---- 最 近 一 两 年， 企 业 信 息 系 统 的 设 计 者 和 使 用 者 们 都 非 常 关 心PC 服 务 器 的 走 向。 人 们 对PC 服 务 器 丰 富 的 应 用 和 较 高 的 性 价 比“ 推 崇 备 至”， 但 对 它 的 性 能 和 可 靠 性 却 又“ 忧 心 忡 忡”。

---- 然 而， 据 有 些 专 家 预 测, 受“ 性 能 和 可 靠 性” 困 扰 的PC 服 务 器， 在 今 后 的 一 年 内， 将 有 突 破 性 进 展， 会 有 重 大 改 观。 特 别 是 性 能， 将 会 有 飞 跃 性 提 高。 可 靠 性 的 提 高 速 度 会 稍 滞 后 于 性 能， 所 以，“ 可 靠 性” 对 策 将 是 今 后PC 服 务 器 研 究 开 发 中 最 活 跃 的 领 域。

三 大 技 术 将 使PC 服 务 器 面 貌 一 新

---- 用 户 关 切 期 盼 着PC 服 务 器， 同 时 由 于 它 的 性 能 欠 佳、 缺 乏 缩 放 性， 大 多 数 用 户 仍 处 于“ 想 用 不 敢 用” 的 观 望 状 态。 然 而， 一 年 以 后，PC 服 务 器 将 会 是“ 今 非 昔 比”， 其 性 能 将 会 有 飞 速 提 高。

---- 据 保 守 的 估 计， 在 今 后 的 一 年 内，PC 服 务 器 的 性 能 要 比 现 在 的 主 流 高 端 机 — — 配 置4 个200MHz 的Pentium Pro 的 机 型 提 高5 倍。

---- 这 种 预 测 的 根 据 是， 在 今 后 一 年 内， 有3 个 重 要 技 术 将 使PC 服 务 器 的 有 关 性 能 得 到 彻 底 改 观。 一 是 服 务 器 所 用 的 微 处 理 器 的 性 能 将 急 速 提 高； 二 是 超 过4 个 处 理 器 的 多 处 理 器 方 式 的 定 型 化； 第 三 是4 个 节 点 以 上 的 群 集 系 统 的 普 及。 这3 个 因 素 综 合 作 用 的 结 果， 至 少 可 使PC 服 务 器 的 性 能 提 高5 倍 以 上。 现 在， 已 有 一 部 分 厂 商 开 始 生 产4 个 处 理 器 以 上 的SMP 机 器 和4 个 节 点 以 上 群 集 所 用 的 软 件 产 品。 无 疑， 这 一 趋 势 会 急 速 升 温。

---- 当 然， 不 会 马 上 出 现 把 这3 个 提 高 性 能 的 因 素 实 际 组 合 起 来 的 情 况。 但 重 要 的 是， 这 将 是 一 条 适 应 将 来 数 据 处 理 量 不 断 增 加 的 需 求、 切 实 可 行 的“ 升 级” 之 路。 因 为， 目 前 的PC 服 务 器 缺 乏 良 好 的“ 可 缩 放 性”。 例 如， 信 息 系 统 中 的 数 据 库 服 务 器， 当 数 据 量 增 加 到 两 倍 时， 为 了 保 证 响 应 时 间 不 变， 处 理 能 力 也 必 须 提 高 到 两 倍。 目 前 的PC 服 务 器， 不 能 灵 活 适 应 信 息 系 统 数 据 库 数 据 量 的 突 然 增 加。

---- 2. 多 处 理 器 ＋ 群 集 技 术 增 强PC 服 务 器 的 性 能

---- 给PC 服 务 器 带 来 革 新 的3 大 突 破 性 技 术 中， 提 高 处 理 器 单 体 性 能 的 努 力 持 久 不 懈。 作 为 服 务 器 处 理 器 的 主 力 — —200MHz 的Pentium Pro， 是1995 年11 月 推 出 的。 即 是 说， 工 作 频 率 已 有 两 年 之 久 维 持 原 地 不 动。

---- 2 级 高 速 缓 存 的 容 量， 也 深 刻 影 响 处 理 器 的 处 理 性 能。1997 年8 月 下 旬，2 级 高 速 缓 存 容 量 增 至1MB 的 高 速 版 本 开 始 推 出。 到1998 年 上 半 年 以 前， 不 会 有 更 高 速 的 版 本。

