出品：科普中國

制作：鐵流

監(jiān)制：中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

據(jù)頭條號“中國科普博覽”22日消息，不久前，全球首款億級并發(fā)云服務(wù)器系統(tǒng)在天津正式量產(chǎn)，該產(chǎn)品是“十二五”國家863計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域“云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)（二期）”重大專項(xiàng)的成果。

那么，什么是云服務(wù)器，和云計(jì)算又有什么關(guān)系？這款云服務(wù)器有何特殊之處呢？

什么是云計(jì)算？

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式。狹義的云計(jì)算是指以計(jì)算、存儲為核心的IT硬件、軟件乃至IT基礎(chǔ)設(shè)施資源以服務(wù)形式進(jìn)行交付和使用的模式，指用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的IT資源。廣義的云計(jì)算泛指服務(wù)的交付和使用模式，指用戶通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的服務(wù)，這種服務(wù)既可以是IT硬件、軟件、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的，也可以是任意其他的服務(wù)。

一般說來，云計(jì)算具有大規(guī)模、資源池化、快速彈性、泛在接入訪問、按需自服務(wù)、服務(wù)可計(jì)量等特征，如果說互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的話，云計(jì)算就是它的中樞神經(jīng)，云計(jì)算將互聯(lián)網(wǎng)的核心硬件層，核心軟件層和互聯(lián)網(wǎng)信息層統(tǒng)一起來，并進(jìn)行管理、調(diào)度，為互聯(lián)網(wǎng)各系統(tǒng)提供支持和服務(wù)。在理想狀態(tài)下，互聯(lián)網(wǎng)使用者和物聯(lián)網(wǎng)傳感器通過網(wǎng)絡(luò)線路和計(jì)算機(jī)終端與云計(jì)算進(jìn)行交互，向云計(jì)算提供數(shù)據(jù)，接受云計(jì)算提供的服務(wù)。

目前，世界經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)國家和地區(qū)大多推出政策支持云計(jì)算核心技術(shù)的革新——在2012年，歐盟啟動了“釋放歐洲云計(jì)算潛力”的戰(zhàn)略計(jì)劃；在2014年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所發(fā)布了《美國政府云計(jì)算技術(shù)路線圖》；我國也在《國家“十二五”規(guī)劃綱要》中把云計(jì)算列為重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，提出構(gòu)建下一代信息基礎(chǔ)設(shè)施，加強(qiáng)云計(jì)算服務(wù)平臺建設(shè)?？梢哉f，云計(jì)算將成為世界各國搶占科技經(jīng)濟(jì)發(fā)展制高點(diǎn)的途徑之一。

什么是云服務(wù)器？

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

云服務(wù)器是專門面向云計(jì)算需求的服務(wù)器，最大的特點(diǎn)就在于性能功耗比和整體服務(wù)能力較傳統(tǒng)架構(gòu)服務(wù)器有顯著提升。傳統(tǒng)通用服務(wù)器架構(gòu)搭建的數(shù)據(jù)中心，優(yōu)點(diǎn)是可以應(yīng)對各種場景，然而，采用這種萬精油式的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)中心的搭建，也帶來相應(yīng)的弊端，其中很重要的一點(diǎn)就是，沒有針對性，各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)平平。然而云數(shù)據(jù)中心應(yīng)對的任務(wù)中，各自場景并非平均分布，相反云數(shù)據(jù)中心每天需要應(yīng)對大量的高并發(fā)訪問及信息查詢，同時(shí)，又對計(jì)算量要求不高，這就造成了云數(shù)據(jù)中心每天疲于應(yīng)付海量并發(fā)，而計(jì)算性能卻白白浪費(fèi)掉，同時(shí)能耗大也是采用服務(wù)器面臨的問題。對于云計(jì)算應(yīng)用中大量網(wǎng)絡(luò)托管、網(wǎng)頁服務(wù)器集群等網(wǎng)絡(luò)帶寬密集型應(yīng)用而言，平均CPU利用率僅為20%左右，造成了成本的浪費(fèi)。

