Курсовая работа: Серверные платформы RISC/UNIX
История HP 9000 неразрывно связана с 64-бит процессорами архитектуры PA-RISC. Сейчас номенклатура этой серии насчитывает более десятка моделей — от компактных серверов rp3410-2 и rp4440-8 до суперкомпьютеров Superdome, обладающих вычислительной мощностью, достаточной для работы систем управления крупными международными корпорациями с десятками тысяч одновременно работающих пользователей.
В серверах HP 9000 использовались ЦП РА-8700 (РА-8700+), затем РА-8800 и, наконец, РА-8900 — последний представитель семейства РА-RISC, самый мощный и в то же время лучше всего приспособленный для безболезненного перехода на архитектуру IA64 (Itanium 2).
Архитектура серверов серии 9000 различна — в младших моделях это симметричная многопроцессорная архитектура (SMP) в чистом виде, тогда как в старших (rp7420-16, rp8420-32, Superdome) используется гибридная архитектура, сочетающая черты ccNUMA (cache-coherent, Non-Uniform Memory Access) и SMP. Эта иерархическая модульная архитектура представляет собой совокупность вычислительных ячеек, объединенных высокоскоростными внутренними матричными крестообразными коммутаторами.
Модели начального уровня. Модели IIP 9000 гр3410-2 и гр3440-4 представляют собой многофункциональные одно-, двух- и четырехпроцессорные серверы начального уровня. Они комплектуются процессорами РА-8900 с тактовыми частотами 800 МГц или 1,0 ГГц, оперативной памятью объемом до 32 Гбайт и дисковой памятью до 900 Гбайт. Серверы серии гр34хО-х могут содержать до четырех 64-бит 133 МГц гнезд ввода-вывода PCI-X I/O. Они могут работать под управлением ОС HP-UX 11i vl или v2.
Они предназначаются для предприятий СМБ, для филиальных сетей, в качестве серверов Web- и других приложений. Обе модели размещаются в компактных шасси высотой 2U для установки в стандартную 19-дюйм стойку. Модель rp3410-2 оснащена двумя, а rp3440-4 — четырьмя разъемами для плат ввода-вывода PCI-X, в обе модели может быть установлено до трех жестких дисков. Изготовитель предлагает готовые комплекты модернизации, причем не только для превращения модели HP 9000 rp3410-2 в rp3440-4, но и для превращения серверов серии гр34хО-х в Itanium-сервер HP Integrity rx2620-2.
Модели HP 9000 rp4410-4 и rp4440-8 HP относит к начальному уровню, хотя фактически они представляют собой промежуточную ступень между серверами начального уровня и серверами масштаба предприятия среднего уровня. Первая представляет собой одно-, двух- или четырехпроцессорный сервер, вторая в полной комплектации — 8-процессорный. В обе модели может устанавливаться до 128 Гбайт ОЗУ, до двух жестких дисков, обе работают под управлением ОС HP-UX Hi. В них предусмотрено 6 разъемов PCI-X с «горячей» установкой, они имеют высоту 4U.
Серверы оснащаются всеми необходимыми для сервера приложений масштаба предприятия средствами обеспечения высокой готовности; их производительность достаточна для работы таких приложений, как ERP, CRM, электронная коммерция. Благодаря тому, что максимальное число процессоров в сервере rp4410-4 равно четырем, он соответствует требованиям лицензии на Oracle Database Standard Edition, что позволяет уменьшить стоимость ПО СУБД. Обе модели оснащаются контроллерами Ultra320 SCSI и двумя гигабитными Ethernet-адаптерами. Модернизация до Itanium-сервера HP Integrity rx4640-8 выполняется простой заменой процессорных модулей.
Модели среднего уровня. В этой категории HP предлагает 16-процессорную модель HP 9000 гр7420-16 и 32-процессорную гр8420-32. В одной стандартной стойке может быть установлено до четырех серверов HP 9000 rp7420-16 (высота 10IJ) и до двух rp8420-32 (ITU). Обе модели построены на базе ЦП РА-8900 с тактовой частотой 1,0 или 1,1 ГГц и набора микросхем HP Super-Scalable Processor Chipset sxl000. Эти модели могут служить платформами для консолидации серверов, позволяющей снизить общую стоимость владения (ТСО) и значительно уменьшить сложность ИТ-инфраструктуры предприятия. Это достигается благодаря специальному компоненту ОС HP-UX 11i — Virtual Server Environment, включающему подсистемы для создания виртуальных разделов (vPar), жестких разделов (пРаг) и HP Workload Manager (WLM), который позволяет автоматически выделять ресурсы таким образом, чтобы максимально удовлетворить запросы приложений и обеспечить наиболее полное использование аппаратных ресурсов. Как и для остальных моделей серии 9000, модернизация до Itanium-серверов Integrity rx7420-16 и rх8620-32 осуществляется простой заменой процессорных модулей.
