《 跟老男孩學Linux運維：核心基礎篇（上）（第2版）》 —0.5　服務器（計算機）核心零部件介紹

0.5　服務器（計算機）核心零部件介紹

圖0-13為拆開蓋子后的Dell服務器內部結構圖，讀者可以通過此圖了解Dell服務器的內部結構信息，其中對相關區域做了簡單標記。

圖0-13　Dell服務器的內部結構圖

0.5.1　電源

電源相當于人體的心臟，需保障電力供應，如果要買服務器，請選擇質量好的電源。

在生產中，若是單個服務器負責核心業務，那么最好使用雙電源，分別接機房A、B線路。如果服務器是集群中的一臺（若干機器做一件事），那么可以不用雙電源。除此之外，運維工作就不用再過多考慮電源的其他問題了。

電源的代表示例如圖0-14和圖0-15所示。

圖0-14　Dell服務器可插拔電源的“苗條”和“富態”兩種外形

圖0-15　臺式電腦和筆記本電腦的電源

0.5.2　CPU處理器

CPU處理器相當于人體的大腦，負責整個計算機的運算和控制，是影響服務器性能效率的最核心部件（如圖0-16所示）。

CPU常見的種類分為精簡指令集和復雜指令集兩類，具體說明如下。

精簡指令集的CPU設計代表有SUN公司的SPARC系列和ARM系列等，這類CPU的設計特點是指令集精簡，每個指令執行的時間很短，操作很簡單、效率較高。

圖0-16　CPU外形示例

復雜指令集的設計代表有大家熟知的Intel至強系列（XEON）（應用廣泛）和AMD系列（應用不多）等。這類CPU的設計特點是指令數量多、指令集復雜，且執行的時間較長，但能處理的事務更多、更豐富。

Intel、AMD作為x86架構的CPU，主要用于PC或DELL等常見品牌的系列服務器上。

服務器CPU的顆數，我們稱為路數。例如，DELL R630 雙路1U服務器、DELL R720 雙路2U服務器、DELL R830四路2U服務器。

CPU一般通過頻率吉赫茲（GHz）表示性能的好壞，頻率越高速度越快，簡單地說，CPU頻率就是用來表示CPU每秒鐘的工作次數，例如，筆者所用電腦的CPU是Intel (R)Core (TM) i7-6700HQ CPU @ 2.60Hz (8 CPUs),~2.6GHz。

企業級常見的物理服務器配置包括如下兩種。

一般企業里的服務器，CPU個（顆）數為2～4顆，單個（顆）CPU是四核。內存總量一般是16～256GB（32GB、64GB比較常見）。

用于虛擬化的宿主機（例如，應用VMware（虛擬化軟件）、KVM的主機），CPU顆數可達4～8顆，內存總量一般是48～128GB，常規企業可以同時啟動6～10個虛擬機，甚至更多，主要是根據業務需求決定虛擬機的配置大小。

CPU長時間運行會發熱，因此需要配置降溫的設備，即CPU風扇或散熱片（如圖0-17和圖0-18所示），散熱片主要是用金屬銅或者鋁制作的，目的是將熱量快速傳導出去。

在企業級系統運維中，選擇CPU硬件配置，以及監測和優化服務器系統的CPU性能，是運維人員的常見工作之一。CPU的優化是一項復雜的工作，需要長期的實踐和反復觀察，由于這部分內容的難度很大且復雜，筆者在后期出版的系列高級技術圖書中會加重筆墨，讀者可以重點關注。

圖0-18　服務器CPU上附帶的散熱片以及翻開的CPU示意

0.5.3　內存

內存（RAM）是CPU和磁盤之間的緩沖設備（如圖0-19所示），是臨時存儲器（用于存放數據）。若斷電，數據就會丟失。

圖0-19　服務器內存展示

程序運行的時候，一般會被調度到內存中執行，服務器關閉或程序關閉之后，數據將自動從內存中釋放掉。

1.程序和進程的基本概念

這里簡單介紹程序和進程的區別，具體見表0-5。

表0-5　程序、進程、守護進程間的區別

2.企業案例：提升用戶體驗的網站解決方案

（1）門戶（大網站）極端案例：大并發寫入案例（搶紅包、微博）

遇到高并發、大數據量“寫”數據的極端情況時，系統會將數據先寫到內存中，在數據積累了一定的量后，再定時或者定量地寫到磁盤中以減輕磁盤的壓力，減少磁盤I/O（Input/Output，磁盤的輸入/輸出），最終再將數據加載到內存中以對外提供訪問，目的還是為了減輕對磁盤的訪問壓力，相關流程如圖0-20所示。

