计算机硬件与组成原理基础
计算机硬件类型
家用台式电脑
家用电脑分为主机和显卡器两部分,一般用于家庭娱乐,比如听音乐、打游戏等,优点是可以配置独立显卡、声卡、显示器等设备,因此配置比较高一些,娱乐更加享受;缺点就是设备体积和重量太大,占用地方且移动不方便,在国内一二线城市办公场所已经退出历史舞台,被较小并且同样可以高配的笔记本电脑取代。
服务器
由于服务器需要响应服务请求,并进行处理,因此一般来说,服务器应具备承担服务并且保障服务的能力。服务器构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等,这与通用计算机架构类似,但是由于需要提供高性能高可靠的服务,因此,在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。一句话概括:服务器就是一台特殊的电脑,配置更高,设备更贵更好,主要用在企业的后台为用户提供各种业务服务程序运行支撑。
服务器的功能,塔建网站如互联网企业常见应用,等应用服务所使用的机器,相对于其他台式机、笔记本电脑来说,使用服务器更加稳定可靠,硬件有7*24
持续运行的能力。
服务器的尺寸
就像笔记本电脑的显示器按照屏幕大小分为14
英寸、15.6
英寸等一样,服务器也是有尺寸的,这个尺寸一般用来描述服务器的高度,服务器的尺寸是按U计算的。IU服务器表示服务器高度是4.45cm
(1.75英寸)。
服务器的内部结构和台式电脑大同小异,基本零件跟台式电脑一样必须要有,比如CPU处理器、内存、磁盘,有所不同的是,服务器可以容纳的CPU处理器数量更多,风扇也更多,可插拔的硬盘数量也可以更多。 如图就是1U服务器的样子
服务器按外形分类
- 机架式服务器
机架式服务器的外形看起来像抽屉,有IU(1U= =44.45 毫米)、2U、4U等规格。机架式服务器一般安放机柜里面,是工作中使用最多的服务器类型。
- 刀片服务器
刀片服务器的外观类似一个箱子里摆放整齐的书。所谓刀片服务器,是指在标准高度的机架式机箱内插装多个卡式的服务器单元,实现高可用和高密度。每一块“刀片”实际上就是一块系统主板。它们可以通过“板载”硬盘启动自己的操作系统,如Windows、Linux等,类似于一个个独立服务器。在这种模式下,每一块母板运行自己的系统,服务于指定的不同用户群,互相之间没有关联,因此相对于机架式服务器和机柜式服务器,单片母板的性能较低。不过,管理员可以使用系统软件将这些母板集合成一个服务器集群。
在集群模式下,所有的母板都可以连接起来,从而提供高速的网络环境,并且它们会共享资源,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,系统可以轻松的进行替换,并且将维护时间减少到最小。
3. 塔式服务器
俗称比较健壮的服务器,塔式服务器是最容易理解的一种服务器结构类型,因为它的外形以及结构都跟立式PC差不多。当然,由于服务器的主板扩展性较强,插槽也多出了一堆,所以个头比普通主板大,因此塔式服务器的主机箱也比标准机箱要大,一般都会预留足够的内部空间以便日后进行硬盘和电源的冗余扩展。但这种类型服务器也有不少局限性,比如,在需要采用多台服务器同时工作以满足较高的服务器应用需求时,由于其个体比较大,占用空间多,也不方便管理,便显得很不合适。
互联网公司的服务器品牌
国内互联网公司使用的服务器品牌很多,但DELL服务器可能是最多的,也是性价比较高的。现在越来越多的企业直接购买云服务了,随着云的发展,中小企业直接购买硬件的机会越来越少了,各类硬件工程师、网络工程师的岗位和前景也越来越小了,建议部分人群加速转行到Linux运维或者网络完全领域,因为在这两个领域上,之前用到的技术都可以叠加。
服务器品牌 | 说明 |
---|---|
DELL 戴尔服务器 | 互联网公司应用最广 |
HP 惠普服务器 | 部分互联网公司应用 |
IBM 服务器 | 较高大上的服务器,有些传统大型企业会用 |
浪潮 | 国产服务器,传统企业、学校用 |
华为 | 国产服务器 |
联想 | 国产服务器,用户较广、很杂 |
Dell服务器对应型号
