关于刀片服务器

U是一个高度单位1U是455厘米

所谓刀片服务器是指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，实现高可用和高密度。每一块"刀片"实际上就是一块系统主板。它们可以通过"板载"硬盘启动自己的操作系统，如Windows NT/2000、Linux等，类似于一个个独立的服务器，在这种模式下，每一块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，管理员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，并同时共享资源，为相同的用户群服务。在集群中插入新的

"刀片"，就可以提高整体性能。而由于每块"刀片"都是热插拔的，所以，系统可以轻松地进行替换，并且将维护时间减少到最小。

这些刀片服务器在设计之初都具有低功耗、空间小、单机售价低等特点，同时它还继承发扬了传统服务器的一些技术指标，比如把热插拔和冗余运用到刀片服务器之中，这些设计满足了密集计算环境对服务器性能的需求；有的还通过内置的负载均衡技术，有效地提高了服务器的稳定性和核心网络性能。而从外表看，与传统的机架/塔式服务器相比，刀片服务器能够最大限度地节约服务器的使用空间和费用，并为用户提供灵活、便捷的扩展升级手段。

刀片服务器的特点

刀片服务器公认的特点有两个，一是克服了芯片服务器集群的缺点，被成为集群的终结者；另一个是实现了机柜优化。

集群终结者

众所周知，作为一种负载均衡技术，服务器集群已经在有效提高系统的稳定性和核心网络服务的性能方面被广泛采用，在集群系统中，若要提供更高端的运算和服务性能，只需增加更多的单元就可以获得更高的性能。更为重要的是，服务器集群还可以为任何一台单独的服务器提供冗余和容错功能。

目前IT行业正在大力发展适应宽带网络、功能强大可靠的计算机。在过去的几年里，宽带技术极大地丰富了信息高速公路的传输内容。服务器集群和RAID技术的诞生为计算机和数据池的互联网应用提供了一个新的解决方案，而其成本却远远低于传统的高端专用服务器和大型机。但是，服务器集群的集成能力低，管理这样的集群使很多管理员非常头疼。尤其是集群扩展的需求越来越大，维护这些服务器的工作量简直不可想像，包括服务器之间的内部连接和摆放空间的要求。这些物理因素都限制了集群的扩展。刀片服务器的出现适时地解决了这些问题。在集群模式下，刀片服务器所有的主板可以连接起来提供高速的网络环境，共享资源。同时每个刀片都可内置监视器和管理工具软件， 配置一台高密度服务器就可以解决一台到一百台服务器的管理问题，如果需要增加或者删除集群中的服务器，只要插入或拔出一块板即可，将维护时间减少到最小。就这个意义上来说，Blade Server从根本上克服了服务器集群的缺点。

实现机柜优化

从某一角度而言，刀片服务器实现了机柜优化的自然飞跃。刀片服务器将机柜式服务器所占用的空间密度再一次提高了50%。资料显示，在机柜系统配置好的前提下，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。而在一个标准的机柜式环境里，刀片服务器的处理密度要提高四到五倍。比如在处理1024节点的高密度计算服务器环境里，1U配置需要24个机柜，其中不包括以太网交换集线器所占用的机柜空间，而采用插有8个"刀片"的刀片服务器，只需要9个机柜，却包括了以太网交换机的空间。在相同的面积内，数据中心可以通过部署刀片服务器获得8倍于机架式服务器的服务器租赁收益。

另外，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。在IT人员日益匮乏的今天，采用刀片服务器的企业可以减少雇佣工资高昂的服务器管理和维护人员，从而降低维护费用。还有，刀片服务器的低功耗设计也会显著减少能耗，节约能源的同时减少了费用。

作为一种新兴的服务器产品，读者可能还缺乏对它的直观认识。每台刀片服务器一般由机柜和刀片组成，因此刀片服务器的标识由机柜的型号和刀片的型号共同构成，而不像以往的服务器那样由一个单一的服务器型号所代表。刀片通过机柜背板上的CompacPCI接口与之相连接。服务器机柜一般可以容纳8片至数十片刀片。刀片以服务器刀片为主，而每个服务器刀片都是一个功能完整的服务器。

在此，我们以一款常见的一种刀片服务器向大家介绍一下，以了解其基本构成。

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。

目前最为常见的服务器刀片一般采用1颗为的Intel Pentium Ⅲ处理器，并采用ServerWorks LC-E芯片组、Intel 815芯片组、Via Pro266芯片组，支持的内存容量和类型由芯片组决定，内存类型一般为具有ECC功能的SDRAM或DDR。由于刀片服务器的散热问题较为严重，在设计中也有厂商采用了低功耗的Transmeta 5600处理器。目前，HP、Sun也正致力于把它们的RISC处理器制作成服务器刀片，只是尚未面世。

