知识:服务器三大体系SMP、NUMA、MPP介绍[服务器安全]

从系统架构来看,目前的商用服务器大体可以分为三类,即对称多处理器构造(SMP:Symmetric Multi-Processor),非一致存储拜候构造(NUMA:Non-Uniform Memory Access),以及海量并行处理构造(MPP:Massive Parallel Processing).它们的特点辨别描写以下:

SMP(Symmetric Multi-Processor)

所谓对称多处理器构造,是指服务器中多个CPU对称工作,无主次或从属关系.各CPU同享相同的物理内存,每个 CPU拜候内存中的任何地址所需时间是相同的,因此SMP也被称为一致存储器拜候构造(UMA:Uniform Memory Access).对SMP服务器举行扩大的方法包含增添内存、利用更快的CPU、增添CPU、扩大I/O(槽口数与总线数)以及增添更多的外部设备(普通是磁盘存储).

SMP服务器的主要特点是同享,系统中全部资源(CPU、内存、I/O等)都是同享的.也恰是由于这种特点,招致了SMP服务器的主要问题,那就是它的扩大本领非常有限.关于SMP服务器而言,每一个同享的环节都大概造成SMP服务器扩大时的瓶颈,而最受限制的则是内存.由于每个CPU必须通过相同的内存总线拜候相同的内存资源,因此随着CPU数目的增添,内存拜候冲突将疾速增添,终究会造成CPU资源的浪费,使 CPU性能的有效性大大降低.实行证明,SMP服务器CPU操纵率最好的情形是2至4个CPU.           

图1.SMP服务器CPU操纵率状况

NUMA(Non-Uniform Memory Access)

由于SMP在扩大本领上的限制,人们开始根究若何举行有效地扩大从而构建大型系统的技术,NUMA就是这种勤奋下的后果之一.操纵NUMA技术,可以把几十个CPU(乃至上百个CPU)组合在一个服务器内.其CPU模块构造如图2所示: 

图2.NUMA服务器CPU模块构造

NUMA服务器的基本特点是具有多个CPU模块,每个CPU模块由多个CPU(如4个)构成,并且具有独立的本地内存、I/O槽口等.由于其节点之间可以通过互联模块(如称为Crossbar Switch)举行衔接和信息交互,因此每个CPU可以拜候整个系统的内存(这是NUMA系统与MPP系统的重要差别).明显,拜候本地内存的速度将远远高于拜候远地内存(系统内别的节点的内存)的速度,这也是非一致存储拜候NUMA的由来.由于这个特点,为了更好地施展系统性能,开辟利用程序时需求尽大概削减差别CPU模块之间的信息交互.操纵NUMA技术,可以较好地办理本来SMP系统的扩大问题,在一个物理服务器内可以支持上百个CPU.对比典型的NUMA服务器的例子包含HP的Superdome、SUN15K、IBMp690等.

但NUMA技术一样有一定缺陷,由于拜候远地内存的延时远远超越本地内存,因此当CPU数目增添时,系统性能无法线性增添.如HP公司公布Superdome服务器时,曾公布了它与HP别的UNIX服务器的相对性能值,后果发现,64路CPU的Superdome (NUMA构造)的相对性能值是20,而8路N4000(同享的SMP构造)的相对性能值是6.3.从这个后果可以看到,8倍数目的CPU换来的只是3倍性能的晋升. 

图3.MPP服务器架构图

MPP(Massive Parallel Processing)

和NUMA差别,MPP供应了别的一种举行系统扩大的方法,它由多个SMP服务器通过一定的节点互联网络举行衔接,协同工作,完成相同的任务,从用户的角度来看是一个服务器系统.其基本特点是由多个SMP服务器(每个SMP服务器称节点)通过节点互联网络衔接而成,每个节点只拜候自己的本地资源(内存、存储等),是一种完好无同享(Share Nothing)构造,因而扩大本领最好,理论上其扩大无限制,目前的技术可实现512个节点互联,数千个CPU.目前业界对节点互联网络暂无尺度,如 NCR的Bynet,IBM的SPSwitch,它们都采取了差别的内部实现机制.但节点互联网仅供MPP服务器内部利用,对用户而言是透明的.

