机架刀片虚拟化方案对比

江都妇幼保健院HIS项目 HP机架式、刀片式服务器对比说明

扬州市江都妇幼保健院 胡俊

一、概况

江都市妇幼保健院重建于1975年，于1977年成立妇幼保健院，经过近30年的发展，如今

已是一所科室齐全、技术雄厚、服务优良，集医疗、保健、教研为一体的“大专科、小综合”型妇幼保健机构，被评为二甲医院。

目前江都妇幼保健院在建有数据中心机房。随着数字化建设进程的推进，用户需要建设HIS,LIS,PACS等系统，另有财务、防病毒、文件服务、桌面安全管理系统等，针对以上应用系统，需要8台服务器来运行以上系统。我公司重点考虑了HP机架式服务器和刀片服务器。通过前期的调研，并结合以往使用维护机架式和刀片式服务器的一些经验，对HP这两种服务器进行了一些比较，并给出自己的建议（服务器相同配置情况下）。

二、刀片服务器和机架式服务器概念

1．机架式服务器

机架式服务器是指可以直接安装到标准19英寸机柜当中的服务器，通常这样的服务器从大小来看有点类似大的交换机，因此机架式服务器实际上是工业标准化下的产品，其外观按照统一标准来设计，配合机柜统一使用，以满足企业的服务器密集部署需求。机架式服务器相对于塔式服务器，主要作用是为节省空问，由于能够将多台服务器装到一个机柜上，不仅可以占用更小的空间，而且也便于统一管理。一个普通机柜的高度是42U(1U=1．75英寸或4．4厘米)，而大多数机架式服务器的高度是1U-4U。

机架式服务器的优点是占用空间小（相对于塔式服务器），而且便于统一管理，但由于内部空间限制，扩充性较受限制。此外，散热性能也是一个需要注意的问题，同时还需要有机柜等设备，因此这种服务器多用于服务器数量较多的大型企业使用，也有不少企业采用这种类型的服务器，但将服务器交付给专门的服务器托管机构来托管．尤其是目前很多网站的服务器都采用这种方式。

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2．刀片服务器

刀片服务器是一种高可用、高密度的低成本服务器平台，是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的，其主要结构为一大型主体机箱．机箱内部可插上许多“刀片”，其中每一块刀片实际上就是一块系统母板．类似于一个个独立的服务器，它们可以通过本地硬盘启动自己的操作系统：每一块刀片可以运行自己的系统，服务于指定的不同用户群。相互之间没有关联：每一块“刀片”的供电、散热、网络连接、外部存储连接等需求均由刀片机箱统一提供。在实际使用中，可以通过系统软件将这些主板集合成一个服务器集群。在集群模式下，所有的刀片可以连接起来提供高速的网络环境，共享资源，为相同的用户群服务。在集群中插入新的刀片，就可以提高整体性能，而由于每块刀片都是热插拔的，所以，系统可以轻松地进行替换，并且将维护时间减少到最小。

根据所需要承担的服务器功能，刀片服务器被分成服务器刀片、网络刀片、存储刀片、管理刀片、光纤通道SAN刀片、扩展I/O刀片等等不同功能的刀片服务器。刀片服务器公认的特点有两个。一是克服了芯片服务器集群的缺点，被称为集群的终结者；另一个是实现了机柜优化。

三、刀片服务器与机架式服务器比较

1．从空间密度来看刀片服务器和机架式服务器

HP刀片服务器比机架式服务器更节省空间，实际上刀片服务器是将机架服务器所占用的空间密度再一次提高了50％。在机柜系统配置好的前提下，将lU机架优化服务器系统移植到刀片服务器上，所占用的空间只是原来的1/3～1/2。而在一个标准的机柜式环境中。刀片服务器的处理密度要提高四到五倍。表l列举了在处理32节点的高密度2U计算服务器环境里两种服务器占用空间的情况。