除连接机柜背板的接口外，服务器刀片上一般还具有一个PMC扩展接口，可以连接PMC接口的扩展卡，如SCSI卡、光纤存储卡等，其功能相当于PCI扩展槽，只是相应接口的扩展卡价格略贵。 服务器刀片采用与笔记本电脑相同规格的65mm(25英寸)硬盘，一般只安装操作系统和简单的应用软件，性能较低。

网络刀片

网络刀片的功能相当于局域网交换机，从而提供良好的网络监控和管理功能。网络刀片普遍提供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。通过集成这种总线，刀片服务器系统可以很好地集成IP业务和语音业务，提供各种不同的电信增值服务。

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(35英寸)硬盘，接口类型有IDE、SCSI和光纤通道(Fiber Channel)接口。

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。管理刀片往往通过服务器刀片上集成的监控管理芯片进行1台或多台刀片服务器的集中监控和管理。管理刀片向服务器机柜内的其他刀片提供必要的配置信息，并在某些刀片发生故障时接收报警信息，并向监控程序发出报警。

CompactPCI ：刀片服务器的标准

CompactPCI开放式标准架构很好地平衡了业界标准，包括硬件、操作系统、应用开发工具、能快速有效开发高利润的电信增值服务，同时使传统上以专有软硬件架构为主的电信建设转型，能享受开放系统带来成本大幅降低及大众化业界标准操作系统的好处。这一转变让设备及服务供应商找到了数以百万计的开发者，并开始采用具高可靠性、高扩展性和高性能的CompactPCI宽频通讯平台。

CompactPCI总线标准是建立刀片服务器的基础。它是惟一的标准，同时也是标准纷争的起源。CompactPCI目前有2个主要的版本，即 10版和20版，它们在接口定义的完善程度上不尽相同。早期的刀片服务器全部采用CompactPCI 10的标准，背板带宽也限定在32位PCI之内，这些产品属于第一代刀片服务器。2002年最新推出的刀片服务器部分采用CompactPCI 20标准，背板支持64位PCI通信，称之为第二代刀片服务器。由于标准的版本不同，两代刀片服务器之间不能完全兼容。

目前为止，只有HP一家声称完全按照CompactPCI标准设计刀片服务器，而其他服务器厂商只是在总线和接口标准方面遵循CompactPCI，在刀片的尺寸上没有完全按照该标准去执行。

应用模式指南

刀片服务器的应用很广泛，尤其是对于计算密集型应用，比如天气预报建模、数据采集、数据仿真、数字影象设计、空气动力学建模等等。而对于行业应用，如电信、金融、 IDC/ASP/ISP应用、移动电话基站、视频点播、Web主机操作及实验室系统等，刀片服务器依然能大显身手。刀片服务器的出现使其在2001年底的服务器市场上占据一块相对于机架式服务器来说不算小的市场份额。而随着2002年技术的发展尤其是InfiniBand技术开始扮演重要角色，刀片服务器将逐渐成为主流服务器并占据较大的市场份额。

刀片服务器的使用范围相当广泛。下面我们列出两个典型的应用模式进行简单的介绍。

应用模式1：网站Web服务器

这种方式可充分发挥刀片服务器密度高、可群集以及可远程管理的优势。网站可以用刀片服务器组成高密度的群集，用来实现高访问量的Web服务器，后端再连接中高端的服务器或群集系统作为数据库服务器。存储服务提供商可以采用同样的前端方案，后端配合NAS设备来提供存储服务。与普通机架服务器相比，刀片服务器在这类应用中的优势在于占用机位少，可有效节省托管费用。

应用模式2：中小企业网络服务器

当前的企业网络需求是多方面的，需要类型多样的服务，其中有些服务可以安装在一台机器上，而有些则需要使用至少一台备份机器或者群集。与之相对应，任何一个刀片系统既可以独立运行，也可以与其他服务器组成群集或互为备份。根据企业的实际需要进行搭配。这种方式可充分发挥刀片服务器易管理、配置灵活和可扩展性好的优势。 使用刀片服务器进行群集并与存域网相结合，这可以胜任大数据量吞吐的数据库并行处理。对于企业来说，这种高密度不仅节约了宝贵的机柜空间，还节约了布线成本，并可节电，从而降低对UPS的要求。