Сервер rp8420-32 обеспечивает уровни производительности, масштабируемости и готовности, достаточные для работы таких критически важных для бизнеса приложений, как базы данных и системы ERP (например, SAP) масштаба предприятия.
Суперкомпьютеры HP 9000 Superdome. Эти наиболее мощные до недавнего времени серверы HP зарекомендовали себя как одни из самых производительных UNIX-серверов в отрасли, Последнее поколение IIP 9000 Superdome оснащается 1,1-ГГц процессорами РА-8900, число которых в одной системе может достигать 128, а общий объем оперативной памяти — 1 Гбайт. Они также строятся с применением НМС HP Super-Scalable Processor Chipset sxlOOO и оснащаются средствами виртуализации вычислительных ресурсов. Superdome обеспечивает наиболее высокий в линейке HP 9000 уровень масштабируемости.
HP Integrity
Серверы Integrity строятся на процессорах Intel Itanium 2 и тех же НМС zxl (младшие модели) и sxlOOO (средние и старшие), что и серверы серии 9000. Конструктивно эти серии также унифицированы. Последнее поколение серверов Integrity (кроме двух младших моделей) строится на разработанных HP двухпроцессорных модулях HPmx2 Dual-ProcessorModule. Кроме основной для этих машин ОС HP-UX 11iv2, на все модели могут устанавливаться MicrosoftWindowsServer 2003 EnterpriseEditionfor 64-bitItaniumbasedsystems, RedHatEnterpriseLinuxAS 3, SUSELINUXEnterpriseServer 9 и OpenVMSv8.2 (модели среднего уровня и Superdomeбудут комплектоваться OpenVMSначиная с первой половины 2006 г.). Крометого, намодели HP Integrity rx7620-16, rx8620-32 и Superdome можетустанавливаться Microsoft Windows Server 2003 Data-center Edition for 64-bit Itanium-based systems. Оговорено, что поддержка Linux обеспечивается только в моделях, построенных на одиночных процессорах Itanium 2. На модели с двухпроцессорными модулями mx2 Linux не устанавливается. Все модели оснащаются сервисным программно-аппаратным комплексом IIP Systems Insight Manager.
Модели начального уровня. К начальному уровню HP относит три модели: HP Integrity rx 1620-2, гх2620-2 и гх4640-8. Все они выполнены на наборе микросхем zxl и могут оснащаться ЦП Itanium 2 с тактовыми частотами 1,3, 1,5 и 1,6 ГГц. Модель гх4640-8 может также оснащаться двухпроцессорными модулями тх2, В первые две модели может устанавливаться до двух, а в гх4640-8 — до 8 процессоров, максимальный объем ОЗУ для rх 1620-2 составляет 16, для rх2620-2 32, а для rх4640-8 128 Гбайт. Модели имеют высоту, соответственно, 1U, 2U и 4U, число разъемов PCI-X 2, 4 и 6, количество внутренних жестких дисков 2, 3 и 2.
Модели среднего уровня, К среднему уровню в серии Integrity относятся, как и в серии 9000, 16- и 32-процессорные серверы — rх7620-16 и rх8620-32. Они строятся на процессорах Itanium 2 с тактовой частотой 1,5 (кэш L3 4 Мбайт) и 1,6 ГГц (кэш L3 6 Мбайт) или двухпроцессорных модулях тх2. В качестве НМС используется sxl000. Объем ОЗУ в серверах rх7620-16 может достигать 128, а в rх8620-32 — 256 Гбайт. Высота блоков составляет, соответственно, 10 и 17U.
Как и в соответствующих моделях серии 9000, в состав ОС этих серверов входят средства виртуализации вычислительных ресурсов, позволяющие создавать независимые разделы и динамически перераспределять ресурсы между ними.
