1、小型機技術基礎概述目錄小型機歷史及定義各廠商小型機內部構造小型機體系結構小型機分區技術介紹小型機CPU介紹小型機操作系統小型機與x86服務器對比第一代計算機和大型機世界上第一臺現代電子計算機“埃尼阿克”(ENIAC)，長30.48米，寬1米，高2.4米，占地面積約170平方米，30個操作臺，重達30英噸，耗電量150千瓦，每秒執行5000次加法或400次乘法。1964年，IBM推出了劃時代的大型機 System 360，System 360成為第一部具有硬件擴充彈性化的特點的大型主機。小型機名字由來1965年DEC公司的PDP-8的小型計算機發布上市，此時倫敦街頭正流行“迷你裙”，因此這款當時

2、小巧玲瓏的機器被稱為“Minicomputer”，產品一經推出，由于其小巧的外形和具有競爭力的價格受到市場青睞，并引發了當時計算機市場的小型化革命，小型機的名字由此而來 。小型機定位目前市場上按體系架構分類，服務器可分為：X86服務器、小型機、大型機大型機小型機X86服務器廠商：IBM廠商：IBM、HP、Oracle、浪潮廠商：浪潮、Dell、聯想、曙光、華為等小型機定義小型機泛指各個計算機廠商生產的基于RISC （Reduced Instruction Set Computer 精簡指令集）或者EPIC技術的CPU，運行UNIX一類操作系統（每個廠商都有自己“改良版”的UNIX）的服務器，此

3、類服務器一般用于商業領域計算、處理的應用。CPU操作系統廠商目錄小型機歷史及定義各廠商小型機內部構造小型機體系結構小型機分區技術介紹小型機CPU介紹小型機操作系統小型機與x86服務器對比小型機屬于中高端服務器產品，有研發能力的各大廠商為維持在服務器市場的戰略地位都會推出自己的小型機產品，目前擁有小型機產品的廠商主要有IBM、HP、Oracle和富士通及中國浪潮小型機采用的是主機/啞終端模式,并且各家廠商均有各自的體系結構,彼此互不兼容。中端高端低端超低端超高端P780K1產品線IBM PowerSuperdome2Rx9900SD 2 8sRx9800HP 動能系列Rx2800 i4SPARC

4、 T5-2 SPARC T5-8/M10-4S SPARC T5-4/M10 Oracle T5浪潮國產小型機產品線旗艦型32路256核核心型 32路128核靈動型 8路64核K1 950K1 930K1 910 整機RAS特性增強 計算性能提升 K1產品線實現關鍵應用主機高中低端市場全面覆蓋K1 910靈動迅捷，關鍵應用系統的高效整合平臺K1 930堅若磐石，關鍵應用系統的護航基石K1 950卓越超群，關鍵應用系統的最佳部署平臺配合K-UX、K-DB，滿足全部關鍵行業客戶需求下一代千核級關鍵應用主機小型機構成-天梭K1系統浪潮天梭K1系統采用模塊化設計，包括計算模塊、互連模塊、管理模塊等，其

5、中計算模塊為主要模塊，包含CPU、內存等部件，互聯模塊用于各個計算模塊的連接計算模塊互連模塊管理模塊散熱模塊I/O模塊電源模塊各個模塊小型機構成-天梭K1系統計算模塊內部結構浪潮天梭 K1 系統硬件系統互連拓撲如右圖所示：主要由 8 個計算模塊和 4 個 NR 板組成，每個計算板上兩個 NC 芯片，每個 NC 芯片有 4 個高速NI 端口，每個 NI 端口的速率達到 8.5GB/s，16 個 NC和 4 個 NR 實現全互連。小型機構成-天梭K1系統計算模塊內部結構計算模塊為系統提供強大的計算能力，以及多種設備接口，是系統的核心模塊小型機構成-天梭K1系統K2芯片國際先進的自主知識產權的處理器

6、協同芯片 16端口的高階交叉開關實現32路系統的單級網路跳步連接 通過高帶寬冗余鏈路分別與各處理模塊相連,構成多平面網絡結構中國成為世界上第三個掌握此核心技術的國家小型機產品IBM篇小型機構成-IBM 770IBM 小型機小型機770由四個由四個4U機架服務器組成，多個節點服務器之間通過機架服務器組成，多個節點服務器之間通過SMP Flex線纜按照一定的規則順序連接起來。線纜按照一定的規則順序連接起來。小型機構成-IBM 770每個每個4U機架式服務器包括一個機架式服務器包括一個Power7處理器卡，封裝了兩個處理器卡，封裝了兩個Power7芯片芯片插槽和插槽和16個個DDR3內存插槽。內存插