以Dell机架式服务器为例,R2X0
到R6X0
基本都是1U
,R7X0
或R8X0
是2U
的,R9X0
是4U
的。其中,X
表示1~3
这几个数字,个别可以有4
。
主流应用时间段 | 1U的主流型号 | 2U的主流型号 |
---|---|---|
2010 年以前 | 1850、1950 | 2850、2950 |
2010~2013 年 | R410、R610 | R710 |
2014~2016 年 | R420/430 R440 R620/630 | R720/R730 |
IBM服务器对应型号
IBM服务器,质量好,但价格高,互联网公司不太常用。目前来看,IOE
代表了全球三个领域里最好的品牌,即IBM
服务器、Oracle
(甲骨文数据库)和Emc
(存储厂商设备),但互联网公司从2010年起就在提倡去IOE
,代表企业为阿里巴巴集团,企业去IOE
的本质是企业变大以后,购买IOE
的成本开销会成倍增加,且IOE
的设备都是黑盒运行,并不为企业所完全掌控,受限于厂商。
服务器尺寸 | 服务器型号 |
---|---|
1U | 3550/M3 , 3550/M5 |
2U | 3650 M3/M4/M5 |
4U | 3850 |
8U | 3950 |
服务器的核心零部件
通过此图可以了解Dell
服务器的内部结构信息
电源
电源相当于人体的心脏,保障电力供应,如果要买服务器,请选择质量好的电源。在生产中,若是单个服务器核心业务,最好使用双电源,并分别接机房A、B
线路。
如果服务器是集群中的一台(一堆机器做一件事),那么可以不用双电源。除此之外,运维工作就不用过多考虑电源的其它问题了。
硬件方面保障服务器不宕机,以及意外发生比如火灾、地震等事故,需要做到如,重要服务器使用双电源、每个电源接不同的线路、做同样服务的服务器,至少2台、不同机房放服务器,不同地区放服务器(2
地 3
中心)。
Central Processing Unit (简称CUP)
CPU
处理器相当于人体的大脑,负责整个计算机的运算和控制,是服务器性能效率的最核心部件。CPU
常见的种类分为精简指令集 和 复杂指令集两类:
精简指令集的CPU
设计代表有SUN
公司的SPARC
系列和ARM
系列等,这类CPU
的设计特点是指令集精简,每个指令执行的时间很短,操作很简单、有效率。
复杂指令集的设计代表有大家熟知的Intel
志强系列(XEOE)(应用广泛)和AMD
系列(应用不多)等。这类CPU
的设计特点是指令数量多、指令集复杂,且执行的时间较长,但能处理的事务更多、更丰富。
Intel、AMD
被称为x86
架构CPU
,主要用于个人电脑或DELL
等品牌的列服务器上。
服务器CPU
的颗数,我们称为路数。如DELL R630
双路 1U
服务器、DELL R720
双路2U
服务器、DELL R830
四路 2U 服务器。
CPU
一般通过频率GHz
表示性能的好坏,频率越高速度越快,简单的说,CPU
频率就是用来表示CPU
每秒钟工作次数的。
企业级常见物理服务器配置:
一般企业里的服务器,CPU
个(颗)数为2~4
颗,单个(颗)CPU
是四核。内存总量一般是16~256GB
(32GB
、64GB
较常见)。
做虚拟化的宿主机(VMware
虚拟化软件、KVM
的主机),CPU
颗数可达4~8
颗,内存总量一般是48GB~128GB
,常规企业可以同时启动6~10个
虚拟机,甚至更多,主要是根据业务需求决定虚拟机的配置大小。
CPU
长时间运行会发热,因此需要有降温的设备,如CPU风扇或散热片,散热片主要是金属铜或者铝制的,目的是将热量快速传导出去。
在企业级运维中,对CPU
硬件配置选择,以及服务器系统CPU
性能监测和优化是运维人员的常见工作之一。CPU
的优化是一个复杂的工作,需要长期的实践和反复观察,由于这部分内容难度很大且复杂。
多CPU原理
多核心是在一个处理器里拥有多个处理器核心,核心是两个,但是其他硬件还都是两个核心在共同拥有,而多CPU
则是真正意义上的多核心,不光是处理器核心是多个,其他例如缓存等硬件配置也都是多份的。
查看CPU