圖0-20　企業高并發業務寫入流程圖

這種狀況的特點具體如下。

優點是寫數據到內存時，性能高、速度快（適用于微博、微信、SNS（社交網）、秒殺等場景）。

缺點是可能會丟失一部分在內存中還沒有來得及存入磁盤的數據。

解決數據丟失的方法具體如下。

在服務器主板上安裝蓄電池，在斷電后宕機前瞬間將內存數據回寫到磁盤。

UPS（一組蓄電池）不間斷供電（IDC數據中心機房一般都會用UPS持續供電）。UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply），即不間斷電源，是將蓄電池（多為鉛酸免維護蓄電池）與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統設備。

選雙路電的機房，使用雙電源、分別接不同路的電，以及將服務器放到不同的機柜中，將企業業務放置到不同的地區（異地）。

柴油發電機+油罐，機房一般會與附近的加油站簽訂緊急供油協議。

（2）中小型企業案例

對于并發訪問（可簡單理解為同時訪問的數量）不是很大、數據量也不是特別大的網站，若是業務讀多寫少，則會先將數據寫入磁盤中，然后通過程序將寫到磁盤的數據讀到內存中，再對外通過讀取內存提供訪問服務（如圖0-21所示）。絕大多數企業的業務邏輯還是讀請求（例如，瀏覽頁面）多于寫請求（例如，寫文章、發朋友圈）。

圖0-21　中小型企業訪問量低的讀寫流程示意

注意：由于99%的網站以及企業業務都是以讀取為主、寫入為輔的，讀寫比例一般可能大于10:1，所以并發寫入一般都不是大問題。這里提到的將數據寫入內存一般是由Memcached或Redis等高效的內存級別軟件來實現的，各類關系型數據庫一般也都提供了讀寫緩存的功能。

3.企業Linux面試題：計算機操作系統中，緩沖區和緩存區有什么區別？

對于新手，可參考如下說明來理解或解答。

（1）緩沖區

將數據寫入內存，這個數據的內存空間在Linux系統里一般稱為緩沖區（buffer），例如，寫入到內存緩沖區，即寫緩沖。

為了提高寫操作性能，數據在寫入最終介質或下一層級介質之前會合并放入緩沖區中。這樣會增加數據持久寫的延時，因為第一次寫入緩沖區后，在向下寫入數據之前，還要等待后續的寫入，以便湊夠數據或者定時寫入到永久存儲介質中。

（2）緩存區

從內存中讀取數據，這個存數據的內存空間在Linux系統里一般稱為緩存區（cache），例如，從內存緩存區讀取，即讀緩存。

操作系統利用緩存提高文件系統的讀性能和內存的分配性能，應用程序使用緩存也是為了提高讀訪問效率。將經常訪問的操作結果保存在緩存中可備隨時使用，而非總是執行讀磁盤以獲取數據等開銷較高的操作。

記住一句話：緩存無處不在，無論是電腦硬件、操作系統，還是企業網站集群及其他業務系統！

0.5.4　磁盤

1.磁盤的基礎知識

磁盤就是永久存放數據的存儲器（如圖0-22、圖0-23和圖0-24所示），不過，磁盤上也是有緩存的（芯片）。

圖0-22　有不同接口類型的硬盤圖

圖0-23　企業級硬盤外觀與硬盤架子及SSD硬盤外觀

圖0-24　企業級硬盤從服務器插拔瞬間

常用的磁盤（硬盤）都是3.5英寸的，常規的機械硬盤，讀取（性能不高）性能相比內存差很多，所以，在企業中，我們才會將大量的數據緩存到內存中，寫入到緩沖區中，這是當今互聯網網站必備的解決網站訪問速度慢的方案。

磁盤的接口包括IDE、SCSI、SAS、SATA等種類，其中IDE、SCSI已退出歷史舞臺。

磁盤的類型又分為機械磁盤和SSD（固態硬盤）兩種。

性能與價格排序（從高到低）：SSD（固態硬盤）>SAS> SATA。

2.磁盤的相關單位

現在生產的單塊磁盤的容量越來越大，體積卻越來越小，速度也越來越快，其中，常見的磁盤有300GB、600GB、1TB、3TB、4TB等規格。

注意：對于工業級（企業級）硬盤計算，以1000為單位進行換算，即1TB=1000GB。

有關數據單位的換算，見0.7.3節。

3.計算機與服務器的各硬件I/O對比

I/O（Input/Output）即輸入/輸出，一般翻譯為讀寫。衡量磁盤讀寫速度的單位是iops，即input/output per second（每秒的輸入輸出）。