7、槽。小型機產品-HP篇小型機構成-HP Super Dome2惠普的小型機惠普的小型機Super Dome2定位為關鍵業務服務器，為刀片架構，主要定位為關鍵業務服務器，為刀片架構，主要由由I/O擴展柜、刀片機箱和存儲單元三部分組成。每個刀片機箱可插擴展柜、刀片機箱和存儲單元三部分組成。每個刀片機箱可插8個刀個刀片，每個刀片可支持兩顆安騰片，每個刀片可支持兩顆安騰CPU。小型機構成-HP Super Dome2以下以下為為Superdome 2刀片上的主要組成單元。其中每個刀片上的主要組成單元。其中每個CPU通過通過4顆顆Memory Buffer（內存緩沖）芯片連接到（內存緩沖）芯片連接到16

8、個個DDR3-RDIMM（Registered ECC）內存）內存插槽插槽。2顆顆Itanium處理器處理器與與sx3000 Agent芯片芯片組之間的連接，是通過每個組之間的連接，是通過每個CPU提供的提供的3條條QPI來實現的。來實現的。小型機構成-HP Super Dome2小型機產品Oracle篇小型機構成-Oracle T5系列服務器Oracle的的T5系列處理器，其中系列處理器，其中T5代表此類服務器所用代表此類服務器所用CPU為為T5系列處系列處理器，理器，T5-x中的中的x代表代表CPU數量。數量。Oracle T5-1B、T5-2、T5-4、T5-8系列處理器小型機構成-Or

9、acle T5系列服務器Oracle系列服務器支持系列服務器支持1/2/4/8顆顆CPU互聯，其中兩顆互聯，其中兩顆T5 CPU處理器互處理器互聯如下圖。聯如下圖。總而言之，小型機有著有普通服務器不一樣的內部構造，這是由于各廠商為提高小型機的整機性能和高可靠性而進行整體優化的結果。目錄小型機歷史及定義各廠商小型機內部構造小型機體系結構小型機CPU介紹小型機分區技術介紹小型機操作系統小型機與x86服務器對比SMP結構：目前 IBM POWER系列處理器采用的是SMP結構，在CPU設計、操作系統架構等方面進行優化，可實現最大32路CPU互聯。NUMA結構：目前浪潮天梭K1系統及惠普的Super D

10、ome 2采用的是NUMA結構。CPU直連：Oracle T5系列小型機采用的體系結構天梭 K1P795Superdome2 SPARC M6-32Fujitsu M10 SMP (Symmetric Multi Processing)：全稱是對稱多處理技術，是指在一個計算機上匯集了一組處理器(多CPU),各CPU之間共享內存子系統以及總線結構。 CPU0 CPU1 CPU2 CPU3 存存儲儲器器 I/O SMP (Symmetric Multi Processing)，并行處理技術，應用比較廣泛，單處理器很難滿足實際應用需求，廠商開始采用對稱多處理來解決問題，常規的是4-8個CPU。CPU

11、內部必須內置APIC單元。相同的產品型號，同樣類型的CPU核心盡可能保持相同的產品序列編號完全相同的運行頻率擴展方面可用性方面可用性較差能承擔一般性系統業務，在對應核心業務時，難以保障用戶投資擴展能力有限每個CPU通過相同的內存總線訪問，造成內存訪問沖突，降低CPU效率 NUMA(Non-Uniform Memory Access)：為了突破SMP在擴展能力上的限制，來構建大型系統，NUMA技術順勢而生。NUMA（非一致性訪問存儲架構）由多個CPU模塊組成，每個CPU模塊由多個CPU組成，并且具有獨立的本地內存、I/O 槽口80末-90初90年代2000年20002001至今Cray推出 Cr

12、ay 6400Compaq推出GS320HP推出 SuperdomeINSPUR推出 K1Sequent提出定義IBM推出NUMA-Q訪問速度：本地節點鄰居節點遠端節點遠端節點鄰居節點本地節點對于某個節點中的所有CPU，此節點稱為本地節點與本地節點相鄰的節點稱為鄰居節點非本地節點或鄰居節點的節點，稱為遠端節點NUMA具有多個節點(Node)，每個節點可以擁有多個CPU(每個CPU可以具有多個核或線程)。節點可分為本地節點(Local Node)、鄰居節點(Neighbour Node)和遠端節點(Remote Node)三種類型。具有多個CPU模塊，每個模塊又幾個CPU組成，分別有獨立的內存、

