的业务运作。业务之间通过消息进行通信或者同享数据库来实现

分布式服务

这时我们发现各个业务应用都会使用到一些基本的业务服务，例如用户服务、订单服务、支付服务、安全服务，这些服务是支撑各业务应用的基本要素。我们将这些服务抽取出来利用分部式服务框架搭建分布式服务。淘宝的Dubbo是一个不错的选择

云服务器是基于规模化的物理服务器集群，每个集群节点被部署在骨干数据中心，可独立提供计算、存储、带宽等互联网基础设施服务。

小鸟云服务器配备纯SSD架构打造的高性能存储，提供优质、高效、弹性伸缩的云计算服务。同时可弹性扩展的资源用量，最大程度的节省IT运营成本，提高资源的有效利用率。

云服务器的物理架构，由存储服务器集群、计算服务器集群、基础架构管理服务器和网络交换机组成。其中，存储服务器集群构建虚拟资源池，具备超大容量，为节点内的云虚拟机提供逻辑磁盘存储、非结构数据存储以及整合备份服务;计算服务器集群，通过虚拟化技术整合，由控制平台按需生成、调配计算资源;管理服务器，采取双机热备的方式，对整个节点的所有计算服务器、共享存储、网络进行管理，同时对外提供管理整个节点的API;网络交换机，负责管理网段、公网交换网段、内部交换网段、存储网段等。

所谓服务器架构，也就是如何将服务器各部分合理地安排，以实现最初的功能需求。所以，架构本无所谓正确与错误；当然，优秀的架构更有助于系统的搭建，对系统的可扩展性及可维护性也有更大的帮助。 

服务器架构优化

1、一台“全能”的服务器

把应用系统网站、数据库、文件系统等都在一台服务器下，这样形成了最初级的服务器，一般是非常简单的应用，使用的用户量相当有限。一些企业的门户网站或刚上线使用的系统会采用这样的方式进行部署。

2、系统网站、数据库和文件系统不同的服务器进行部署

这个有先考虑的是把数据库和系统网站分离出来部署到不同的服务器。很多的系统网站很长一段时间都是把系统网站和文件服务器放在一起，把数据库分离出去后发现网站的性能没有多大的提升时，才考虑把文件系统从系统站点分离出去，减少读取文件带来了网络开销和IO读取。在配置服务是需要根据服务器所承载的职责用途分配不同性能的硬件设备，如文件服务器更需要考虑的是硬盘。