全球首款億級併發雲服務器有何絕技？
出品：科普中國
製作：鐵流
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
據頭條號“中國科普博覽”22日消息，不久前，全球首款億級併發雲服務器系統在天津正式量產，該產品是“十二五”國家863計劃信息技術領域“雲計算關鍵技術與系統（二期）”重大專項的成果。
那麼，什麼是雲服務器，和雲計算又有什麼關係？這款雲服務器有何特殊之處呢？
什麼是雲計算？
（圖片來源於網絡）
雲計算是一種基於互聯網的計算方式。狹義的雲計算是指以計算、存儲為核心的IT硬件、軟件乃至IT基礎設施資源以服務形式進行交付和使用的模式，指用户可以通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的IT資源。廣義的雲計算泛指服務的交付和使用模式，指用户通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的服務，這種服務既可以是IT硬件、軟件、互聯網技術相關的，也可以是任意其他的服務。
一般説來，雲計算具有大規模、資源池化、快速彈性、泛在接入訪問、按需自服務、服務可計量等特徵，如果説互聯網是一個神經網絡的話，雲計算就是它的中樞神經，雲計算將互聯網的核心硬件層，核心軟件層和互聯網信息層統一起來，並進行管理、調度，為互聯網各系統提供支持和服務。在理想狀態下，互聯網使用者和物聯網傳感器通過網絡線路和計算機終端與雲計算進行交互，向雲計算提供數據，接受雲計算提供的服務。
目前，世界經濟較發達國家和地區大多推出政策支持雲計算核心技術的革新——在2012年，歐盟啓動了“釋放歐洲雲計算潛力”的戰略計劃；在2014年，美國國家標準與技術研究所發佈了《美國政府雲計算技術路線圖》；我國也在《國家“十二五”規劃綱要》中把雲計算列為重點發展的戰略性新興產業，提出構建下一代信息基礎設施，加強雲計算服務平台建設。可以説，雲計算將成為世界各國搶佔科技經濟發展制高點的途徑之一。
什麼是雲服務器？
（圖片來源於網絡）
雲服務器是專門面向雲計算需求的服務器，最大的特點就在於性能功耗比和整體服務能力較傳統架構服務器有顯著提升。傳統通用服務器架構搭建的數據中心，優點是可以應對各種場景，然而，採用這種萬精油式的產品進行數據中心的搭建，也帶來相應的弊端，其中很重要的一點就是，沒有針對性，各項指標表現平平。然而云數據中心應對的任務中，各自場景並非平均分佈，相反雲數據中心每天需要應對大量的高併發訪問及信息查詢，同時，又對計算量要求不高，這就造成了雲數據中心每天疲於應付海量併發，而計算性能卻白白浪費掉，同時能耗大也是採用服務器面臨的問題。對於雲計算應用中大量網絡託管、網頁服務器集羣等網絡帶寬密集型應用而言，平均CPU利用率僅為20%左右，造成了成本的浪費。
相比之下，雲服務器體系構架有別於傳統的服務器，以本次曙光發佈的全球首款億級併發雲服務器系統來説，該產品放棄了通用服務器所採用的芯片組，針對雲計算業務應用的特點進行了優化，用3D Torus網絡實現節點服務器的互聯，實現單路直連高耦合體系架構，其中每個處理器可以獨佔25bpsG帶寬，可以實現快速響應。在結構上大幅精簡，實現散熱、電源、管理監控模塊、計算、網絡全共享，不僅降低了成本，又提高了系統的穩定性和可靠性。
解決了硬件資源虛擬化技術難題
隨着雲計算、大數據時代的到來，雲計算中心和數據中心部署的集羣系統規模都非常大，計算節點大多以千為單位計算，在計算節點如此之多的情況下，要提高效率和效能，就離不開資源共享——當應用需要性能很強的時候，就配置高一些，把內存、網絡、計算資源多佔一些，當應用需要性能不強的時候，就配置低一些，把內存、網絡、計算資源釋放一些。