13、I/O、總線NUMA系統既能訪問本地內存又可以訪問遠程內存。良好的伸縮性 擺脫超大總線對多處理器的束縛，增強單一操作系統可管理的處理器、內存和I/O插槽 讓處理器快速的訪問在同一單元的內存 提供內存互聯的硬件系統 在保持系統規模高擴展的前提下，實現處理器帶寬與網絡帶寬相對平衡，并同時保持較低的互連網絡平均延遲。 NUMA系統的帶寬較寬，適合多線程、多事務的并發處理模式 高負荷下，保障系統高性能、穩定性、可靠性銀行設備稅控設備互聯網站機場進出港系統證卷交易其他設備和終端存儲系統存儲系統存儲系統關鍵應用主機電信通訊設備性能性能SMPNUMA操作性穩定性安全性可擴展性開放性靈活性可維護性目錄小型機歷

14、史及定義各廠商小型機內部構造小型機體系結構小型機分區技術介紹小型機CPU介紹小型機操作系統小型機與x86服務器對比分區概念所謂分區,就是將一臺物理上的服務器劃分為多臺機器來使用的技術，可分為物理分區、虛擬分區。在小型機分區技術里：物理分區可分為固定式分區、靜態分區以及動態分區三種虛擬分區可分為邏輯分區、微分區。APP1HW1OS1APP2APPn虛擬分區APP3HW3OS3APP1HW1OS1APP1HW1OS1物理分區OS2OSnIBM POWER服務器應用模式System P 服務器在一般的計算環境中，都是以虛擬化的方式出現。HMC(Hardware Management Console，

15、硬件管理控制臺 ) 和 IVM(Integrated Virtualization Manager，集成虛擬化管理器 )、Systems Director 為實現服務器的虛擬化提供了強有力的支持。通過HMC管理服務器通過IVM管理服務器通過Director管理服務器POWER System分區技術LPAR、DLPAR、VPAR邏輯分區（LPAR）就是將單臺服務器劃分成多個邏輯服務器，彼此運行獨立的應用程序。每個 LPAR 擁有自己的 CPU、內存和 I/O 設備分配。此類分區是在固件級別而不是在物理資源級別進行的。每個 LPAR 包含自己的操作系統。然而，邏輯分區也有些限制，如要增加或刪除資源

16、，必須停止邏輯分區的運行，然后重新引導分區。動態邏輯分區 (DLPAR)則允許在不中斷應用操作的情況下，增加或減少分區占用的資源，為計算環境提供了很大的靈活性。微分區也是一種邏輯分區，是在 Power 5 及以后處理上使用的技術，它對 CPU 的劃分粒度更細了，每顆CPU 可以等分成多個具有相同處理能力的 Entitle Unit，而每個分區最少可以分配 0.1 個 Entitle Unit。使用微分區技術對 CPU 資源的劃分更加靈活了，提高了 CPU 資源的利用率。POWER 系統管理程序(Hypervisor)控制分配物理處理器資源給每個共享的處理器分區。LPAR的問題Unassigne

17、d on demandresourcesHypervisorLinuxpartitionsIBM iAIX V5.3 partitionsVirtual StorageVirtualI/OServerWorkload management and provisioningVirtual NetworksVirtual ProcessorsAIX V6 partitionsVEnetVSCSIIVM*LinuxKernelsAIX KernelsVirtual Network / StorageAIX / WPARSKernelsSLIC邏輯分區/微分區的原理和問題 IBM的虛擬化在系統最底層使

18、用Hypervisor實現分區資源的劃分，一個mini的AIX操作系統，邏輯分區下，其CPU/內存資源在一個資源池中進行分配，而IO板卡和內置存儲資源也需要統一由Hypervisor進行管理。因此，從體系架構上無法做到真正的分區之間的電氣隔離，在分區的安全性和穩定性上存在風險。因一個分區的故障導致整機宕機的情況在電信、銀行行業中也有發生。 微分區的部署模式下，需要額外使用1-2個邏輯分區安裝VIOS(虛擬IO服務器)，用于處理微分區之間的IO資源的共享使用，但內存/CPU資源由Hypervisor統一管理調配，如果用于存儲VIOS核心的內存出現物理故障，有很大可能導致VIOS分區宕機，從而導致