在MPP系统中,每个SMP节点也可以运行自己的操作系统、数据库等.但和NUMA差别的是,它不存在异地内存拜候的问题.换言之,每个节点内的CPU不能拜候另一个节点的内存.节点之间的信息交互是通过节点互联网络实现的,这个历程普通称为数据重分配(Data Redistribution).

但是MPP服务器需求一种复杂的机制来调度和均衡各个节点的负载和并行处理历程.目前一些基于MPP技术的服务器常常通过系统级软件(如数据库)来屏蔽这种复杂性.举例来说,NCR的Teradata就是基于MPP技术的一个关系数据库软件,基于此数据库来开辟利用时,不管后台服务器由多少个节点构成,开辟人员所面对的都是同一个数据库系统,而不需求考虑若何调度此中某几个节点的负载.

NUMA与MPP的辨别

从架构来看,NUMA与MPP具有很多类似之处:它们都由多个节点构成,每个节点都具有自己的CPU、内存、I/O,节点之间都可以通过节点互联机制举行信息交互.那么它们的辨别在那边?通过解析下面NUMA和MPP服务器的内部架构和工作原理不难发现其差别所在.

首先是节点互联机制差别,NUMA的节点互联机制是在同一个物理服务器内部实现的,当某个CPU需求举行远地内存拜候时,它必须等候,这也是NUMA服务器无法实现CPU增添时性能线性扩大的主要缘由.而MPP的节点互联机制是在差别的SMP服务器外部通过I/O 实现的,每个节点只拜候本地内存和存储,节点之间的信息交互与节点本身的处理是并行举行的.因此MPP在增添节点时性能基本上可以实现线性扩大.

其次是内存拜候机制差别.在NUMA服务器内部,任何一个CPU可以拜候整个系统的内存,但远地拜候的性能远远低于本地内存拜候,因此在开辟利用程序时应当尽大概避免远地内存拜候.在MPP服务器中,每个节点只拜候本地内存,不存在远地内存拜候的问题.

数据仓库的挑选

哪类服务器越发适应数据仓库环境?这需求从数据仓库环境本身的负载特点动手.众所周知,典型的数据仓库环境具有大量复杂的数据处理和综合解析,要求系统具有很高的I/O处理本领,并且存储系统需求供应充足的I/O带宽与之匹配.而一个典型的OLTP系统则以联机事件处理为主,每个交易所触及的数据不多,要求系统具有很高的事件处理本领,可以在单位时间里处理尽大概多的交易.明显这两种利用环境的负载特点完好差别.

从NUMA架构来看,它可以在一个物理服务器内集成很多CPU,使系统具有较高的事件处理本领,由于远地内存拜候时延远擅长本地内存拜候,因此需求尽大概削减差别CPU模块之间的数据交互.明显,NUMA架构更实用于OLTP事件处理环境,当用于数据仓库环境时,由于大量复杂的数据处理必定招致大量的数据交互,将使CPU的操纵率大大降低.

相对而言,MPP服务器架构的并行处理本领更优胜,更合适于复杂的数据综合解析与处理环境.当然,它需求借助于支持MPP技术的关系数据库系统来屏蔽节点之间负载均衡与调度的复杂性.别的,这种并行处理本领也与节点互联网络有很大的关系.明显,适应于数据仓库环境的MPP服务器,其节点互联网络的I/O性能应当非常突出,才能充分施展整个系统的性能. 　　以上是“知识:服务器三大体系SMP、NUMA、MPP介绍[服务器安全]”的内容，如果你对以上该文章内容感兴趣，你可以看看七道奇为您推荐以下文章：