简析关键业务领域商用服务器

服务器技术种类从体系结构来看，目前广泛应用于关键业务领域的商用服务器大体可以分为三类，即对称多处理器结构(SMP：SymmetricMulti-Processor)，非一致存储访问结构(NUMA：Non-UniformMemoryAccess)以及海量并行处理结构(MPP：MassiveParallelProcessing)。

SMP结构是指服务器中多个CPU对称工作，无主次或从属关系。各CPU共享相同的物理内存，每个CPU访问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访问结构。对SMP服务器进行扩展的方式包括：增加内存、使用更快的CPU、增加CPU、扩充I/O、更多的外部设备(通常是磁盘存储)。SMP服务器的主要特征是共享，系统中所有资源（CPU、内存、I/O等）都是共享的。也正是由于这种特征，导致了SMP服务器的主要问题，那就是它的扩展能力非常有限：每一个共享的环节都可能造成SMP服务器扩展时的瓶颈；对SMP而言，最受限制的是内存，每个CPU必须通过相同的内存总线访问相同的内存资源；随着CPU数量的增加，内存访问冲突将迅速增加，造成CPU资源的浪费，CPU性能的有效性大大降低。

由于SMP在扩展能力上的限制，人们开始探究如何进行有效地扩展从而构建大型系统的技术，NUMA就是这种努力下的结果之一。利用NUMA技术，可以把几十个CPU（甚至上百个CPU）组合在一个服务器内。

NUMA服务器的基本特征是：具有多个CPU模块（或称为BuildingBlock、节点）；每个CPU模块由多个CPU（如4个）组成，并且具有独立的本地内存、I/O槽口等；节点之间通过互连模块进行连接和信息交互；每个CPU可以访问整个系统的内存，显然，访问本地内存的速度将远远高于访问远地内存（系统内其他节点的内存）的速度，这也是非一致存储访问NUMA的由来。由于这个特点，为了更好地发挥系统性能，开发应用程序时需要尽量减少不同CPU模块之间的信息交互。
利用NUMA技术，可以较好地解决原来SMP系统的扩展问题，在一个物理服务器内可以支持上百个CPU。

NUMA技术的主要问题是，由于访问远地内存的延时远远超过本地内存，因此当CPU数量增加时，系统性能无法线性增加。

和NUMA不同，MPP提供了另外一种进行系统扩展的方式，它由多个SMP服务器通过一定的节点互联网络进行连接，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。其基本特征如下：由多个SMP服务器（每个SMP服务器称节点）通过节点互连网络连接而成，每个节点只访问自己的本地资源（内存、存储等），是一种完全无共享结构；扩展能力最好，理论上其扩展无限制，目前的技术可实现512个节点互连。

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不同的是，它不存在异地内存访问的问题。换言之，每个节点内的CPU不能访问另一个节点的内存。节点之间的信息交互是通过节点互联网络实现的，这个过程一般称为数据重分配(DataRedistribution)。

MPP服务器的主要问题是：需要一种复杂的机制来调度和平衡各个节点的负载和并行处理过程。目前一些基于MPP技术的服务器往往通过系统级软件（如数据库）来屏蔽这种复杂性。基于此类数据库来开发应用时，不管后台服务器由多少个节点组成，开发人员所面对的都是同一个数据库系统，而不需要考虑如何调度其中某几个节点的负载。

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