19、所有微分區的IO出現故障而宕機。單點故障風險非電氣隔離，分區故障容易引起整機宕機浪潮天梭K1系統分區技術u硬件分區：浪潮天梭K1系統可選擇硬件分區技術，單一分區（節點）裝載單一操作系統，各個分區擁有獨自的資源。u應用容器：浪潮天梭K1系統可以實現在同一操作系統內將不同應用隔離起來，實現不同應用之間的隔離。APP1HW1OS1APP3HW3OS3APP1HW1OS1硬件分區APP1HW1OS1APP2APPn應用容器硬件分區、應用容器技術優勢u最高級別可靠性：分區與分區之間完全電氣隔離，一個分區出現的軟件或者資源故障對其他分區沒有任何影響，最高級別的可靠性。u降低總體擁有成本：分區的功能降低了總

20、體擁有成本。硬件分區應用容器u一定級別的可靠性：實現在同一操作系統上不同應用的隔離。u更高程度的靈活性：硬件資源可被所有應用程序共享，資源配置更靈活。目錄小型機歷史及定義各廠商小型機內部構造小型機體系結構及分區技術小型機CPU介紹小型機操作系統小型機與x86服務器對比u復雜指令集- CISC(Complex Instruction Set Computer）uX86系統uIA-32、 EM64T、AMD64u精簡指令集- RISC（Reduced Instruction Set Computing ）uPower 、SPARC處理器（IBM 、oracle小型機）u專用平臺、專用系統u大型應用

21、后臺密集集中處理u顯式并行指令集-EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computers）uIA-64 安騰 處理器（Hpsuperdome、浪潮K1關鍵應用計算機）u大型應用后臺密集集中處理u專用平臺、專用系統CPU指令集分類CPU指令集比較比較內容RISC/EPICCISC指令系統簡單、精簡復雜、龐大指令數目通常小于100通常大于200指令格式通常小于4通常大于4尋址方式通常小于4通常大于4指令字長等長不固定各種指令使用頻率相對平均相差較大各種指令執行時間絕大多數在一個周期內完成相差較大優化編譯實現易實現相對困難如今如今CISC和和RISC/EPIC指

22、令集之間也相互學習，指令集之間也相互學習，CISC 指指令也不隨意增加，大部分指令也能在一個時鐘周期內完成令也不隨意增加，大部分指令也能在一個時鐘周期內完成。RISC也設計了一些復雜的指令，允許在更多時鐘周期也設計了一些復雜的指令，允許在更多時鐘周期內完成。內完成。各廠商小型機CPU浪潮和惠普使用的為浪潮和惠普使用的為Intel的安騰系列的安騰系列CPUIBM 主要為主要為POWER系列系列CPUOracle主要為主要為SPARC的的T系列和系列和M系列系列CPUIntel安騰系列處理器安騰系列處理器的市場定位是在于的市場定位是在于企業級服務器與企業級服務器與高效能運算系高效能運算系統。面向統

23、。面向商業智能分析商業智能分析、數據庫、數據庫、大型內存應用、云計算、大型內存應用、云計算等等最繁重的最繁重的應用領域。應用領域。商業智能分析數據庫云計算大型內存應用關鍵業務頂級計算能力針對UNIX與大型主機系統優化設計采用安騰CPU的UNIX操作系統運行數據庫、數據倉庫、大型ERP 等應用測試，證實了安騰CPU的超級計算能力關鍵數據終極保護安騰CPU集成了多種容錯技術，處理器可自動檢測并從多種錯誤中恢復另外安騰CPU在設計過程中始終將錯誤預防放在首要位置，很多錯誤在電路設計層面就被避免安騰CPU具有一系列的RAS特性，保證了數據完整性功耗智能管理Intel獨有的睿頻加速技術提供了先進的功耗監

24、控和管理功能，最大化平衡了處理器性能和功耗支持內存動態時鐘，降低了系統功耗Common Enterprise Benchmarks相對相對于于9300系列處理器有了巨大提升系列處理器有了巨大提升 整體性能提高2.4倍 2倍的核數，2倍的指令吞吐量 主頻提升40%，I/O速率提升33% 功耗降低8%，待機功耗降低80%關鍵創新技術關鍵創新技術 Intel 指令重試 Intel 超線程技術, 增強的雙域多線程支持 Intel Itanium 處理器新指令534 bundle, 12-wide issue pipelineIntel Itanium 處理器新指令自適應預加載8核心總共54MB高速緩存

