《 跟老男孩学Linux运维：核心基础篇（上）（第2版）》 —0.5　服务器（计算机）核心零部件介绍

0.5　服务器（计算机）核心零部件介绍

图0-13为拆开盖子后的Dell服务器内部结构图，读者可以通过此图了解Dell服务器的内部结构信息，其中对相关区域做了简单标记。

图0-13　Dell服务器的内部结构图

0.5.1　电源

电源相当于人体的心脏，需保障电力供应，如果要买服务器，请选择质量好的电源。

在生产中，若是单个服务器负责核心业务，那么最好使用双电源，分别接机房A、B线路。如果服务器是集群中的一台（若干机器做一件事），那么可以不用双电源。除此之外，运维工作就不用再过多考虑电源的其他问题了。

电源的代表示例如图0-14和图0-15所示。

图0-14　Dell服务器可插拔电源的“苗条”和“富态”两种外形

图0-15　台式电脑和笔记本电脑的电源

0.5.2　CPU处理器

CPU处理器相当于人体的大脑，负责整个计算机的运算和控制，是影响服务器性能效率的最核心部件（如图0-16所示）。

CPU常见的种类分为精简指令集和复杂指令集两类，具体说明如下。

精简指令集的CPU设计代表有SUN公司的SPARC系列和ARM系列等，这类CPU的设计特点是指令集精简，每个指令执行的时间很短，操作很简单、效率较高。

图0-16　CPU外形示例

复杂指令集的设计代表有大家熟知的Intel至强系列（XEON）（应用广泛）和AMD系列（应用不多）等。这类CPU的设计特点是指令数量多、指令集复杂，且执行的时间较长，但能处理的事务更多、更丰富。

Intel、AMD作为x86架构的CPU，主要用于PC或DELL等常见品牌的系列服务器上。

服务器CPU的颗数，我们称为路数。例如，DELL R630 双路1U服务器、DELL R720 双路2U服务器、DELL R830四路2U服务器。

CPU一般通过频率吉赫兹（GHz）表示性能的好坏，频率越高速度越快，简单地说，CPU频率就是用来表示CPU每秒钟的工作次数，例如，笔者所用电脑的CPU是Intel (R)Core (TM) i7-6700HQ CPU @ 2.60Hz (8 CPUs),~2.6GHz。

企业级常见的物理服务器配置包括如下两种。

一般企业里的服务器，CPU个（颗）数为2～4颗，单个（颗）CPU是四核。内存总量一般是16～256GB（32GB、64GB比较常见）。

用于虚拟化的宿主机（例如，应用VMware（虚拟化软件）、KVM的主机），CPU颗数可达4～8颗，内存总量一般是48～128GB，常规企业可以同时启动6～10个虚拟机，甚至更多，主要是根据业务需求决定虚拟机的配置大小。

CPU长时间运行会发热，因此需要配置降温的设备，即CPU风扇或散热片（如图0-17和图0-18所示），散热片主要是用金属铜或者铝制作的，目的是将热量快速传导出去。

在企业级系统运维中，选择CPU硬件配置，以及监测和优化服务器系统的CPU性能，是运维人员的常见工作之一。CPU的优化是一项复杂的工作，需要长期的实践和反复观察，由于这部分内容的难度很大且复杂，笔者在后期出版的系列高级技术图书中会加重笔墨，读者可以重点关注。

图0-18　服务器CPU上附带的散热片以及翻开的CPU示意

0.5.3　内存

内存（RAM）是CPU和磁盘之间的缓冲设备（如图0-19所示），是临时存储器（用于存放数据）。若断电，数据就会丢失。

图0-19　服务器内存展示

程序运行的时候，一般会被调度到内存中执行，服务器关闭或程序关闭之后，数据将自动从内存中释放掉。

1.程序和进程的基本概念

这里简单介绍程序和进程的区别，具体见表0-5。

表0-5　程序、进程、守护进程间的区别

2.企业案例：提升用户体验的网站解决方案

（1）门户（大网站）极端案例：大并发写入案例（抢红包、微博）

遇到高并发、大数据量“写”数据的极端情况时，系统会将数据先写到内存中，在数据积累了一定的量后，再定时或者定量地写到磁盘中以减轻磁盘的压力，减少磁盘I/O（Input/Output，磁盘的输入/输出），最终再将数据加载到内存中以对外提供访问，目的还是为了减轻对磁盘的访问压力，相关流程如图0-20所示。

