大型商用服務(wù)器的三大系統(tǒng)架構(gòu)解析

分享到：標(biāo)簽：并行處理 服務(wù)器 NUMA結(jié)構(gòu)
　　從系統(tǒng)架構(gòu)來看，目前的商用服務(wù)器大體可以分為三類，即對稱多處理器結(jié)構(gòu)（SMP：Symmetric Multi-Processor），非一致存儲訪問結(jié)構(gòu)（NUMA：Non-Uniform Memory Access），以及海量并行處理結(jié)構(gòu)（MPP：Massive Parallel Processing）。它們的特征分別描述如下：
　　SMP（Symmetric Multi-Processor）
　　所謂對稱多處理器結(jié)構(gòu)，是指服務(wù)器中多個CPU對稱工作，無主次或從屬關(guān)系。各CPU共享相同的物理內(nèi)存，每個 CPU訪問內(nèi)存中的任何地址所需時間是相同的，因此SMP也被稱為一致存儲器訪問結(jié)構(gòu)（UMA：Uniform Memory Access）。對SMP服務(wù)器進行擴展的方式包括增加內(nèi)存、使用更快的CPU、增加CPU、擴充I/O（槽口數(shù)與總線數(shù)）以及添加更多的外部設(shè)備（通常是磁盤存儲）。
　　SMP服務(wù)器的主要特征是共享，系統(tǒng)中所有資源（CPU、內(nèi)存、I/O等）都是共享的。也正是由于這種特征，導(dǎo)致了SMP服務(wù)器的主要問題，那就是它的擴展能力非常有限。對于SMP服務(wù)器而言，每一個共享的環(huán)節(jié)都可能造成SMP服務(wù)器擴展時的瓶頸，而最受限制的則是內(nèi)存。由于每個CPU必須通過相同的內(nèi)存總線訪問相同的內(nèi)存資源，因此隨著CPU數(shù)量的增加，內(nèi)存訪問沖突將迅速增加，最終會造成CPU資源的浪費，使 CPU性能的有效性大大降低。實驗證明，SMP服務(wù)器CPU利用率最好的情況是2至4個CPU。
　　
　　圖1.SMP服務(wù)器CPU利用率狀態(tài)
　　NUMA（Non-Uniform Memory Access）
　　由于SMP在擴展能力上的限制，人們開始探究如何進行有效地擴展從而構(gòu)建大型系統(tǒng)的技術(shù)，NUMA就是這種努力下的結(jié)果之一。利用NUMA技術(shù)，可以把幾十個CPU（甚至上百個CPU）組合在一個服務(wù)器內(nèi)。其CPU模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示：
　　
　　圖2.NUMA服務(wù)器CPU模塊結(jié)構(gòu)
　　NUMA服務(wù)器的基本特征是具有多個CPU模塊，每個CPU模塊由多個CPU（如4個）組成，并且具有獨立的本地內(nèi)存、I/O槽口等。由于其節(jié)點之間可以通過互聯(lián)模塊（如稱為Crossbar Switch）進行連接和信息交互，因此每個CPU可以訪問整個系統(tǒng)的內(nèi)存（這是NUMA系統(tǒng)與MPP系統(tǒng)的重要差別）。顯然，訪問本地內(nèi)存的速度將遠遠高于訪問遠地內(nèi)存（系統(tǒng)內(nèi)其它節(jié)點的內(nèi)存）的速度，這也是非一致存儲訪問NUMA的由來。由于這個特點，為了更好地發(fā)揮系統(tǒng)性能，開發(fā)應(yīng)用程序時需要盡量減少不同CPU模塊之間的信息交互。
　　利用NUMA技術(shù)，可以較好地解決原來SMP系統(tǒng)的擴展問題，在一個物理服務(wù)器內(nèi)可以支持上百個CPU。比較典型的NUMA服務(wù)器的例子包括HP的Superdome、SUN15K、IBMp690等。