相比之下，云服務(wù)器體系構(gòu)架有別于傳統(tǒng)的服務(wù)器，以本次曙光發(fā)布的全球首款億級并發(fā)云服務(wù)器系統(tǒng)來說，該產(chǎn)品放棄了通用服務(wù)器所采用的芯片組，針對云計(jì)算業(yè)務(wù)應(yīng)用的特點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化，用3D Torus網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)單路直連高耦合體系架構(gòu)，其中每個(gè)處理器可以獨(dú)占25bpsG帶寬，可以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。在結(jié)構(gòu)上大幅精簡，實(shí)現(xiàn)散熱、電源、管理監(jiān)控模塊、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)全共享，不僅降低了成本，又提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

解決了硬件資源虛擬化技術(shù)難題

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，云計(jì)算中心和數(shù)據(jù)中心部署的集群系統(tǒng)規(guī)模都非常大，計(jì)算節(jié)點(diǎn)大多以千為單位計(jì)算，在計(jì)算節(jié)點(diǎn)如此之多的情況下，要提高效率和效能，就離不開資源共享——當(dāng)應(yīng)用需要性能很強(qiáng)的時(shí)候，就配置高一些，把內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算資源多占一些，當(dāng)應(yīng)用需要性能不強(qiáng)的時(shí)候，就配置低一些，把內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算資源釋放一些。

然而，傳統(tǒng)服務(wù)器是獨(dú)立架構(gòu)，無法從硬件上實(shí)現(xiàn)服務(wù)器間資源共享。雖然可以通過軟件，從上層來進(jìn)行資源分配，但是這種做法會帶來額外的開銷，導(dǎo)致性能損失。而這恰恰與云計(jì)算中心和數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營者要求的高效率和高能效相違背。本次量產(chǎn)的全球首款億級并發(fā)云服務(wù)器則實(shí)現(xiàn)了從硬件上來實(shí)現(xiàn)資源共享，把存儲、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算資源池化，根據(jù)用戶的需求來配置，根據(jù)應(yīng)用不同來提供不同的配置。億級并發(fā)云服務(wù)器內(nèi)部設(shè)計(jì)有一套高性能互連網(wǎng)絡(luò)，確保從硬件上進(jìn)行資源共享時(shí)性能損失非常小。

實(shí)現(xiàn)硬件資源共享，有兩個(gè)關(guān)鍵，一個(gè)是在體系結(jié)構(gòu)上做出革新，比如存儲共享架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)共享架構(gòu)等等，另一個(gè)是要在硬件上能夠?qū)崿F(xiàn)，包括系統(tǒng)控制器、高性能互連網(wǎng)絡(luò)、通信協(xié)議等等。

在體系結(jié)構(gòu)上，該產(chǎn)品采用的是分布式資源共享架構(gòu)。曾經(jīng)有國外公司主張做集中式資源共享——把存儲、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算資源按類別集中放置，通過互連網(wǎng)絡(luò)連起來，想用多少資源去遠(yuǎn)端去取就可以了，但這種體系結(jié)構(gòu)的靈活性不不足，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大到一定規(guī)模，就會帶來很多問題。如果是幾十個(gè)節(jié)點(diǎn)還好說，上百個(gè)節(jié)點(diǎn)都去一個(gè)地方取資源的話一定會有瓶頸。曙光公司提出并實(shí)現(xiàn)了一種分布式資源共享架構(gòu)，相對于集中式資源共享架構(gòu)，分布式資源共享的好處在于存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源以計(jì)算為核心分布在處理器周邊，處理器本地資源可以自己優(yōu)先使用，不夠的話可以去遠(yuǎn)端別的處理器那去取，這樣可擴(kuò)張性和整機(jī)效率就遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于集中式資源共享。