---- 但 是， 到1998 年 下 半 年， 情 况 就 会 发 生 变 化。 因 为 主 力 处 理 器 将 换 代 成Pentium Ⅱ， 工 作 频 率 将 变 为333MHz ～400MHz。

---- 传 统 的PC 服 务 器 最 多 配 置4 个 处 理 器。 然 而， 开 发 配 置6 ～10 个 处 理 器 的PC 服 务 器 的 热 潮 最 近 正 在 兴 起。

---- 据 实 际 测 试， 在 有8 个 处 理 器 的 服 务 器 上 运 行Oracle7 与 有4 个 处 理 器 时 的 检 索 速 度 相 比， 处 理 性 能 增 加 到 原 来 的1.6 倍。

---- 提 高 了 单 台 服 务 器 的 处 理 性 能 之 后， 接 下 来 的 措 施 就 是 用LAN 或 独 自 的 高 速 网 络， 将 多 个 服 务 器 连 接 成 所 谓 的“ 群 集”。 用1998 年 即 将 普 及 的4 节 点 群 集 系 统 执 行 数 据 库 检 索 处 理， 其 处 理 性 能， 将 是 只 有 一 个 节 点 时 的2.8 倍。NEC 计 划 在1998 年 推 出 最 大 为64 个 节 点 以 上 的 群 集 产 品。

---- 3. 注 重 软 件 性 能 提 高 可 靠 性

---- PC 服 务 器 的 性 能 一 旦 得 到 大 幅 提 升， 焦 点 就 转 移 到“ 能 否 将PC 服 务 器 用 于 关 键 业 务 中”。 仅 就 性 能 而 言， 无 任 何 障 碍， 关 键 是 可 靠 性。

---- 在 可 靠 性 方 面， 硬 件 问 题 不 大。 虽 然， 故 障 多 出 在 硬 盘 和 电 源 上， 但 这 方 面 无 论 是Unix 服 务 器 还 是PC 服 务 器， 使 用 的 是 同 样 的 产 品， 其 故 障 率 两 者 是 一 样 的。

---- 剩 下 的 问 题 是， 操 作 系 统 和 应 用 的 可 靠 性。 例 如， 某 公 司 内 安 装 了70 多 台Windows NT 服 务 器。 差 不 多 每 周 都 有 一 台 服 务 器 发 生 莫 名 其 妙 的“ 死 机”， 且 无 重 现 性， 无 规 律 可 寻。 就 连 经 验 丰 富 的 系 统 集 成 商 也 束 手 无 策， 只 好“Reset”。 无 疑， 问 题 在 软 件。

---- 这 种 软 件 可 靠 性 问 题 可 望 由 群 集 技 术 在 一 定 程 度 上 予 以 解 决。 在 连 接 多 个 服 务 器 的 群 集 结 构 中， 即 便 是 一 台 服 务 器“ 死 机”， 其 他 的 服 务 器 仍 能 自 动 地 继 续 进 行 处 理。

---- 4. PC 服 务 器 在 信 息 系 统 中 的 定 位

---- PC 服 务 器“ 性 能 的 急 速 提 高” 和“ 令 人 担 忧 的 可 靠 性” 是 失 衡 的。 因 此， 一 味 追 求 高 性 能 的PC 服 务 器 是 以 一 种 稍 稍 脱 离 常 规 的 形 式 拓 广 应 用 范 围。

---- 在 对 可 靠 性 的 要 求 不 太 苛 刻 的 系 统 中，PC 服 务 器 的 应 用 范 围 在 急 速 扩 大。 有 的 专 家 预 言：“ 在 计 算 中 心 的 综 合 数 据 库 服 务 器 中，Unix 服 务 器 这 一 结 构 即 将 被PC 服 务 器 所 取 代。” 在 部 门 级 系 统 中， 数 据 量 为 数 百MB 到 数 百GB 的Data Mart( 数 据 中 心) 前 途 无 量， 这 也 是PC 服 务 器 的 用 武 之 地。