25、Intel 超線程技術，雙域多線程支持 12345678線程并行線程并行核心并行核心并行內存并行內存并行指令并行指令并行Itanium 9500 無處不在的并行技術54大量大量的內存訪問的內存訪問64b可尋址能力50b 物理尋址目錄一致性目錄緩存有效的可伸縮性有效的可伸縮性Itanium 9500 支持大型企業系統55增加或減少系統容量高效的 CPU, IOH, Memory 維修和升級Electrically Isolated Partitions硬件分區硬件分區熱插拔熱插拔動態容量改變動態容量改變業務連續性永不停頓56更完整的錯誤處理-HW/SW 恢復機制緩存線路錯誤預測處理擴大保護-增加

26、誤差修正功能重試指令自動恢復Intel 指令重試技術指令重試技術端到端的錯誤檢測端到端的錯誤檢測Intel 緩存安全技術緩存安全技術完整的固件錯誤處理完整的固件錯誤處理-MACItanium RAS 有助于提供不間斷的彈性00011011指令重試特性可顯著改善系統的可用性在不同階段能夠偵測到更多的錯誤在指令緩存池里的錯誤的指令會被重新執行以使系統從嚴重錯誤中恢復過來Intel 指令重現技術能夠避免系統宕機和數據崩潰指令緩存池重試路徑 支持雙域多線程可顯著增強處理器性能最小化了傳統安騰多線程實現過程中線程轉換的成本并行指令的執行最大化提高了指令執行的效率后端前端Instruction Buffe

27、r 特有的EPIC架構增加了整體指吞吐率指令緩存池Poulson 的架構和新指令為安騰計算的未來打下基礎Individual Poulson CoreBuffersFloating Point ExecutionInteger Execution1st level Cache1st level CacheBranchPredictInterfaceLogic1st level CacheMid-Level Inst. Cache Pipe Line ControlMid-Level Data CacheInstruction QueuesBuffersInteger Register Floa

28、ting Pt RFBRCTL線程控制線程控制 hintpriority擴展軟件預取擴展軟件預取 ifetch.count擴展的據訪問提示擴展的據訪問提示 mov dahrPoulson 繼承并優化了以往安騰系列CPU的代碼，沒有重新編譯新指令簡化了常見任務和分支操作幫助未來安騰性能更上一層樓Core0Core1Core7Core0Core1Core7FrequencyAll cores operate at rated frequencyAll cores operate at higher frequency8C TurboNormalCore0Core1Core7Core0Core1Co

29、re3Core5Core6Activity LevelAll cores operate at highest activity levelIndependent core control for highest overall performanceOptimizing varying demandsNormalCore2Core4Core7智能睿頻加速技術普通的睿頻加速Itanium 9300Itanium 9500智能睿頻加速技術提供更加細粒度的性能優化，能夠使任意指定的核心的性能最優Itanium 關鍵價值總結61世界領先的系統彈性世界領先的系統彈性可擴展的性能可擴展的性能系統級別創新

30、系統級別創新 Intel 指令重試技術, 端到端錯誤檢測和固件錯誤處理 支持硬件分區的先進的虛擬化技術 基于內置冗余的自動錯誤檢測和恢復技術的soft-Error保護 Itanium 9500 系列高達2.4倍的性能提升 先進的EPIC架構 支持大內存尋址(50/64 PA/VA) 可伸縮性的節點控制 世界領先的Unix平臺 先進的系統提供無縫的故障遷移和系統重新配置 集成管理和固件故障預測分析和根源分析支持安騰9500 提供企業級的性能和系統彈性對于對于K1 930 950，由于每節點有四顆，由于每節點有四顆CPU，因此在配置，因此在配置CPU時以時以四四顆顆為單位。為單位。K1 910支持

31、支持9500系列處理器，支持系列處理器，支持2路、路、4路、路、6路、路、8路配置，路配置，2路配路配置時只支持置時只支持6個個PCIE插槽。插槽。9300和和9500系列處理器中，主推系列處理器中，主推 9500系列處理器，系列處理器，9500系列處理器系列處理器中，中，9540性價比最高，主推性價比最高，主推9540CPU，對于主頻和性能要求較高的應，對于主頻和性能要求較高的應用，推薦用，推薦9560CPU。POWER7(+) 處理器POWER7COREL2 CachePOWER7COREL2 CachePOWER7COREL2 CachePOWER7COREL2 CachePOWER7C