在用数据中心时代，采用机架服务器进行应用软件整合、虚拟化与采用刀片服务器处理，孰优孰劣？

为了弄清楚刀片服务器和机架服务器各自的优点和缺点，我们采用了IBM公司的两种处于相同技术水平的服务器系列――HS21和HS21 XM 刀片服务器，以及X3550和X3650机架服务器，我们将测试重点放在两类服务器的绩效水平、动力消耗以及易处理性这几个指标上。因为不同厂商的刀片服务器产品功能接近，我们认为这一测试结果也可推及其他刀片供应商，如戴尔、惠普等，尽管只用一个供应商的产品进行测试代表性可能不够强。

我们发现，刀片服务器减少了硬件组件的电力消耗，但却并未完全消除――这是总体使用成本（TCO）的决定性因素。相同性能的IBM刀片服务器和机架服务器相比，刀片服务器能效更高，并且更容易使用。当只购买一台或两台服务器时，机架服务器比刀片服务器更便宜。从另一个角度说，采用刀片配置需要将产品锁定在一个供应商身上，而机架服务器则不需要，因为机架服务器可以根据需要陆续增加。

产品细节

上述两款刀片机器采用了IBM Blade Centre H（BC-H）机箱，机箱内包括一台10GB的以太网交换机，一台4GB的以太网交换机和四台动力供给装置。HS21XM采用的是233GHz英特尔四核CPU，HS21则采用了20GHz的CPU。HS21XM采用的是16GB的DDR2内存，HS21系列采用的是8GB的DDR2内存。

从说明书中可知，这两款刀片服务器在性能上与IBM的x3550机架服务器接近，x3550的唯一优点在于机箱内部空间更大。IBM的x3560 2U服务器包括三个RAID 5结构的RAID驱动，一个RAID控制器和一个热备用磁盘。

这两款刀片服务器的价格：HS21 7100美元；HS21 XM9800美元。此外，BC-H机箱的价格大概是17000美元。机架服务器的价格是7900到9300美元，具体价格取决于CPU转速，附加内存量以及附加驱动器的RAID控制器数量。

刀片服务器的问题在于其仍不能用来运行部分应用软件，比如需要大量随机、不定量存储量扩展的应用软件。

尽管在CPU转速相当、内存配置相同的情况下，测试结果显示两类服务器性能基本相同。但这并不尽然，我们的经验表明所有供应商可以很快适应1U或者2U的模式，而刀片服务器供应商却不得不提前计划以适应新的主板元件组。

刀片服务器的密度有时会阻碍其运行，刀片服务器比机架服务器重，刀片服务器底板也有着潜在的缺陷。其次，采用刀片服务器的数据中心往往只能锁定在一个供应商身上，提供存储区域网络（SAN）交换机或者以太网交换机，因为这些设备必须放置在刀片服务器的机箱内。对于大厂商来说，选择的技术组件与当前的网络运行中心（NOC）相吻合。如果所有组件工作的协调性不高，费用仍将很低。

我们测试的两类服务器性能非常接近，都采用了英特尔CPU（每台服务器里一对），从速度的角度来看，由于有的采用RAID 1，有的采用RAID 5，所以稍有区别。我们通常使用的基准测试LMBench3显示，处理器fork+exceve（这是用来处理I/O文件和内存更换的）平均可执行2899个微指令，这使速度提高了40%。所有服务器的测试结果基本相同，只有HS21 XM样机和x3650样机上的RAID驱动器的NT-文档系统和ext3-格式化驱动器速度快一点。同时由于X3650和x3550机组266GHz的CPU频率，因此其性能也更好一些。

通过对这些服务器性能特征进行对比，我们可看到这些服务器性能差别不大。

电力消耗

通常，人们并不够重视大型服务器运行过程中的最大支出：电力消耗。

IBM公司的刀片服务器和机架服务器预算比我们测试的要高一些。在我们的测试中，环境温度比较低（大约是华氏68度），同时IBM公司没能给我们提供完全组装好的刀片服务器机箱，这两个原因使得动力消耗比预计的低。通过增加测量数量，我们获得了14台组装在机箱中的刀片服务器和14台机架服务器各个指标的对比结果。

如果数据中心冷却和动力系统、以及数据中心所在地的地面承载状况（地面的承载能力基本上要达到1吨）较好，从五年的动力消耗来看，一个装满刀片服务器的机箱总运行成本最低。

与刀片服务器的组件，以及组装完好的刀片服务器来进行对比，机架服务器消耗的电能更多，而这导致了五年中机架服务器的基础结构支出的增加。机架服务器可采用RAID 5，而尽管一台刀片服务器由于配置附加存储器而使支出增加，但是动力消耗仍低于机架服务器。