通過圖0-25不難發現，CPU的速度最快，其次是內存，最慢的就是硬盤和網卡了。圖0-25可以幫助讀者理解不同設備的性能差距，未來做運維工作的時候，可從速度慢、瓶頸大的設備進行改進和轉化。

4.小結

圖0-25　計算機各級設備I/O性能基本對比

企業級硬盤適合7×24小時持續使用，一般較貴，與筆記本電腦以及家用臺式電腦的硬盤有區別（工業級和家用）。

對于企業高并發網站來講，系統都會盡量讓用戶從內存中讀取數據，而不是硬盤。

企業運維和架構師做網站優化，以及服務器、軟件優化的核心本質，幾乎都是在調整磁盤和內存之間的使用比例。

圖0-26所示的是緩存在服務器各硬件上的速度和大小對比另類維度圖解，從上到下由高速到低速，容量從小到大。

圖0-26　緩存在服務器各硬件上的速度和大小對比另類維度圖解

0.5.5　Raid卡（陣列卡）

當企業的網站（業務）數據量很大，單塊盤裝不下了的時候，若購買多塊硬盤存放數據，則需要利用工具（Raid）將所有硬盤整合成一個大磁盤，再在這個大磁盤上分區（劃分隔斷、虛擬磁盤）存放數據，但是硬盤多了勢必會有損壞，可數據是不能丟的。因此，Raid還具備另一大功能，就是多塊硬盤放置在一起可以配置冗余（備份），即使若干硬盤有損壞，數據也不會丟失，又因為業務對多塊硬盤存儲的數據訪問效率也有需求，因此，Raid分成了不同的級別。比如，Raid0、Raid1、Raid10、Raid5等，更多具體劃分情況將在本書后文詳細說明。

那么，什么是Raid呢？它其實是一種技術，稱為磁盤冗余陣列，Raid的實現有軟Raid（即軟件實現）和硬Raid（即硬件實現），二者的主要區別就是，硬件Raid的實現性能、冗余都更好、更高。不過，在企業真正的重要服務器里，Raid幾乎是不被采用的，請讀者注意這點。

1. Raid卡（陣列卡）的好處

可以將所有硬盤整合到一起（擴充容量）。

可以使得數據更加安全（數據冗余）。

可以獲得更高的效率（讀寫性能）。

如果有Raid卡，則一般會將磁盤連接到Raid卡上，而不是直接插到主板上，Raid卡最終將插到主板對應的插槽里。

與Raid卡相關的內容如圖0-27和圖0-28所示。

圖0-27　Dell服務器的Raid卡

圖0-28　確保數據安全的Raid卡電池

前面已經提到過，Raid分軟Raid和硬Raid，其中，硬Raid卡又分兩種，具體如下：

服務器板載Raid卡，缺點是只支持Raid0或Raid1級別。

獨立Raid卡，支持更多功能。

2. Raid的多種整合方式（Raid級別）

Raid級別有很多種，常見的Raid級別有Raid0、Raid1、Raid5、Raid10。

互聯網公司的服務器一般都會購買獨立Raid卡，Raid卡上也是有緩存的，具體說明如下：

冗余從好到壞：Raid1、Raid10、Raid5、Raid0

性能從好到壞：Raid0、Raid10、Raid5、Raid1

成本從低到高：Raid0、Raid5、Raid1、Raid10

小作業：了解Raid的常見級別、冗余、性能和特點，這部分知識在本書后文Linux運維圖（或者下一部圖書）中會詳細講解，讀者可先進行大致了解，然后跟著本系列書學習。