32、OREL2 CachePOWER7COREL2 CachePOWER7COREL2 CachePOWER7COREL2 CacheL3 Cache and Chip InterconnectMC1MC0Local SMP LinksRemote SMP & I/O LinksFASTL3 REGIONL1L1L1L1L1L1L1L1L1L1L1L1L1L1L1L1POWER7+ 處理器的性能擴展到了新的水平，最高提供處理器的性能擴展到了新的水平，最高提供 64 個個 4.4 GHz 核心處理器，或在單系統中提供核心處理器，或在單系統中提供 128 個個 3.7 GHz 的核心處理器速度

33、，的核心處理器速度，以便在企業基礎架構中支持最高要求的應用程序，包括新興的公有或以便在企業基礎架構中支持最高要求的應用程序，包括新興的公有或私有云環境私有云環境POWER8處理器POWER8 處理器使用處理器使用IBM 22納納米絕緣硅米絕緣硅(SOI)技術。每個處理器技術。每個處理器芯片芯片649平方毫米平方毫米,包含包含42億個晶億個晶體管。體管。POWER8處理器的增強功能處理器的增強功能:POWER8內存控制器支持內存控制器支持DDR3芯片和芯片和DDR4內存內存緩沖區，內存內存緩沖區，提升內存交換效率。提升內存交換效率。每個內存板每個內存板CDIMM提供提供16 MB L4緩存芯片，

34、降低了本地緩存芯片，降低了本地訪問內存的內存延遲，訪問內存的內存延遲，L4緩存的緩存的對對POWER8處理器上運行的應用處理器上運行的應用程序完全透明。每個程序完全透明。每個POWER8處處理器最大支持理器最大支持128 MB的的L4緩存緩存。支持硬件事務內存。支持硬件事務內存。支持芯片上的加速器，包括加密支持芯片上的加速器，包括加密，壓縮以及隨機數加速器。，壓縮以及隨機數加速器。自適應電源管理自適應電源管理。 Power CPUPOWER是Performance Optimization With Enhanced RISC的縮寫CategoryPower 7Power 7+Power 8工

35、藝45nm32 nm22nm核數888每核線程448核心面積567mm2567mm2650mm2二級緩存256K per core256K per core512K per core三級緩存4 MB per core10 MB per core8 MB per core主頻Max Core: 3.92GHzTurbo Core: 4.14GHz4.42GHz4GHz左右SPARC T5 CPU相對于相對于SPARC T4的的40nm工藝，工藝，8核心以及核心以及3.0GHz，4MB三級緩存等關鍵特性，三級緩存等關鍵特性，新的新的SPARC T5采用了采用了28nm工藝制造，亂序雙發射架構，工藝

36、制造，亂序雙發射架構，16級整數流水線，級整數流水線，16個浮點單元，個浮點單元，16個加密單元，擁有多達個加密單元，擁有多達16個個S3核心，每個核心都支持核心，每個核心都支持1-8路動態路動態同步多線程同步多線程(最多最多128線程線程)，主頻也高達，主頻也高達3.6GHz。緩存方面，每核心搭配。緩存方面，每核心搭配16KB四四路關聯指令和數據緩存、路關聯指令和數據緩存、128KB二級緩存二級緩存(總計總計2MB)，所有核心共享，所有核心共享8MB三級緩三級緩存。存。SPARC CPUCategoryT4T5 SPARC64 X工藝工藝40 nm28nm28 nm核數核數81616每核線程

37、每核線程482核心面積核心面積567mm2567mm2567mm2二級緩存二級緩存128K per core128K per core1.5M per core三級緩存三級緩存512KB per core512KB per core0主頻主頻3.0GHz3.6GHz3.0GHzSPARC 全稱為“可擴充處理器架構”（Scalable Processor ARChitecture）RAS是什么?68有一種關于RAS的定義:Reliabilityv服務器出現錯誤或者缺陷的頻率Availabilityv系統或者應用的性能受到錯誤或缺陷的影響Serviceabilityv錯誤和錯誤造成的影響及時傳遞給

38、用戶或者服務以及錯誤在不影響業務的情況下被修復的效率SEVERITYFREQUENCYTechnology SelectionDesign QualityProduct TestBurn-InRecovery DesignSparingConcurrent MaintenanceScheduled MaintenanceUnscheduled MaintenanceMinimize Repair ActionDurationMinimize Impactof Repair ActionMinimize Numberof Repair ActionsRAS 是為了最小化停機時間是為了最小化停機時