---- 在 对 可 靠 性 要 求 较 高 的 关 键 业 务 中， 利 用 群 集 技 术 来 提 高PC 服 务 器 的 可 靠 性， 以 求 扩 大 其 应 用 范 围。 但 是， 从 主 机 系 统 和Unix 服 务 器 这 些 高 端 机 来 看，PC 服 务 器 的 可 靠 性 水 平 要 低 几 个 数 量 级。 所 以，PC 服 务 器 在 关 键 业 务 中 的 应 用， 进 展 较 慢。PC 服 务 器 的 目 标 是： 基 于 组 件 的 应 用、 多 个 用 户 在 日 常 业 务 中 使 用 的 信 息 检 索 系 统、Intranet 以 及 处 于 信 息 系 统 和 关 键 业 务 系 统 的 交 界 处 的 应 用。

积 极 吸 收 主 机 系 统 技 术

---- 1. 强 化Pentium Ⅱ 的 服 务 器 功 能

---- 1998 年 下 半 年 要 出 台 的 面 向 服 务 器 的Pentium Ⅱ， 具 有“Slot2” 新 型 插 槽， 它 是 与 现 行“Slot1” 插 槽 的Pentium Ⅱ 不 同 的 产 品 系 列。Intel 宣 称，“Slot2 并 不 是 置 换Slot1 的 技 术 规 格， 其 主 要 用 途 是 服 务 器”。

---- 据 业 界 行 家 推 测，Intel 开 发Slot2 Pentium Ⅱ 的 目 的， 是 为 了 弥 补 现 行Pentium Ⅱ 与Pentium Pro 的 差 距， 进 而 要 超 过Pentium Pro。

---- 现 行 的Pentium Ⅱ 与Pentium Pro 相 比， 在 用 于 服 务 器 方 面 有 以 下 几 点 区 别： ① 工 作 频 率； ② 最 大 多 处 理 器 的 个 数； ③ 可 高 速 缓 存 的 主 存 空 间； ④2 级 高 速 缓 存 的 工 作 频 率； ⑤2 级 高 速 缓 存 的 容 量。 现 行 的Pentium Ⅱ 只 有 工 作 频 率 较 高， 其 他 指 标 都 不 及Pentium Pro。 这 就 是 为 什 么 在 服 务 器 中 不 使 用 现 行 的Pentium Ⅱ 的 原 因。

---- Slot2 规 格 的Pentium Ⅱ 弥 补 了 这 些 差 距， 这 样， 它 作 为 面 向 服 务 器 的 处 理 器， 发 挥 出 了 很 大 威 力。 首 先，Pentium Ⅱ 的 最 大 多 处 理 器 的 个 数 扩 大 到 了4 个， 而Slot2 规 格 的Pentium Ⅱ， 由 于 是 面 向 服 务 器 的， 所 以， 其 性 能 指 标 决 不 亚 于 现 行 服 务 器 用 的Pentium Pro。

---- 可 高 速 缓 存 的 主 存 空 间 同 样 也 得 到 了 强 化。 现 在 的Pentium Ⅱ 的 可 高 速 缓 存 的 主 存 空 间 为512KB。 即 是 说， 主 存 即 使 配 置 为1GB， 也 只 有 地 址0KB ～512KB 的 主 存 空 间， 受 益 于 高 速 缓 存。 这 对 于 要 满 足 数 据 库 处 理 需 要 大 量 主 存 这 一 需 求 的 服 务 器 来 说， 是 致 命 的 弱 点。

---- 2 级 高 速 缓 存 的 工 作 频 率 与Pentium Pro 一 样， 是 与CPU 的 主 频 相 同。2 级 高 速 缓 存 的 存 取 速 度 是 现 行 的Pentium Ⅱ 的 两 倍。

---- 2 级 高 速 缓 存 的 容 量 是 配 置 多 处 理 器 个 数 的 关 键， 大 概 至 少 要 增 至1MB。 因 为，Pentium Pro 已 经 配 置 了1MB 的2 级 高 速 缓 存， 而Pentium Ⅱ 的 体 系 结 构 和 新S.E.C. 组 件， 是 易 于 增 加2 级 高 速 缓 存 的 结 构。