Суперкомпьютеры HP Integrity Superdome и NonStop. В этих суперсерверах число процессоров (1,6-ГГц с кэшем 9 Мбайт или 1,5-ГГц с кэшем 6 Мбайт или модули тх2) может достигать 128, а общий объем оперативной памяти — 1 Тбайт. Средства виртуализации обеспечивают создание до 16 независимых разделов, а число разъемов ввода-вывода может доходить до 192.
Для предприятий, где прерывание обслуживания абсолютно недопустимо, компания предлагает масштабируемые серверы Integrity NonStop, готовность которых выражается фантастической цифрой «7 девяток» (99,99999% — это значит, что в течение года допускается не более 5 минут простоя). Число процессоров в этих монстрах может достигать 4 тысяч!
Платформа IBM POWER
История платформы IBM POWER (Performance Optimization With Enhanced RISC) уходит далеко в начало 1970-х гг.; в то время корпорация IBM делала первые серьезные шаги в области проектирования, производства и применения высокопроизводительных микропроцессоров на базе RISC-архитектуры. Она связана с RISC-процессором IBM 801, долгое время использовавшимся в качестве высокоскоростного вспомогательного контроллера в составе крупных информационно-вычислительных систем компании IBM. В начале 1980-х гг. идеи, заложенные в IBM 801, были изучены, переработаны, дополнены и заново воплощены в кремнии в рамках проекта «America», результаты которого фактически и стали началом архитектуры IBM POWER.
Набиравшие в то время особую популярность персонализированные вычисления требовали при построении систем компактных, недорогих, но производительных микропроцессорных решений, и новая архитектура пришлась ко двору IBM как нельзя лучше. Для создания полноценной платформы было решено воспользоваться программными наработками, реализованными ранее при создании рабочих станций в рамках проекта RISC Technology Personal Computer (RT PC), и перенести на новую процессорную архитектуру собственную версию UNIX-подобной ОС AIX (Advanced Interactive Executive).
Надо отметить, что архитектура POWER с момента своего появления — открытый стандарт, к которому при соблюдении определенных условий может присоединиться любой желающий. Начиная с декабря 2004 г. координация усилий разработчиков, участвующих в развитии архитектуры POWER, возложена на консорциум Power.org (www.power.org), в ведении которого также находятся вопросы, связанные с лицензированием элементов архитектуры независимых заинтересованных производителей.
В феврале 1990 г. появился первый микропроцессор новой архитектуры — 32-разрядный POWER1, а вместе с ним и новое семейство высокопроизводительных рабочих станций RS/6000, ныне известных как eServer pSeries. В качестве ОС использовалась новая версия AIX — AIX V3. Особенность процессора POWER1 — блок операций с вещественными числами, хотя и единственный, но способный обрабатывать одну инструкцию за такт, с задержкой не более двух тактов (подробнее об архитектуре процессоров POWER см. в разделе «Процессоры»). Благодаря ему производительность системы RS/6000 на операциях с вещественными числами оказалась очень высокой. Не исключено, что эта особенность сыграла решающую роль в распространении рабочих станций RS/6000 в научном сообществе.
В январе 1992 г. была представлена система RS/6000 7011 модель 220, построенная для уменьшения цены и большей доступности на однокристальной реализации архитектуры POWER — RISC Single Chip (RSC).
Достаточно быстро по меркам тогдашнего времени на смену первому поколению пришла платформа POWER2. В сентябре 1993 г. появились системы RS/6000 7013 моделей 580Н, 590 и 990, построенные на базе этого процессора. Второе поколение архитектуры POWER использовалось практически до октября 1996 г., когда IBM представила систему RS/6000 7013 модель 595, построенную на базе однокристальной реализации архитектуры POWER2 под названием POWER2 Super Chip (P2SC).
Рабочая станция RS/6000 7011 модель 250, появившаяся в сентябре 1993 г., стала первым воплощением нового направления под названием PowerPC (в виде процессора PowerPC 601). Процессор PowerPC 601 на самом деле не полностью соответствовал требованиям новой архитектуры и был скорее переходным звеном от POWER к PowerPC. Последовавшие за ним микропроцессоры 603, 604 и 604е стали действительно 100%-ным PowerPC.