39、間各廠商 RAS對比類別RAS特性K1HPPower 8Oracle M6CPU緩存奇偶/ECC校驗（Cache parity/ECC）數據總線錯誤CRC/ECC校驗（Data bus error CRC/ECC）增強型MCA錯誤處理（Enhanced MCA error handling）動態處理器恢復（Dynamic processor resiliency）X指令重試（Instruction retry）X片內傳感器&溫控（Built-in sensors & thermal control）X壞數據隔離（Bad data containment）X緩存行刪除（Cache

40、 line deletion）主動管理技術（active management technology）XX內存數據總線CRC/ECC保護（Data bus CRC or ECC protection）回寫技術（Scrubbing）Chip spare/advanced ECC/Chip kill/SDDCDouble-Chip spare/DDDCX地址/控制總線奇偶保護（Address/control bus parity protection）X系統N+N電源冗余（N+N power）熱插拔冗余風扇（Hot-swap redundant fans）電器隔離分區（Electrically i

41、solated partitions）X冗余I/O通道（Redundant I/O paths）熱插拔PCIe卡 (Hot-swap PCIe cards)容錯I/O（Fault-tolerant I/O fabric）X目錄小型機歷史及定義各廠商小型機內部構造小型機體系結構及分區技術小型機CPU介紹小型機操作系統小型機與x86服務器對比lUNIX操作系統誕生于60年代末期的Bell實驗室l美國電話電報公司(AT&T)在70年代中期開始發行UNIX的非商業許可證l從70年代末開始在市場上出現了不同的UNIX商品化版本UNIX歷史Unix是什么？Unix：一個強大的多用戶、多任務操作系統

42、，支持多種處理器架構，屬于交互式分時操作系統。目前它的商標權由國際開放標準組織所擁有，只有符合單一UNIX規范的UNIX系統才能使用UNIX這個名稱，否則只能稱為類UNIX（UNIX-like）。umulti-user：多用戶（允許多個用戶同時使用計算機的能力）umulti- processor：多任務（為每個用戶同時執行多個任務的能力）u分時操作系統：（UNIX系統就采用剝奪式動態優先的CPU調度）：分時操作系統將CPU時間劃分為多個時間片,每個用戶一次只能運行一個時間片，時間片一到就讓出處理機供其他用戶程序使用。由于CPU速度很快，而時間片相對較短（為毫級），所以，每個用戶在自己的終端上操

43、作時感覺不到其他用戶的存在，就象他在獨占整個計算機系統一樣）Unix操作系統的組成應用程序Shell內核硬件Unix操作系統主要分成三個主要部分u 操作系統的核心，直接控制著計算機的各種資源，能有效地管理硬件設備、內存空間和進程等，使得用戶程序不受錯綜復雜的硬件事件細節的影響。 u Unix內核與用戶之間的接口，是Unix的命令解釋器。目前常見的Shell有Bourne Shell（sh）、Korn Shell（ksh）、C Shell（csh）、Bourne-again Shell（bash）u UNIX提供了很多工具軟件和應用程序供用戶使用，包括各種開發工具，編譯器，網絡通訊處理程序等，所

44、有應用程序都在Shell的管理和控制下為用戶服務UNIX內核體系結構74庫函數用戶程序核心層用戶層文件子系統進程間通信進程調度存儲管理進程控制子系統高速緩存字符設備塊設備設備驅動程序系統調用接口硬件控制硬件核心層硬件層整個UNIX系統可分成兩大部分：1. 由用戶程序和系統提供的服務構成的所謂核外程序，形成了良好的系統環境；2. 操作系統，又稱為核心，其中兩個主要的部分是文件子系統和進程控制子系統。 進程控制子系統負責進程的創建、結束、同步、通信和進程調度以及存儲器的管理。 文件子系統用于有效地管理系統中的所有文件、并提供高速緩沖機制。 核外程序通過引用兩組被明確定義的系統調用與核心交往：1）一

45、組用于與文件子系統的交互作用；2）另一組則用于與進程控制子系統的交互作用。 技術成熟，可靠性高技術成熟，可靠性高可移植性好可移植性好網絡和數據庫網絡和數據庫功能強大功能強大開放性，開放性，安全機制完善安全機制完善良好的開發環境良好的開發環境Unix特點主流操作系統 HP HP-unix IBM AIXOracle solarisUNIX種類K-UX浪潮K-UX操作系統國內唯一通過Unix03標準認證的操作系統國內唯一通過國家信息系統安全等級保護三級認證的Unix系統所有通過 UNIX 標準認證的操作系統列表IBMIBM AIX 5L/6HPHP-UX 11iOracleOracle Solar