最多可配置14个刀片的IBM刀片服务器价格为117400美元。加上动力消耗（冷却系统的费用不计入在内），总费用为123900美元。

对于x3550 1U服务器，价格为7900到116700美元之间。加上六路10G以太网和24路Gigabit以太网交换机以及动力消耗支出，总支出将是129200美元。X3650的总资本支出为129800美元（每台9300美元），在增加了上述10G以太网和Gigabit以太网交换机并加上总动力支出后，费用是150700美元。

装配好的BC-H刀片服务器机箱和同样数目的x3650服务器，以五年来计算，价格差别大约是18%。

其他方面问题

刀片服务器的维修速度比机架服务器快，这有多方面原因。首先，刀片服务器的动力供给通常是由其他组件完成的，因此体积和重量都比较小。我们可以用三秒钟时间将一个刀片从几箱中取出，而从机架上取出一个机架服务器则需要一分钟以上，这是在线路管理组件设计和配置合理的情况下。如果线路设计混乱，所需时间会更长。

我们测量了一旦一个机组从机架上取下来，进行内存和硬件驱动（服务器管理员最经常更换的服务器组件）更换所需的时间。从将设备重新装入机架的时间，以及让服务器重新启动继续运行的时间来看，刀片服务器花费的时间比机架服务器短的多，因为机架服务器的线路需要重新连接。

为何刀片服务器的维修时间较短，原因是电力线路从80根减少到8根。以太电缆（铜缆或光缆）的数目也可以明显减少，同时也减少了线路混乱的问题。

管理组件也带来了附加费用的增长。我们测试IBM服务器的过程中，采用IBM Director来管理测试服务器。Director必须被安装在机架服务器或刀片服务器上，并需要支付额外的安装费用，尽管运行这一组件所需存储量不大。

我们下载了各类操作系统，并利用Director将其配置在刀片和机架服务器上。一些供应商按安装次数或服务器数目来对管理组件收费。核算这些应用软件的费用很重要，因为这些软件可节约时间。

刀片服务器的局限

刀片服务器的随机存储介质是有限的。我们测试的刀片服务器可进行RAID配置，但仅限于配置RAID 1或者RAID 0无冗余磁盘阵列。这就意味着在这种情况下，容量被配置在服务器中的驱动器限制在288GB（最大值，我们测试了两个73GB的刀片服务器驱动器）。有些人说288GB足够了，但这是峰值，仅仅在ISCSI，光纤通道或其他SAN连接方式配置很好的情况下才能达到。

与此相对，通过采用四个驱动器，2U x3650的服务器可内置一个RAID 5。这些驱动器，同内置于刀片服务器的一样，可更改以适应更大存储需要，但是在机组已经开始运行某一应用软件后，驱动器就不可再更改。

有了更多本地的可用空间，固定机架服务器的本地存储能力会更高。一些供应商在1U模式的机架服务器上配置了相同的存储量。如果未来存储需求增长超过服务器内的可用空间，那么刀片服务器就需要连接到内置SAN。对于有SAN的企业，很容易开展刀片服务器附件配置，并进行各式光纤SAN组装。如果没有SAN，可使用ISCSI，并入基于ISCSI虚拟流量通过以太网所消耗的带宽。

将附加I/O卡配置在刀片或机架服务器上也是可行的。IBM产品将PCI以及PCI Express（PCI-E）卡配置在机架服务器上，使其灵活性更高。刀片服务器和机架服务器的内存选项相似。

刀片服务器另一个潜在的缺陷是供应商服务。如果你选择了一个刀片服务器供应商，你的企业就会被这一供应商的服务政策、组件的可用性所限制。在购买的服务器配置为1U的情况下，企业不会受到限制，因为有众多供应商提供1U产品，但是当购买的为组装刀片服务器的机箱时，企业对厂商的依赖度就会大大增加。

小结

刀片密度代表了每英尺的计算处理能力。装载四个9U的IBM刀片服务器的机箱同一个42U的机架所占用的空间差不多（略有多余的空间），这意味着大约有20000瓦的热量需要进行冷却。四十个配置在同一机架上的x3550机架服务器耗费的功率是75%。同一构造中，可配置的刀片服务器数目是56，而可配置的机架服务器数目为40。

刀片服务器和机架服务器的性能基本相同，刀片服务器更易于管理和开展服务。我们进行刀片服务器购买和配置时应考虑供应商的能力，以及当地存储量的限制。然而，一个企业，如果拥有配置优良的数据中心基础架构，并且可以跟一个好的供应商合作，你将感到刀片服务器是很好的选择。

刀片服务器是一种高可用高密度的低成本服务器平台，是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的，每一块刀片类似于一个个独立的服务器，它们可以通过本地硬盘启动自己的操作系统。在集群模式下，所有的刀片可以连接起来提供高速的网络环境，共享资源，为相同的用户群服务。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刀片服务器。