表1 服务器占用空间情况

服务器类型 所占机柜数量 备注 32台2U配置的机架式服务器 2个机柜 插有32台刀片式服务器 1个机柜 包含以太网交换机、KVM等网络设备的机柜空间

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2．从机房布线和管理方面看刀片服务器和机架式服务器

HP刀片服务器在机房布线只要统一布设网络线、电源线。刀片服务器之间不需要人为布线；而机架式服务器则要分别对每台服务器的网络线、电源线进行配线，如果一个42U的机柜上安装多台1U的服务器时，机柜后面的布线就非常多，看起来比较凌乱。

表2列举了需要8台可靠性较高的1U机架式服务器和同样数量的刀片服务器在线缆数量和管理上的对比情况。

表2 线缆数量对比

服务器类型 电源 KVM线缆 网线 SAN光纤 光驱 管理模式 8台1U配置的机架式服务器 16个冗余电源 8根 16根（2个网口） 16根(冗余设计) 8个 利空KVM或iLO单独管理

3．从灵活性看刀片服务器和机架式服务器

早期刀片服务器的灵活性不如机架式服务器，如果用户需要大容量内存的数据库服务器，而又不想通过机群方式构建，刀片也会显得力不从心。因为，有16根内存插槽的机架式服务器在市场上很容易买到，而刀片服务器大多只能支持4-8根内存插槽。机架式服务器配置可以灵活，内存可以扩展至96G升至更大，还可以通过内存插板扩充。

早起刀片服务器的硬盘扩展上也只能做到插2个硬盘，而且容量很小，而机架式服务器可以有4个，8个，16个硬盘槽位，容量可以扩充到几TB。

但在时下，随着技术的不断进步，单条内存的容量不断增加，且价格不断下降；一台HP刀片服务器中配置32GB以上的内存已经成为现实。而且随着刀片存储的进步，HP刀片服务器存储瓶颈已经解决，先进的HP刀片存储能够方便扩充存储。

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插有8片刀片式服务器 自定义(少于8个冗余电源) 无 2根（冗余设计） 2根（冗余设计） 1个 使用管理软件集中管理

4．从成本和节能来看刀片服务器和机架式服务器

所有独立的HP刀片服务器都安装在共享的刀片机箱里，随着刀片服务器的增加，每台服务器的成本就会降低。这是因为机箱的资源(电源、制冷、电缆等等)是共享的，每新增一台刀片服务器，只在TCO上增加了服务器的内核成本。对比为了每个新应用而增加一整台新的机架安装服务器的旧方法，显然这种方法节省了不少成本。

节省多少成本？

据IDC总体拥有成本(TCO)分析表明，购置成本可能降低了10到20个百分点，实施与故障排除成本降低了3.8到10.6个百分点，而设备成本降低了8.5到25.3个百分点。

以下是对这些方面的详细分析:

购置成本：再次将刀片服务器和传统机架式服务器进行对比。传统机架式服务器需要配备电缆、网络交换机、管理软件、操作系统软件、存储区域网络(SAN)基础部件、一个键盘、鼠标以及显示器。

刀片服务器和机架式服务器不同，这些部件是一个整体系统的一部分。对服务器解决方案进行比较时，刀片服务器具备最优价值。当计算用于构建传统机架式系统所需的每个部件的成本，然后对比一套具备同样功能的整体式刀片系统的价格，后者节省的效果非常明显。

能耗成本：采用绿色数据中心技术的主要挑战之一是电源成本并不属于IT预算的一部分，从而减少了IT部门做出“绿色”决策的推动因素。如采用刀片服务器系统架构，由于拥有更加优化的结构，相对机架式服务器，刀片服务器具有节约能耗、节省空间、易管理等特性。测试数据显示，刀片服务器较之同等性能的机架式方案，可以较少1/3电力消耗，这还没有计算相关散热的节省。惠普有许多创新技术，比如水冷机箱、节能的主板系统等，实现精确的智能化调节，优化配电，减少能源损耗。这就是惠普提出的Chip to Chiller的节能理念。

刀片服务器应用于数据中心后，提高系统利用率，减少设备数量，从而达到节省耗电、空间及冷却等能耗成本，每年节约1/3的电费。同时，还能够减少大量的碳排放，减少对大气层的污染，还给地球更多的绿色。