图0-20　企业高并发业务写入流程图

这种状况的特点具体如下。

优点是写数据到内存时，性能高、速度快（适用于微博、微信、SNS（社交网）、秒杀等场景）。

缺点是可能会丢失一部分在内存中还没有来得及存入磁盘的数据。

解决数据丢失的方法具体如下。

在服务器主板上安装蓄电池，在断电后宕机前瞬间将内存数据回写到磁盘。

UPS（一组蓄电池）不间断供电（IDC数据中心机房一般都会用UPS持续供电）。UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply），即不间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。

选双路电的机房，使用双电源、分别接不同路的电，以及将服务器放到不同的机柜中，将企业业务放置到不同的地区（异地）。

柴油发电机+油罐，机房一般会与附近的加油站签订紧急供油协议。

（2）中小型企业案例

对于并发访问（可简单理解为同时访问的数量）不是很大、数据量也不是特别大的网站，若是业务读多写少，则会先将数据写入磁盘中，然后通过程序将写到磁盘的数据读到内存中，再对外通过读取内存提供访问服务（如图0-21所示）。绝大多数企业的业务逻辑还是读请求（例如，浏览页面）多于写请求（例如，写文章、发朋友圈）。

图0-21　中小型企业访问量低的读写流程示意

注意：由于99%的网站以及企业业务都是以读取为主、写入为辅的，读写比例一般可能大于10:1，所以并发写入一般都不是大问题。这里提到的将数据写入内存一般是由Memcached或Redis等高效的内存级别软件来实现的，各类关系型数据库一般也都提供了读写缓存的功能。

3.企业Linux面试题：计算机操作系统中，缓冲区和缓存区有什么区别？

对于新手，可参考如下说明来理解或解答。

（1）缓冲区

将数据写入内存，这个数据的内存空间在Linux系统里一般称为缓冲区（buffer），例如，写入到内存缓冲区，即写缓冲。

为了提高写操作性能，数据在写入最终介质或下一层级介质之前会合并放入缓冲区中。这样会增加数据持久写的延时，因为第一次写入缓冲区后，在向下写入数据之前，还要等待后续的写入，以便凑够数据或者定时写入到永久存储介质中。

（2）缓存区

从内存中读取数据，这个存数据的内存空间在Linux系统里一般称为缓存区（cache），例如，从内存缓存区读取，即读缓存。

操作系统利用缓存提高文件系统的读性能和内存的分配性能，应用程序使用缓存也是为了提高读访问效率。将经常访问的操作结果保存在缓存中可备随时使用，而非总是执行读磁盘以获取数据等开销较高的操作。

记住一句话：缓存无处不在，无论是电脑硬件、操作系统，还是企业网站集群及其他业务系统！

0.5.4　磁盘

1.磁盘的基础知识

磁盘就是永久存放数据的存储器（如图0-22、图0-23和图0-24所示），不过，磁盘上也是有缓存的（芯片）。

图0-22　有不同接口类型的硬盘图

图0-23　企业级硬盘外观与硬盘架子及SSD硬盘外观

图0-24　企业级硬盘从服务器插拔瞬间

常用的磁盘（硬盘）都是3.5英寸的，常规的机械硬盘，读取（性能不高）性能相比内存差很多，所以，在企业中，我们才会将大量的数据缓存到内存中，写入到缓冲区中，这是当今互联网网站必备的解决网站访问速度慢的方案。

