六大服务器技术趋势:从物理到虚...
六大服务器技术趋势:从物理到虚拟
2020-11-09
六大服务器技术趋势:从物理到虚拟
从单处理器系统转移到多处理器系统
在最高层面上,服务器技术的发展趋势是由应用和市场需求驱动的。还记得几十年前,企业应用(如数据库、ERP、CAD程序)的性能要求开始给单处理器服务器系统的功能带来压力吗?为了满足这些需求,业界开发了多处理器服务器和与之配套使用的编程模型。不出所料,随着大型企业需求的不断增加,服务器厂商频繁推出越来越多的大型多处理器系统来满足企业客户的需求。
大数据和计算的横向扩展模型
我们今天的技术发展现状如何?它们大多处于大数据和计算的横向扩展模式环境中。基于网络经济的新应用——许多人称之为大数据应用和最新一代的NoSQL数据库应用——类似于我们在构建最大的多处理器服务器能力时面临的压力。这也导致了编程模型的发展,使应用程序能够使用数百甚至数千个网络服务器作为计算集群平台。这就是谷歌所说的“仓库秤电脑”。它也被称为横向扩展计算模型,而不是使用更大的多处理器系统的纵向扩展模型。在横向扩展的背景下,单个物理服务器是计算集群的一个组件,而计算集群又是一个新的服务器。
高性能网络技术的发展
随着高性能网络技术的发展,可扩展性、故障恢复能力、在线故障修复和升级的概念已经从服务器硬件转移到集群软件层。10Gb以太网使出于性能原因必须与服务器直接集成的输入/输出设备能够通过网络提供服务。因此,单个物理服务器组件的体系结构得到了极大的简化。在硬件层面上,它是最具成本效益的计算平台,拥有一两个处理器、内存和网络接口。同时,Linux已经成为这些服务器最广泛接受的基础软件平台。现在,服务器的“设计”包括物理服务器的软件,以及简化的网络和输入/输出设备。这样的服务器可以根据需要在软件中进行扩展,通常也可以根据企业工作流的需要进行扩展——但是这个功能在以前是不切实际的。这种模式的缺点是,必须正确配置太多的硬件和软件组件才能一起工作。这种模式需要新的管理系统和直到最近才出现的硬件架构元素。
虚拟机和容器技术
虚拟机和容器技术的出现实现了服务器计算环境的抽象和封装,可以作为一个软件实体在服务器平台上运行应用。这两项技术正在成为公共云服务提供商的规范。多个虚拟机和容器可以部署在一台物理服务器上,这样就可以将多台服务器整合到更少的物理服务器上。这有效地提高了硬件的效率,并减少了数据中心占用的空间。在这种情况下,“服务器”是虚拟机或容器映像,而不是硬件实体!这样的“服务器”可以被创建、保存(或挂起),或者转移到不同的硬件服务器——这些概念与传统的服务器概念完全不同,但是它们创建了物理服务器不可用的部署功能。此外,可以保存和分发完全配置和测试的软件堆栈的虚拟机或容器映像,以封装学习和专业知识。这有助于快速部署应用程序,节省人力和时间。这是虚拟机和容器模型的主要价值主张之一。
与完全配置和测试的软件堆栈虚拟机/容器类似,它可以作为软件映像进行管理、保存和重新部署,并且可以抽象、保存和重新部署横向扩展环境的软件堆栈(包括底层逻辑服务器的配置)。这使得能够快速部署横向扩展应用程序,并帮助企业最终用户应对横向扩展系统的复杂性。由于底层计算平台可以根据工作流的需求进行修改,这一点尤其有价值。
存储技术的发展
但是不要忘了硬件。相变存储器(PCM)和可变电阻存储器(ReRAM)等存储器技术的进步,使得今天服务器中访问时间类似于动态随机存取存储器的新存储器提供了2到10倍的容量,并具有成本优势和耐用性。这个新的内存类将在DRAM和磁盘存储之间创建一个新的内存层次结构,称为内存类内存和永久内存。高容量,加上新内存技术提供的低延迟性能,将推动新的应用程序性能,这将比当前的服务器高几个数量级。但同时也带来了一些需要克服的架构挑战,使其能够充分发挥潜力,实现广泛应用。这些挑战包括(1)系统内存区域的持续应用感知,其中一部分位于处理器的易失性高速缓存中;要么在动态随机存取存储器中,要么(2)服务器上未能处理故障的持久和潜在有价值的数据。Linux社区正在积极处理这些问题,我们应该会在接下来的12到18个月内看到解决方案,如果不是更早的话。
连接到企业数据库的机器学习和移动应用程序
到目前为止,服务器设计中专门使用了x86等通用处理器架构,这些通用微处理器将被编程以满足每一个应用的需求。然而,更新、更强大和要求更高的应用程序,如机器学习、安全功能和高带宽压缩,在通用处理器上效率非常低。因此,今天部署的新服务器是基于GP和GPU处理器、机器学习处理器和加密处理器的混合。这些较新的服务器提供了比标准通用处理器架构高得多的性能水平(数量级)。因此,企业数据中心将迁移到日益异构的计算环境中,为特定应用提供专用服务器。
此外,与实时响应企业数据库相关的移动应用推动了这种新型服务器的市场需求。虽然传统企业应用程序的最终用户通常仅限于员工和潜在合作伙伴,但这些新应用程序现在使数百万在线客户能够访问医疗保健、金融、旅游和社交媒体等企业应用程序。他们需要可观的事务吞吐量和毫秒级的响应时间。正在部署的新的横向扩展应用程序(如NoSQL数据库)和基于闪存的存储可以满足这一需求。
预计会有更多的变化
所以,从以上对当前服务器技术趋势的粗略总结中,我们可以看出,变革和创新并没有什么缺点,进步本身就是一个发现新问题、不断寻找新解决方案的过程。近几年来,大数据、横向扩展计算、高性能网络技术、虚拟机和容器技术、内存技术、机器学习等与企业数据库相关的先进应用的进步,都推动了服务器技术的发展。


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