实施成本：关于刀片服务器和机架安装服务器之间，哪种更易于实施的问题，我们会给予一点提示。通常刀片服务器比机架式服务器少使用87%的电缆。

比起在一个通常的机架环境中进行扩展，在刀片环境中增加服务器更为简便、更节省时间，增加一台刀片服务器只需30分钟，而增加一台性能相当的机架式服务器要占用的时间长

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达12小时。

传统的机架式服务器需要大量的装配工作，包括拆开服务器、安装支架、由于服务器的体积与重量而需要不止一个人将服务器安装到机架上，然后还要连接所有的电缆。而对于一台刀片服务器，仅仅需要将刀片安插到机箱里。如果有大量的服务器需要安装，累计起来可以节省大量的时间和资源。

故障排除/维修成本：如果刀片服务器发生部件故障，先进的诊断系统可以引导技术人员直接找到故障部件，从而可以迅速完全恢复冗余部件。

有些部件甚至能够在故障发生的几小时或几天前，就即将发生的故障通知系统管理处理器。

设备成本：由于刀片服务器的密集度不断增加，只需要相当于传统机架式服务器所需的占地面积的一半，这样不仅仅通过使用更小的建筑物或更小的面积减少了租赁成本，还增加了其他业务需要的使用空间(例如办公面积)，从而提高生产率。

在一座采用传统机架安装服务器的大型数据中心，每天都会发生一些故障。通过减少机架上的部件数量 - 通过采用刀片服务器 - 也可以减少故障发生的机率。

采用刀片服务器比传统机架安装服务器在四个重要方面具备更多的优点：购置成本、实施成本、故障排除与维修成本、以及设备成本、能耗成本。在以上五方面总共可以节省20%到45%的成本。

5．从扩展性和标准看刀片服务器和机架式服务器

HP机架式服务器的优势在于其采用的是标准服务器设计技术，标准外设，标准接口，具有RAID功能、冗余功能，可独立运行并承担任务。在扩展性方面，机架式服务器因为机箱空间小，所以机箱内的扩展性能较差（相比HP塔式服务器），但它可通过服务器群集，或者外接扩展柜的方式进行非常有效的扩展。而HP刀片服务器在向上扩展和向外扩展方面均具有创新性。添加新服务器一般只需将新的单处理器或多处理器刀片服务器插入到机箱的开放式托架中即可。

HP刀片服务器可插入到已扩展的基础设施中。此外，机箱内部的选件模块还可使我们添加一旦在外部连接便可实现共享的功能，刀片技术的模块化设计可实现快速扩展，比如可扩展网络交换机模块，光纤交换机模块，刀片存储模块甚至是刀片小型机（HP独有技术）。 6．从可靠性和维护看刀片服务器和机架式服务器

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采用普通机架式服务器方案时，由大量的电源线、网线产生的接插点形成了大量潜在的“问题点”，换成刀片服务器机箱和刀片服务器僻决方案后，原先的网络、电源接插点减少了，同时也就增加了系统的可靠性。

HP刀片服务器的所有关键组件均可实现冗余或热插拔，其中包括冷却系统、电源、以太网控制器与交换机、中间背板与背板、硬盘及服务处理器。卸下服务器进行维修仅意味着将刀片服务器拖出机箱，这就像拆卸热插拔硬盘一样简单。高级刀片服务器系统提供了实现高度敏感维修的智能方式。HP Insight Control高级诊断功能可指导维修人员直接找到故障部件，从而实现快速有效的恢复，有些刀片服务器甚至不会出现单点故障。机架式服务器维护相比刀片则复杂一些。

7、从HP服务器技术看刀片服务器和机架式服务器 刀片服务器采用的技术

HP lnsight Control技术

洞察管理技术，通过该技术我们可以使用一个机器人来完成对某个数据中心设备运行状况的检查，通过机器人身上的传感器以及机柜上的感应设备来及时传递信息，在新一代的数据中心里可以将管理员的工作效率提高10倍。 HP Thermal logic技术