windows电脑可以通过 windows + R 输入 dxdiag 查看CPU详细信息。
内存
内存(RAM)是CPU
和磁盘之间的缓冲设备,是临时存储器(存放数据的),若服务器断电,数据就会丢失。程序运行的时候,一般会被调度到内存中执行,服务器或程序关闭之后,数据自动从内存中释放掉。内存原理,它是临时的存储器,关机数据就会丢失、存放运行的数据进程、内存(RAM)是CPU
和磁盘之间的缓冲设备。
磁盘
磁盘是永久存放数据的存储器,磁盘上也有缓存芯片。常用的磁盘(硬盘)都是3.5
英寸的,常规的机械硬盘,读取(性能不高)性能比内存差很多,所以,在企业工作中,我们才会把大量的数据缓存到内存中,写入到缓冲区中,这是当今互联网网站必备的解决网站访问速度慢的方案。
磁盘的接口包括IDE、SCSI、SAS、SATA、M.2、PCI-E
等种类,其中IDE、SCSI
已退出历史舞台。
硬盘尺寸
有3.5
寸和2.5
寸磁盘,左边的是3.5英寸的西部数据尺寸为147 * 101.6 * 26.1mm
,右边是日立2.5
英寸1TB
磁盘的尺寸为100 * 70 * 9.5mm
。
磁盘物理结构
左边机械硬盘又马达,磁头,盘片构成。
右边固态硬盘又主板芯片、缓存芯片、闪存芯片构成。
接口类型
1. SATA
:机械硬盘接口,家用电脑常用,如果是机械硬盘速度一般
2. SAS
:服务器专用接口,每秒15000
转,速度比SATA
更快,但是价格更贵
3. m.2
:固态硬盘接口,速度很快,可以达到G
每秒
4. PCI-E
:速度最快的硬盘,高端服务器或者高端玩家必备
磁盘速度比较
- PCI-E
:1GB/s
~ 3GB/s
,最高32Gbps
m.2
:1GB/s
~3GB/s
, 最高6-32Gbps
普通固态硬盘
300M/s
~500M/s
SAS
接口(Serial Attached SCSI
即串行连接SCSI
):300M/s
~600M/s
,最高达6Gbps
SATA
接口 (Serial AT Attachment
即串行ATA
接口)机械硬盘:90-120MB/s
运维与服务器
现在市面上有很多Linux
基础的书籍,都只是讲Linux
基础以及Linux
一堆废话,未提及任何Linux
运维工作相关的内容,其实学Linux
最直接的目的就是维护Linux
服务器,开发人员也是一样。
运维的三大核心职责
- 企业数据安全性
企业数据是每个现代IT
企业的生命线,作为Linux
运维人员,要保证不丢失任何数据的同时,也不能泄露公司的任何有用数据给外部人员,你们可以看一下拖库事件,就能明白社会上企业数据安全信息。
- 企业业务
7*24
小时运作
互联网企业甚至是传统企业,除了数据安全外,还需要业务有持续运行的能力,这对运维人员提出了更高的要求,也是运维人员高薪的原因。
- 企业业务服务效率高
一切的企业工作最终都是为了给用户提供高效、舒心的服务,如果网站打开很慢,用户的使用体验就很差,这样的企业也是没有任何生命力的,运维人员需要不断的优化网站业务,让用户能够高效的访问,这是决定运维人员是否能拿高薪的必备条件。
企业网站和应用的可用性的衡量标准
中小企业业务持续可用性应达到99.9%
,中大型企业应达到99.99%
甚至是99.999%
。
可用标准描述 | 简称 | 可用性级别 | 全年停机时间 |
---|---|---|---|
基本可用性 | 2个9 | 99% | 87.6 小时 |
较高可用性 | 3个9 | 99.9% | 8.8 小时 |
很高可用性 | 4个9 | 99.99% | 53 分钟 |
极高可用性 | 5个9 | 99.999% | 5 分钟 |
运维工作基本原则
简单,易用,高效,稳定,安全。如果在达到这三个核心原则下,还能不断地对网站架构优化和调整,达到节省服务器数量、IDC
和CDN
宽带,甚至能够使用云、容器服务、以及开发自动化智能平台等提高工作效率、节省企业运维人力成本,那这样的运维人员开多少薪水随你所想。
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