磁盘的接口包括IDE、SCSI、SAS、SATA等种类，其中IDE、SCSI已退出历史舞台。

磁盘的类型又分为机械磁盘和SSD（固态硬盘）两种。

性能与价格排序（从高到低）：SSD（固态硬盘）>SAS> SATA。

2.磁盘的相关单位

现在生产的单块磁盘的容量越来越大，体积却越来越小，速度也越来越快，其中，常见的磁盘有300GB、600GB、1TB、3TB、4TB等规格。

注意：对于工业级（企业级）硬盘计算，以1000为单位进行换算，即1TB=1000GB。

有关数据单位的换算，见0.7.3节。

3.计算机与服务器的各硬件I/O对比

I/O（Input/Output）即输入/输出，一般翻译为读写。衡量磁盘读写速度的单位是iops，即input/output per second（每秒的输入输出）。

通过图0-25不难发现，CPU的速度最快，其次是内存，最慢的就是硬盘和网卡了。图0-25可以帮助读者理解不同设备的性能差距，未来做运维工作的时候，可从速度慢、瓶颈大的设备进行改进和转化。

4.小结

图0-25　计算机各级设备I/O性能基本对比

企业级硬盘适合7×24小时持续使用，一般较贵，与笔记本电脑以及家用台式电脑的硬盘有区别（工业级和家用）。

对于企业高并发网站来讲，系统都会尽量让用户从内存中读取数据，而不是硬盘。

企业运维和架构师做网站优化，以及服务器、软件优化的核心本质，几乎都是在调整磁盘和内存之间的使用比例。

图0-26所示的是缓存在服务器各硬件上的速度和大小对比另类维度图解，从上到下由高速到低速，容量从小到大。

图0-26　缓存在服务器各硬件上的速度和大小对比另类维度图解

0.5.5　Raid卡（阵列卡）

当企业的网站（业务）数据量很大，单块盘装不下了的时候，若购买多块硬盘存放数据，则需要利用工具（Raid）将所有硬盘整合成一个大磁盘，再在这个大磁盘上分区（划分隔断、虚拟磁盘）存放数据，但是硬盘多了势必会有损坏，可数据是不能丢的。因此，Raid还具备另一大功能，就是多块硬盘放置在一起可以配置冗余（备份），即使若干硬盘有损坏，数据也不会丢失，又因为业务对多块硬盘存储的数据访问效率也有需求，因此，Raid分成了不同的级别。比如，Raid0、Raid1、Raid10、Raid5等，更多具体划分情况将在本书后文详细说明。

那么，什么是Raid呢？它其实是一种技术，称为磁盘冗余阵列，Raid的实现有软Raid（即软件实现）和硬Raid（即硬件实现），二者的主要区别就是，硬件Raid的实现性能、冗余都更好、更高。不过，在企业真正的重要服务器里，Raid几乎是不被采用的，请读者注意这点。

1. Raid卡（阵列卡）的好处

可以将所有硬盘整合到一起（扩充容量）。

可以使得数据更加安全（数据冗余）。

可以获得更高的效率（读写性能）。

如果有Raid卡，则一般会将磁盘连接到Raid卡上，而不是直接插到主板上，Raid卡最终将插到主板对应的插槽里。

与Raid卡相关的内容如图0-27和图0-28所示。

图0-27　Dell服务器的Raid卡

图0-28　确保数据安全的Raid卡电池

前面已经提到过，Raid分软Raid和硬Raid，其中，硬Raid卡又分两种，具体如下：

服务器板载Raid卡，缺点是只支持Raid0或Raid1级别。

独立Raid卡，支持更多功能。

2. Raid的多种整合方式（Raid级别）

Raid级别有很多种，常见的Raid级别有Raid0、Raid1、Raid5、Raid10。

互联网公司的服务器一般都会购买独立Raid卡，Raid卡上也是有缓存的，具体说明如下：

冗余从好到坏：Raid1、Raid10、Raid5、Raid0

性能从好到坏：Raid0、Raid10、Raid5、Raid1

成本从低到高：Raid0、Raid5、Raid1、Raid10

小作业：了解Raid的常见级别、冗余、性能和特点，这部分知识在本书后文Linux运维图（或者下一部图书）中会详细讲解，读者可先进行大致了解，然后跟着本系列书学习。

