服務器內部揭秘（CPU、內存、硬盤）

服務器作為網絡的節點，存儲、處理網絡上80％的數據、信息，被稱為互聯網的靈魂。它不僅是一個簡單的機器，更像是一個精密的工程，由多個關鍵組件相互配合，以實現高效的數據處理和存儲。

01 什么是服務器

服務器是在網絡中為其他客戶機提供服務的高性能計算機：具有高速的CPU運算能力，能夠長時間的可靠運行，有強大的I/O外部數據吞吐能力以及更好的擴展性。服務器的內部結構與普通計算機內部結構類似（CPU、硬盤、內存、系統總線等）。

服務器Server：間接服務于多人；個人計算機PC：直接服務于個人。

02 服務器的分類

外形結構分類 

工業場景使用比較多的就是架式服務器（一般2U）和刀片服務器（架式服務器的高密度版，一般8U或10U），插拔的每一個刀片都可以理解為是一個服務器）。

· 塔式服務器：外形以及結構跟立式PC的主機差不多。

· 機架式服務器：外觀統一標準，配合機柜使用。

· 刀片式服務器：機架式機箱內插裝多個卡式的服務器單元（比較貴）。

按照CPU體系架構分類 

· CISC服務器（復雜指令集）

X86架構：AMD、Intel做的比較好，32位的x86處理器。

X86-64架構：64位的x86擴展處理器，有時也稱為x64、IA-32、EMT64等架構。

· RISC服務器（簡單指令集）

ARM架構主要是手機端的CPU和MCU。手機端CPU廠商有高通驍龍、華為麒麟、聯發科、三星獵戶等，MCU端有STM32、GD32等；服務器處理器有華為海思鯤鵬、Ampere、亞馬遜Craviton。

· MPIS架構、PowerPC架構、SPARC架構（可擴展處理器架構）

· VLIW服務器（超長指令集）

Inter IA-64架構、AMD Athlon 64架構。

按照網絡規模場景分類 

企業級、入門級

按照用途分類 

通用型、專用服務器

也可以簡單把服務器分為X86服務器和非X86服務器 

X86：PC服務器，基于CISC復雜指令集（即我們使用的個人筆記本也可以理解為X86服務器）。

非X86：主要包括大型機、小型機和Unix服務器，這類服務器一般需要使用專門的操作系統（像X86只需要windows或linux就可以）。

非X86和X86的區別

· X86我們一般都稱之為微型機，而非X86的運算能力和性能要高很多，在服務器市場的定位為中高端，價格昂貴。但是隨著云計算的提出以及并行計算思想的提出，我們可以將一個大任務分為多個小任務，并將其分配過不同的機器進行運算，就可以使用多個微型機來實現大型的運算，因此雖然X86服務器的性能和可靠性并沒有提升，但是整個X86集群的可靠性和性能得到了提升。

· X86服務器的通用型要比非X86好很多。例如Hypersion軟件，對于所有的X86服務器，虛擬化軟件都可以使用-KVM、VMware等虛擬化軟件就可以在所有X86服務器上運行。

· 非X86服務器有很強的定制化特性。不同廠商的非X86服務器需要定制化的操作系統、定制化的虛擬化軟件-廠商A的非X86服務器的虛擬化軟件就不能運行在廠商B的非X86服務器上），所以非X86服務器的橫向兼容性和擴展性就很差。