Серия микропроцессоров RS64 была запущена в производство в сентябре 1997 г. и стала для системы RS/6000 и всей архитектуры POWER первым шагом к 64-разрядности. В отличие от поколения POWER2, в значительной степени ориентированного на научные расчеты, новое поколение стало более сбалансированным в плане исполнения бизнес-приложений. С помощью серии RS64 можно было строить SMP-системы, содержащие до 12 процессоров. С появлением этой серии микропроцессоров в платформе IBM POWER произошло еще одно существенное изменение — аппаратная часть (процессоры, подсистема ввода-вывода) серии RS/6000 (переименованной в pSeries в 2000 г.) и системы AS/400 (тогда же переименованной в iSeries) стала единой. Второе поколение серии микропроцессоров RS64 — RS64-II — появилось в сентябре. 1998 г. и характеризовалось повышением частотных характеристик и объема кэш-памяти второго уровня, а также небольшой оптимизацией внутрипроцессорной архитектуры. Значительные изменения произошли с появлением осенью 1999 г. третьего поколения — RS64-III. Дизайн кристалла был модифицирован для производства с применением технологии медных проводников, уровень масштабируемости был увеличен до 24 процессоров в рамках одной SMP-системы, и, наконец, в архитектуру была добавлена технология аппаратной многопоточности, поддержанная со стороны AIX. На тот момент эта технология не была востребована. Ее возвращение в RISC-процессоры IBM произошло только в 2004 году. Осенью 2000 г. появилась последняя, наиболее совершенная версия этого поколения процессоров — RS64-IV.
Поколение POWER3, представленное осенью 1998 г., соединило в себе фундаментальные принципы внутренней микроархитектуры POWER2, как они были реализованы в процессоре P2SC, с архитектурой систем на базе процессоров PowerPC. Процессоры этого поколения хорошо работают с вещественными числами, и при этом они стали первыми реально 64-разрядными с высокими частотными характеристиками и возможностями работы в SMP-конфигурациях.
Появление в 2001 г. архитектуры POWER четвертого поколения — POWER4 — стало для нее переломным моментом, определившим качественный поворот всей дальнейшей судьбы платформы IBM POWER. Благодаря новым технологиям открылась возможность строить решения с многоядерной архитектурой, чем немедленно воспользовались разработчики IBM, интегрировав на одном кристалле два 64-разрядных процессорных ядра. Кроме того, на процессорах этого поколения была отработана технология построения компактных многокристальных модулей МСМ (multi-chip module), объединяющих четыре процессора в единый корпус размером примерно е 5-дюйм дискету. Использование такой высокой интеграции элементов вместе с другими архитектурными решениями позволило получить на старших серверах IBM производительность, в пересчете на один процессор вдвое превышающую производительность конкурирующих систем.
Поколение POWER4+, увидевшее свет в 2002 г., было лишь обновлением технических характеристик POWER4: благодаря новой, более «тонкой» технологии производства увеличились тактовая частота и объем встроенной кэш-памяти второго уровня, а также снизилось энергопотребление процессоров.
Новый значительный шаг вперед был сделан с выходом в 2004 г. поколения POWER5. В нем получила развитие идея интеграции функций, для исполнения которых ранее применялись отдельные наборы микросхем, в частности, в кристалл был встроен контроллер оперативной памяти. Также в нем была реализована параллельная многопоточная архитектура, позволяющая в рамках одного потока команд выполнять целый комплекс задач: предсказание переходов, подготовку команд к исполнению и т. д. Это дало возможность значительно увеличить количество одновременно выполняемых инструкций, причем независимо от тактовой частоты. Согласно результатам открытых тестов, быстродействие систем на POWER5 в полтора-два раза больше, чем систем на POWER4. Использование многопоточности увеличивает производительность процессора POWER5 в среднем на 35% без повышения тактовой частоты. Одновременно с появлением нового поколения архитектуры была выпущена новая версия ОС AIX — AIX 5L V5.3.
AIX 5L V5.3 содержит многие инновационные технологии повышения производительности, надежности и гибкости, позволяя в рамках одной платформы выполнять приложения, работающие под управлением разных ОС. Среди наиболее важных особенностей платформы IBM POWER, реализуемых посредством ОС A1Х 5L V5.3, динамические логические разделы, средства изменения конфигурации по требованию, балансировка нагрузки на серверы при гарантированной безопасности работы приложений, средства повышения отказоустойчивости, возможность одновременного выполнения на одной платформе 32- и 64-разрядных приложений, а также использование инфраструктуры автономных вычислений (autonomic computing).