0.5.6　光驅

光驅作為一個設備也已經幾乎退出歷史舞臺了，幾乎所有的影視劇、音樂等也都不再使用光驅發行。

在企業應用中，光驅主要用于為服務器裝系統，不過，出于為公司省錢考慮，可在購買服務器時淘汰光驅，換成下面的高效安裝方式。

用U盤做鏡像來安裝系統。

還可以使用更高端的網絡安裝（ftp、http），無人值守批量安裝系統（pxe+ kickstart）。

參考文檔：

http://blog.oldboyedu.com/autoinstall-kickstart/

http://blog.oldboyedu.com/autoinstall-cobbler/

以下課程里提供了無人值守安裝的面授課程和視頻課程，讀者有需要可以進入www.oldboyedu.com咨詢。

0.5.7　遠程管理卡

遠程管理卡是服務器特有的遠程管理部件，在家用電腦及筆記本電腦上是不存在的，如圖0-29所示。

遠程控制卡的作用是通過網絡遠程（異地）開關服務器，并可以查看服務器開關的過程等信息，早期（2010年以前），服務器托管在IDC機房，如果出現問題，運維人員必須親自到機房或者請機房中的人管理，有了管理卡之后，運維人員管理服務器的效率就大大提高了。

遠程管理卡分為服務器自帶遠程管理卡和獨立遠程管理卡兩類。服務器自帶的遠程管理卡，可以關機、開機，但是看不到開關服務器的過程。因此，建議為服務器配備獨立的遠程管理卡，成本上可能會多花人民幣100元左右，但是好處是很明顯的，當服務器出現問題時，不用打車或出差，也不用給機房人員打電話，而是可以利用管理卡快速查看服務器故障及恢復服務。

0.5.8　機房里的服務器

服務器一般是存放在機房的機柜里面的，一定要為服務器的各類線貼上規范標簽，標記出每根線的用途等必要信息，如圖0-30和圖0-31所示。

作為一名專業的Linux運維人員，不僅要熟悉Linux運維基礎，在工作中也需要更專業和規范，下面是關于運維人員專業性的一篇文章，希望能提供一些啟發：http://blog.51cto.com/oldboy/2083789。

0.5.9　主板（普通電腦）

主板實際上就是一塊電路板，相當于人體的骨架，CPU、內存、磁盤、Raid卡等所有硬件設備最終都要連接在主板上，才能正常工作。圖0-32展示的是普通臺式電腦的主板示意。

圖0-32　普通臺式電腦的主板示意

這里主要介紹一下南橋芯片、北橋芯片和BIOS芯片。

南橋芯片（South Bridge）是主板芯片組的重要組成部分，一般位于主板上離CPU插槽較遠的下方、PCI插槽的附近。這種布局是考慮到它所連接的I/O總線較多，離處理器遠一點有利于布線。相對于北橋芯片來說，其數據處理量并不算大，所以南橋芯片一般都沒有覆蓋散熱片。南橋芯片不與處理器直接相連，而是通過一定的方式（不同廠商的各種芯片組有所不同，例如，英特爾的英特爾Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded“妙渠”）與北橋芯片相連。

南橋芯片負責I/O總線之間的通信，如PCI總線、USB、LAN、ATA、SATA、音頻控制器、鍵盤控制器、實時時鐘控制器、高級電源管理等，這些技術相對來說一般比較穩定，所以在不同的芯片組中，它們的南橋芯片可能是一樣的，不同的只是北橋芯片。南橋芯片的發展方向主要是集成更多的功能，例如網卡、Raid、IEEE 1394，甚至是Wi-Fi無線網絡等。圖0-32中，中間靠下的那個較大的芯片就是主板的南橋芯片。

北橋芯片（North Bridge）負責與CPU聯系，并且會控制內存、AGP數據在北橋內部傳輸，提供對CPU的類型和主頻、系統的前端總線頻率、內存的類型（SDRAM、DDR SDRAM以及RDRAM，等）和最大容量、AGP插槽、ECC糾錯等的支持，整合型芯片組的北橋芯片還集成了顯示核心。北橋芯片就是主板上離CPU最近的芯片，這主要是考慮到北橋芯片與處理器之間的通信最為密切，因此，為了提高通信性能而縮短了傳輸距離。因為北橋芯片的數據處理量非常大，發熱量也越來越高，所以現在的北橋芯片都覆蓋著散熱片以加強散熱，有些主板的北橋芯片還會配合風扇進行散熱。

BIOS（Basic Input Output System）芯片（CMOS芯片）（如圖0-33所示）負責主板通電后各部件的自檢、設置和保存，一切正常后才能啟動操作系統。其記錄了電腦最基本的信息，是軟件與硬件打交道的最基礎的橋梁，沒有它，電腦就不能正常工作。

常見的三種BIOS分別為Award、AMI、Phoenix。

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