46、is 10/11 FCSAppleMac OS X 10.8浪潮Inspur K-UX 2.0中國操作系統發展道路中的里程碑D最小保護C1任意的信息保護C2控制的訪問保護B1層次化的信息保護B2結構化的保護B3安全領域A1驗證的信息保護任意策略任意及強策略Single LevelSecurityMultilevelSecurity強化審計追蹤要求事項系統結構要求事項的強化強力的系統結構要求事項用戶和數據的分離追蹤登錄 &審計數據級別可信賴的安全功能的分離設備 級別防偽造 NTCBDescriptiveFormalTop-Level Specification定型的安全模塊驗證強化入侵測

47、試強化形象管理強化安全隧道安全的發布非定型驗證安全性(低)(高) TCSEC(Trusted Computer System Evaluation Criteria : 美國防部系統安全測評標準)商用操作系統進口安全操作系統貿易壁壘等級保護15級操作系統安全分級K-UX 操作系統容錯機制智能故障管理系統K-UX 操作系統架構故障探測器硬件抽象層硬件抽象層動態伸縮路徑冗余驅動程序驅動程序層層內核功能內核功能層層應用支撐層應用支撐層驅動程序虛擬運行環境內核多副本動態探針進程冗余輕量級應用容器異構一致性驅動程序虛擬運行環境驅動程序虛擬運行環境為設備驅動提供隔為設備驅動提供隔離運行環境，從根本上解決了

48、不良驅動對離運行環境，從根本上解決了不良驅動對系統的潛在威脅系統的潛在威脅操作系統核心級進程同步高可用機制，失操作系統核心級進程同步高可用機制，失效切換時間縮短至微秒級效切換時間縮短至微秒級內核多副本技術保證操作系統核心狀態意內核多副本技術保證操作系統核心狀態意外改變時系統穩定運行外改變時系統穩定運行浪潮K-UX 操作系統在硬件抽象層、驅動程序層、內核功能層和應用支撐層具備了多種有效的容錯特性，實現了完備的整體容錯機制，全面支撐核心關鍵應用內核多副本與共享庫多副本技術面向體系結構的創新優化，解決節點間訪存效率不一致引發的性能問題在各節點建立核心及共享庫副本，保證應用程序總是訪問本地的操作系統內

49、核及共享庫，顯著提高系統整體性能多級調度域，多副本，DMA局部化等優化技術提升系統性能近270%以性能基準測試LMbench為例：每秒調用SysCall約 21000 次，庫函數約 9000 次使用多副本技術后該應用每秒減少近 30000 次遠程內存訪問，提升性能近 160%技術突破K-UX操作系統容錯機制內核級進程冗余技術將現有高可用系統的失效切換時間由分鐘級大幅縮短至微秒級識別關鍵應用，透明地構造進程冗余特定同步點對比主進程與冗余進程的執行狀態和數據，精確維護其一致性技術突破K-UX操作系統容錯機制驅動程序虛擬運行環境為設備驅動提供隔離運行環境，從根本上解決了不良驅動對系統的潛在威脅在驅動

50、程序和操作系統內核間構建驅動隔離層，對內核區域進行嚴格的訪問控制支持驅動程序故障檢測及恢復，能夠自動識別和重新初始化失效的驅動模塊技術突破K-UX操作系統容錯機制進程管理子系統 進程: 執行中的程序. 包括處理器狀態,資源集，核心內部數據,內存地址空間及映射以及執行線程. 進程管理: 向應用程序提供虛擬的CPU資源. 對應用而言,如同其獨占處理器;對用戶而言,如同多個程序并行執行. 內核中的進程管理包括進程調度,負載均衡及進程間通信 CPUSET：提供多種功能，可以用來設置進程的與CPU的綁定關系，遷移進程至指定的CPU上執行，指定一個程序在某個CPU上運行等。故障管理子系統Fault Manager System（簡稱FMS）：提供了一套完整靈活的體系結構，用于錯誤檢測，自動診斷，代理響應（包括隔離、恢復和修復），擁有結構化的事件驅動機制，實現預測性自我修復能力。FMS實現對系統組件（包括CPU，內存和I/O子系統）有效管理，當檢測到錯誤后，能夠及時診斷并處理。