0.5.6　光驱

光驱作为一个设备也已经几乎退出历史舞台了，几乎所有的影视剧、音乐等也都不再使用光驱发行。

在企业应用中，光驱主要用于为服务器装系统，不过，出于为公司省钱考虑，可在购买服务器时淘汰光驱，换成下面的高效安装方式。

用U盘做镜像来安装系统。

还可以使用更高端的网络安装（ftp、http），无人值守批量安装系统（pxe+ kickstart）。

参考文档：

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

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

以下课程里提供了无人值守安装的面授课程和视频课程，读者有需要可以进入www.oldboyedu.com咨询。

0.5.7　远程管理卡

远程管理卡是服务器特有的远程管理部件，在家用电脑及笔记本电脑上是不存在的，如图0-29所示。

远程控制卡的作用是通过网络远程（异地）开关服务器，并可以查看服务器开关的过程等信息，早期（2010年以前），服务器托管在IDC机房，如果出现问题，运维人员必须亲自到机房或者请机房中的人管理，有了管理卡之后，运维人员管理服务器的效率就大大提高了。

远程管理卡分为服务器自带远程管理卡和独立远程管理卡两类。服务器自带的远程管理卡，可以关机、开机，但是看不到开关服务器的过程。因此，建议为服务器配备独立的远程管理卡，成本上可能会多花人民币100元左右，但是好处是很明显的，当服务器出现问题时，不用打车或出差，也不用给机房人员打电话，而是可以利用管理卡快速查看服务器故障及恢复服务。

0.5.8　机房里的服务器

服务器一般是存放在机房的机柜里面的，一定要为服务器的各类线贴上规范标签，标记出每根线的用途等必要信息，如图0-30和图0-31所示。

作为一名专业的Linux运维人员，不仅要熟悉Linux运维基础，在工作中也需要更专业和规范，下面是关于运维人员专业性的一篇文章，希望能提供一些启发：http://blog.51cto.com/oldboy/2083789。

0.5.9　主板（普通电脑）

主板实际上就是一块电路板，相当于人体的骨架，CPU、内存、磁盘、Raid卡等所有硬件设备最终都要连接在主板上，才能正常工作。图0-32展示的是普通台式电脑的主板示意。

图0-32　普通台式电脑的主板示意

这里主要介绍一下南桥芯片、北桥芯片和BIOS芯片。

南桥芯片（South Bridge）是主板芯片组的重要组成部分，一般位于主板上离CPU插槽较远的下方、PCI插槽的附近。这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线。相对于北桥芯片来说，其数据处理量并不算大，所以南桥芯片一般都没有覆盖散热片。南桥芯片不与处理器直接相连，而是通过一定的方式（不同厂商的各种芯片组有所不同，例如，英特尔的英特尔Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded“妙渠”）与北桥芯片相连。

南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等，这些技术相对来说一般比较稳定，所以在不同的芯片组中，它们的南桥芯片可能是一样的，不同的只是北桥芯片。南桥芯片的发展方向主要是集成更多的功能，例如网卡、Raid、IEEE 1394，甚至是Wi-Fi无线网络等。图0-32中，中间靠下的那个较大的芯片就是主板的南桥芯片。

北桥芯片（North Bridge）负责与CPU联系，并且会控制内存、AGP数据在北桥内部传输，提供对CPU的类型和主频、系统的前端总线频率、内存的类型（SDRAM、DDR SDRAM以及RDRAM，等）和最大容量、AGP插槽、ECC纠错等的支持，整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。北桥芯片就是主板上离CPU最近的芯片，这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最为密切，因此，为了提高通信性能而缩短了传输距离。因为北桥芯片的数据处理量非常大，发热量也越来越高，所以现在的北桥芯片都覆盖着散热片以加强散热，有些主板的北桥芯片还会配合风扇进行散热。

BIOS（Basic Input Output System）芯片（CMOS芯片）（如图0-33所示）负责主板通电后各部件的自检、设置和保存，一切正常后才能启动操作系统。其记录了电脑最基本的信息，是软件与硬件打交道的最基础的桥梁，没有它，电脑就不能正常工作。

常见的三种BIOS分别为Award、AMI、Phoenix。