在硬件上來實(shí)現(xiàn)則是要有性能足夠好的CPU、互連網(wǎng)絡(luò)、存儲等硬件，雖然在CPU上采用的是Intel的產(chǎn)品，但互連網(wǎng)絡(luò)是曙光自主研發(fā)的，而且還實(shí)現(xiàn)了全面而完備的硬件資源虛擬化——計(jì)算，存儲，網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)存等都是基于硬件協(xié)議層來實(shí)現(xiàn)共享的，比如存儲，基于SATA/SAS協(xié)議的共享控制器實(shí)現(xiàn)了存儲資源的虛擬化。

必須說明的是，雖然硬件虛擬化的理念人所共知，而且也知道是未來的大趨勢，但如何去實(shí)現(xiàn)就是另一回事了。

實(shí)際上，國外也在向服務(wù)器硬件虛擬化方向發(fā)展，但至今未見成功的產(chǎn)品面世。與國外的情況相反，在云服務(wù)器硬件虛擬化上，中國不僅在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了，而且做出了工業(yè)化量產(chǎn)的產(chǎn)品，更可貴的是，還在實(shí)際應(yīng)用中取得了效果。相比之下，還沒有國外廠能做到這一步，換言之，在云服務(wù)器硬件虛擬化上，中國已經(jīng)走在外國前列。

云服務(wù)器相對于傳統(tǒng)服務(wù)器具有哪些優(yōu)勢

云服務(wù)器相對于傳統(tǒng)服務(wù)器有多大優(yōu)勢呢？就以曙光公司發(fā)布的云服務(wù)器為例，一臺32 CPU的云服務(wù)器日處理HTTP請求數(shù)大于900億次，64臺云服務(wù)器組成的云服務(wù)器系統(tǒng)，負(fù)載并發(fā)處理能力大于1億。與傳統(tǒng)架構(gòu)相比，云服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)性能功耗比提升3倍以上，總擁有成本降低70%。與業(yè)內(nèi)最好的傳統(tǒng)架構(gòu)服務(wù)器相比空間占用減少50%，系統(tǒng)復(fù)雜性降低60%。

高并發(fā)處理能力有和意義呢？12306自開通以來，幾乎每年春運(yùn)都會出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰，無法訂票或查詢的現(xiàn)象，這一方面是因?yàn)樵L問量實(shí)在太高且超出了服務(wù)器的處理能力，另一方面是因?yàn)椴捎脗鹘y(tǒng)架構(gòu)服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心應(yīng)對海量并發(fā)訪問的能力不足。如果不從根本上解決傳統(tǒng)架構(gòu)與云應(yīng)用不匹配的問題，單純地加大硬件投入，堆砌并發(fā)數(shù)，不僅無法解決日益上升的高并發(fā)訪問，還會導(dǎo)致成本、空間、能耗的上升，對于解決系統(tǒng)崩潰問題于事無補(bǔ)。而云服務(wù)器恰恰是針對高并發(fā)要求、低計(jì)算場景的要求而研制的，對于應(yīng)對大量的高并發(fā)訪問場景可謂得心應(yīng)手。

除了強(qiáng)悍的并發(fā)處理能力外，云服務(wù)器在密度和功耗上的特性也使其具備一定優(yōu)勢——當(dāng)前較大的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器集群由超過百萬臺服務(wù)器組成，不少數(shù)據(jù)中心的功耗往往超過20MW，數(shù)據(jù)中心電費(fèi)成本已經(jīng)在使用維護(hù)成本中占到很大比例，而電力和空間都是相對寶貴的資源，能夠節(jié)能降耗和減少服務(wù)器空間占用，對于數(shù)據(jù)中心而言意義重大。

正是因?yàn)樵品?wù)器在能效比、空間和成本上相對于現(xiàn)有的整機(jī)柜服務(wù)器有巨大的優(yōu)勢，使得數(shù)據(jù)中心的擁有者、運(yùn)營者、甚至使用者都對云服務(wù)器青睞有加，云服務(wù)器也將隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)的興起而獲得廣闊的市場。

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