然而，傳統服務器是獨立架構，無法從硬件上實現服務器間資源共享。雖然可以通過軟件，從上層來進行資源分配，但是這種做法會帶來額外的開銷，導致性能損失。而這恰恰與雲計算中心和數據中心的運營者要求的高效率和高能效相違背。本次量產的全球首款億級併發雲服務器則實現了從硬件上來實現資源共享，把存儲、網絡、計算資源池化，根據用户的需求來配置，根據應用不同來提供不同的配置。億級併發雲服務器內部設計有一套高性能互連網絡，確保從硬件上進行資源共享時性能損失非常小。
實現硬件資源共享，有兩個關鍵，一個是在體系結構上做出革新，比如存儲共享架構、網絡共享架構等等，另一個是要在硬件上能夠實現，包括系統控制器、高性能互連網絡、通信協議等等。
在體系結構上，該產品採用的是分佈式資源共享架構。曾經有國外公司主張做集中式資源共享——把存儲、網絡、計算資源按類別集中放置，通過互連網絡連起來，想用多少資源去遠端去取就可以了，但這種體系結構的靈活性不不足，當系統規模擴大到一定規模，就會帶來很多問題。如果是幾十個節點還好説，上百個節點都去一個地方取資源的話一定會有瓶頸。曙光公司提出並實現了一種分佈式資源共享架構，相對於集中式資源共享架構，分佈式資源共享的好處在於存儲、網絡等資源以計算為核心分佈在處理器周邊，處理器本地資源可以自己優先使用，不夠的話可以去遠端別的處理器那去取，這樣可擴張性和整機效率就遠遠高於集中式資源共享。
在硬件上來實現則是要有性能足夠好的CPU、互連網絡、存儲等硬件，雖然在CPU上採用的是Intel的產品，但互連網絡是曙光自主研發的，而且還實現了全面而完備的硬件資源虛擬化——計算，存儲，網絡，內存等都是基於硬件協議層來實現共享的，比如存儲，基於SATA/SAS協議的共享控制器實現了存儲資源的虛擬化。
必須説明的是，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，但如何去實現就是另一回事了。
實際上，國外也在向服務器硬件虛擬化方向發展，但至今未見成功的產品面世。與國外的情況相反，在雲服務器硬件虛擬化上，中國不僅在技術上實現了，而且做出了工業化量產的產品，更可貴的是，還在實際應用中取得了效果。相比之下，還沒有國外廠能做到這一步，換言之，在雲服務器硬件虛擬化上，中國已經走在外國前列。
雲服務器相對於傳統服務器具有哪些優勢
雲服務器相對於傳統服務器有多大優勢呢？就以曙光公司發佈的雲服務器為例，一台32 CPU的雲服務器日處理HTTP請求數大於900億次，64台雲服務器組成的雲服務器系統，負載併發處理能力大於1億。與傳統架構相比，雲服務器可以實現節點性能功耗比提升3倍以上，總擁有成本降低70%。與業內最好的傳統架構服務器相比空間佔用減少50%，系統複雜性降低60%。
高併發處理能力有和意義呢？12306自開通以來，幾乎每年春運都會出現系統崩潰，無法訂票或查詢的現象，這一方面是因為訪問量實在太高且超出了服務器的處理能力，另一方面是因為採用傳統架構服務器的數據中心應對海量併發訪問的能力不足。如果不從根本上解決傳統架構與雲應用不匹配的問題，單純地加大硬件投入，堆砌併發數，不僅無法解決日益上升的高併發訪問，還會導致成本、空間、能耗的上升，對於解決系統崩潰問題於事無補。而云服務器恰恰是針對高併發要求、低計算場景的要求而研製的，對於應對大量的高併發訪問場景可謂得心應手。
除了強悍的併發處理能力外，雲服務器在密度和功耗上的特性也使其具備一定優勢——當前較大的數據中心服務器集羣由超過百萬台服務器組成，不少數據中心的功耗往往超過20MW，數據中心電費成本已經在使用維護成本中佔到很大比例，而電力和空間都是相對寶貴的資源，能夠節能降耗和減少服務器空間佔用，對於數據中心而言意義重大。
正是因為雲服務器在能效比、空間和成本上相對於現有的整機櫃服務器有巨大的優勢，使得數據中心的擁有者、運營者、甚至使用者都對雲服務器青睞有加，雲服務器也將隨着雲計算、大數據的興起而獲得廣闊的市場。
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