该项技术是能量智控技术，它是一项全新用于HP BladeSystem c-Class的创新技术战略，提供了嵌入式温度测量与控制能力，支持根据工作负载需求和环境的自动调节、转换提供电负荷和进行温度控制。为了便于理解我们可以举一个简单的例子，传统我们来衡量一个数据中心好与坏的标准是走进去感受是否有足够的冷气，这种方法是并不科学的。数据中心的每一个部件都对其它部件产生作用，因此，仅仅因为一个高耗电的刀片服务器影响了邻近机架的气流，迫使整个刀片系统以最高的冷却量工作，消耗不少的电力。不难理解Thermal logic技术是放眼整个数据中心，通过该技术，将数据中心分割成网格状，根据不同点的温度来设定供电与冷却阀值以解决产生的热量。

密度曾经是冷却的一道障碍，惠普通过Thermal logic技术的Active Cool风扇以及HP PARSEC体系结构，密度已经成为一种优势。使用该技术以及HP BladeSystem系统套件，不仅比相同数量的机架式服务器冷却所需气流降低50%且耗电减少70%，同时还以节约出宝

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贵的机架空间。透过HP Thermal logic技术可以简化数据中心前期规划、根据功率情况实施管理、在有限的功率和散热空间内最大限度地提升性能、支持近时环境意识、延长数据中心使用寿命。

HP Virtual Connect

虚拟连接技术，是通过I/O虚拟化。进行一次线缆连接后，以后便可灵活地更改数据中心连接。

HP PARSEC体系结构

HP PARSEC体系结构是一种结合了局部与中心冷却特点的混合模式。以惠普c7000机箱为例，机箱被分成四个区块，分别装有风扇、冷却系统等、板载管理器、电源等。传统服务器与刀片和存储刀片的冷却标准不同，而冷却标准与机箱内部的基础元件相适应，甚至有时在多重冷却区内会出现不同类型的刀片，因此在装配起来造成了很多不方便的因素。有了P Active Cool风扇，您就可以轻松获得不同的冷却配置。可调节式风扇支持热插拔，可通过添加或移出来调节气流，使之有效地通过整个系统。这就使集中冷却变得行之有效。 惠普动态功率节省技术（Dynamic Power Saver）

动态功率节省技术，即可以智能调节服务器电源的使用情况。同样是1800W功率的系统有两种不同的方案，一种是6块电源、每块300W、功效是75%。6块电源的输入是2400W，输出1800W，功耗600W。另一种方案是2块电源、每块900W、功效91%，输入1978W，输出1800W，想比来看每台机箱节省422W电力，每年20个功率为0.075/千瓦时的机箱约节省5，545美元。

HP Proliant Power Regulator高级电源管理技术

该技术通过物理或逻辑位置，监控和管理单个和组服务器。同时，监控重要的功率信息，包括：能耗、BTU/小时输出，机箱空气温度。另外，基于策略的管理具有： 1.根据功率上限策略:设置BTU/小时或功率阀值。

2.临时节能策略：设置一天的某个时间，将优先级较低的服务器置于较低的电源状态 3.严重的设施问题：如果发生严重的设施问题，将优先级较低的服务器置于较低的电源状态。

4.节能策略：将所有功率域中的服务器设置为动态电源调节。

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Active Cool风扇技术

Active Cool风扇技术拥有高风量（CFM）、高风压、最佳噪音效果、最佳功耗等特点，可仅使用100瓦电力冷却16台刀片服务器。其设计理念基于飞行器技术，扇叶转速达136英里/小时，在产生强劲气流的同时比传统风扇设计耗电量更低，在该技术正在申请20项专利，能够轻松扩展以适应未来要求最苛刻的产品蓝图要求。

Virtual Connect Flex-10 技术

HP Virtual Connect Flex-10 可支持每刀片服务器多达 24个网络端口,令您的虚拟机具备更多网络端口 Virtual Connect Flex-10 可帮您回收利用未使用的以太网容量,从而有效降低联网成本。

四、结论

综上所述，刀片式服务器可以最大限度地利用数据中心的空间，缩短部署的时间，减轻管理员管理负担。减少能源消耗，节省电费，可靠性高等优点。所以，从长久考虑，建议本院HIS项目在服务器硬件的选型过程中采用刀片服务器方案。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8bk3.html