03 服務器的組成

硬件組成

· CPU、內存、硬盤、電源、風扇

· IO（陣列卡、網卡、HBA卡、HCA卡-應用于IB網絡上的網卡等）

· 管理模塊（帶內-消耗服務器資源/帶外管理，服務器有專門的管理口-連接的是服務器內部的一個管理組件）

軟件組成

· 固件（系統固件、硬件固件-例如BIOS/UEFI）

· 系統軟件（編程語言程序、操作系統、數據庫管理系統等）

· 應用軟件（通用/定制應用軟件、商用應用軟件等）

中央處理器CPU 

CPU主要由ALU算數邏輯運算單元、Cache高速緩沖存儲器、Bus總線組成。

CPU常見參數

· 主頻：CPU的時鐘頻率，指的是每秒CPU能夠運算的次數，一般而言主頻越高，CPU的速度越快。

超頻：主頻并不是固定不變的，在一些場景下可以超頻運行，不過會傷害CPU的使用壽命；降頻：在節能模式下，系統CPU會進行降頻，增強續航。

· 核數：表示CPU的并行處理能力，核數越多并行處理速度越快。

· 線程：指的是處理器的邏輯線程數量，一般一個核數對應一個線程。

超線程：一個物理核可以對應多個線程（將一個核心分為多個小的核心進行并行計算），實現單核可以并行處理多個事務，提高效率。

· 高速緩存：高速緩存也可以稱為多級緩存，用來緩解內存帶來的瓶頸；目前有2級、3級緩存，緩存量越大越好（因為目前內存發展滯后于CPU的）。

· FSB前端總線：表示了CPU和外界數據傳輸的速度。

· TDP熱設計功耗：當芯片達到最大負荷時熱量釋放的指標，是電腦的冷卻系統必須有能力驅散熱量的最大限度。

· VT虛擬化技術：VT是Inter的技術，AND對應的是ADM-v技術，能夠滿足對不同的上層操作系統對底層處理器的調用。

內存 

內存是和CPU配合工作的，CPU用于計算的時候會將所需要的數據和指令緩存在內存中，內存同時也需要和硬盤進行通信。

內存主要分為RAM（隨機存儲器）、ROM（只讀存儲器）、Cache（高速緩存）

· RAM：與CPU直接交換的內部存儲器，也叫主存（內存），可以隨時讀寫。

· ROM：一般在內存制造時就將相關數據寫入到ROM中（一般存放計算機基本程序和數據），里面的信息只能讀出；斷電不會丟失。

· Cache：高速緩沖存儲器，位于CPU和內存之間，是一個讀寫速度比主存更快的存儲器（向主存進行數據的讀寫時，這些數據業戶別存儲進高速緩沖存儲器中）。

當進行數據讀取與訪問時，CPU直接從高速緩沖存儲器讀取，而不是訪問較慢的主存；如果需要的數據在Cache中沒有，則CPU再去主存讀取數據。

內存類型的分類：內存主要分為SRAM靜態隨機讀寫內存，DRAM動態隨機讀寫內存。

SRAM的速度比DRAM快，功耗也較低，但是SRAM的成本比較高，一般用于高速緩存（如L1、L2、L3緩存）。

DRAM通常就是我們使用的內存，主要由以下幾種類型：

SDRAM（同步動態隨機存取存儲器）

RDRAM（Rambus動態隨機存取存儲器）

EDO DRAM（擴展數據輸出動態隨機存取存儲器）

FPM DRAM（快速頁模式動態隨機存取存儲器）

其中SDRAM又可以細分為以下幾種類型：DDR（雙倍率同步動態隨機存取存儲器）、DDR2、DDR3、DDR4（主流）、DDR5。

內存相關參數

· 內存主頻：與CPU主頻一樣，代表內存所能達到的最高工作頻率，一般用來表示內存的速度?，F在內存中都會配置高速緩存，通過分級高速緩存，來保證內存跟CPU通訊的速度越來越快。

· 內存容量：4、8GB內存為主流配置；SDRAM內存條有雙面和單面兩種設計，每一面采用8顆或9顆（多出的一顆為ECC）內存顆粒（內存芯片）。

· CL延遲：內存存取數據所需的延遲時間，就是內存接到CPU的指令后的反應速度。

· 奇/偶校驗（ECC）：數據傳送時采用的一種校正數據錯誤的一種方式，分為奇校驗和偶校驗兩種（一般企業級的內存才會有ECC校驗）。

· 存取時間：單位為ns（納秒），數值越小，存取速度越快，價格越高。

2Rx4：指的是該內存條有兩面，每面有4個內存顆粒。

有些內存條DDRx的型號是通過PCx來表示的（即 PC3也表示DDR3）。

主流內存廠商

硬盤 

· 服務器有前置硬盤和后置硬盤，區別是什么 —— 不絕對

一般服務器后面插的硬盤我們稱為本地盤（安裝服務器的操作系統、應用軟件等）。

前面的硬盤可以用作配超融合的虛擬存儲（即：在服務器上配置虛擬機的時候，一般分配前置硬盤的資源）。

· 根據硬盤的介質主要分為兩種類型

HDD機械硬盤

SDD固態硬盤（讀寫速度快，價格高）

還有一種HHD混合硬盤（不僅有機械硬盤必備的磁頭、碟片、馬達等，還內置了NAND閃存顆粒）

· 存儲接口協議

SCSI、FC、SAS、SATA、PCIE等

常見的擴容插槽為M.2和PCI-E--服務器為PCI-E，云終端為M.2

網卡、存儲卡、RAID卡

這三類卡都通過PCI插槽插在服務器的主板上（與主板的接口一般是PCI接口、現在也有PCI-X、PCI-E接口）*

· 網卡—通過網絡連接線與網絡交換機連接：普通場景使用電口網卡、但是在一些工業場景可能需要使用到光口網卡來提供更高速的網絡連接。

服務器網卡分類—根據封裝協議的類型分類：

NIC：特指以太網卡，支持TCP/IP協議，應用于以太網絡中

CAN：融合網卡，本質上是以太網卡，但支持FCoE功能（FC over Ethernet）

HCA：特指Infiniband網卡，即IB卡,應用于高帶寬、低時延的高性能計算項目中

HBA：FC-HBA網卡連接光纖交換機；iSCSI-HBA網卡，連接存儲設備

電口網卡：RJ45接口

光口網卡：LC/SC/FC/ST接口（需要和光模塊一起使用）

· 光模塊——插在光口上：用來實現光電轉換，發送端把電信號轉為光信號，通過光纖傳送后，接收端再把光信號轉為電信號（通過光纖可以傳輸很遠的距離，并且傳輸速率高）。

根據接口速率可以分為SFP（1G）、SFP+（10G）、SFP28（25G）、QSFP+（40G）、QSFP28（100G）、XFP等。

根據傳輸距離可以分為單模、多模，單模傳輸距離遠（更貴），多模傳輸距離近。

· 光纖跳線：用來做設備到光纖布線鏈路的跳接線（指的就是不同設備之間通過光纖布線鏈路來連接）

光纖接口分類（按照接口的形狀分類）有LC（小方型卡接式-比SC個頭?。?、SC（大方型卡接式-路由器交換機使用的最多）、FC（圓型帶螺紋-配線架上使用的最多）、ST（圓形卡扣連接）等，需要注意光纖跳線兩邊的接口和光模塊接口要一致。

· 存儲卡—通過網絡連接線與存儲設備連接：服務器通過存儲卡可以直接和存儲設備進行連接，使得存儲設備為服務器提供存儲服務。HBA卡就可以稱為存儲卡，常用的有FC-HBA（連接光纖交換機），iSCSI-HBA（連接存儲設備）。

· RAID卡—通過總線和硬盤連接：解決本地磁盤配置RAID的問題，通過RAID卡這個硬件可以直接將本地磁盤配置為RAID組（也有軟件方式）。