---- 2. 进 展 中 的 多 处 理 器 结 构

---- 处 理 器 性 能 的 改 善， 的 确 提 高 了 服 务 器 的 性 能。 但 仅 此 一 点 还 不 能 引 起 服 务 器 的“ 飞 跃”。 必 须 要 同 时 采 用 其 他 技 术， 综 合“ 治 理”， 才 能 使 服 务 器 产 生“ 飞 跃” 性 提 高。 在 某 种 意 义 上 说， 这 些 技 术 几 乎 都 是 步 入Unix 服 务 器 和 主 机 系 统 之“ 后 尘”， 积 极 吸 收、 发 展 它 们 的 成 功 技 术。

---- 目 前， 在PC 服 务 器 和Unix 服 务 器 间， 存 在3 个“ 关 键 性” 的 技 术 差 距：64Bit 技 术 和VLM(Very Large Memory： 超 大 规 模 主 存)、SMP 中 的 处 理 器 数 目、 以 及 群 集 技 术。 其 中， 关 于64Bit 技 术， 预 计 在1998 年 下 半 年 至1999 年，Intel 的64Bit 处 理 器Merced 将 要 出 台。 而64Bit 的 配 套 软 件， 还 可 能 更 早 些 上 市。 在 这 点 上，Unix 服 务 器 将 会 继 续 保 持 目 前 的 优 势。 但 是， 其 余 的 两 个 技 术， 在 今 后 一 年 内， 在PC 服 务 器 中， 会 愈 加 完 善 并 定 型 化。 所 以，PC 服 务 器 与Unix 服 务 器 的 技 术 差 距 将 会 显 著 缩 小。

---- 关 于 多 处 理 器， 在 现 在 的PC 服 务 器 中， 处 理 器 的 数 目 基 本 上 是 以4 个 为 限。 而 在Unix 服 务 器 中， 配 置16 个 处 理 器 的 机 器 却 不 足 为 奇。 最 近， 以PC 制 造 厂 家 独 家 技 术 规 范， 开 发 超 过4 个 处 理 器 的SMP 机 器 的 也 在 不 断 增 加， 但 在 技 术 上 尚 存 在 诸 多 课 题。

---- 一 般 认 为， 在PC 服 务 器 的 多 处 理 器 技 术 中， 要 超 过4 个 处 理 器，“ 系 统 总 线 的 速 度 将 成 为 瓶 颈”。 所 谓 系 统 总 线， 就 是 连 接 处 理 器 与 主 存、 外 设 的 数 据 传 输 路 径。 这 是PC 服 务 器 性 能 上 的 一 个 课 题， 同 时 也 是 研 究 开 发 的 重 点。Intel 的 一 位 资 深 专 家 指 出：“ 最 有 效 的 解 决 办 法 是， 提 高 系 统 总 线 速 度 和 增 加 处 理 器 的2 级 高 速 缓 存。” 这 种 看 法 也 和Intel 的 产 品 计 划 一 致。

---- 系 统 总 线 的 速 度 之 所 以 成 为 问 题， 是 由 于 处 理 器 数 目 一 多， 就 会 出 现“ 处 理 器 要 用 总 线 的 时 候 而 不 能 使 用 总 线” 的 情 况。 在 多 处 理 器 技 术 中， 各 处 理 器 是 轮 流 使 用 总 线 来 与 主 存、I/O 设 备 进 行 数 据 交 换。

---- Intel 在1998 年 要 把 现 在 以66.7MHz 工 作 的 系 统 总 线 提 高 到100MHz。 传 送 速 度 从533MB/s 提 高 到800MB/s。 据 说 不 久 的 将 来， 总 线 速 度 还 可 能 提 高 到300MHz。

---- 另 外， 处 理 器 数 目 一 多， 其 他 处 理 器 占 有 总 线 的 时 间 就 会 加 长。 假 若 总 线 总 是100% 的 处 于 使 用 状 态 下， 那 么“ 希 望 把 总 线 的 使 用 率 压 在60% 以 下”。 否 则， 等 待“ 总 线 空” 的 时 间 就 会 加 长， 这 将 对 处 理 器 的 运 行 效 率 带 来 很 大 的 负 面 影 响。

---- 故 此， 要 增 加2 级 高 速 缓 存 的 容 量。 这 样 就 可 增 加 各CPU 身 边“ 随 手” 能 处 理 的 数 据 和 命 令， 减 少 使 用 总 线 的 次 数。 到1998 年，Pentium Ⅱ 的2 级 高 速 缓 存 的 容 量， 很 有 可 能 做 到1MB。

---- 3. 群 集 在 大 量 数 据 的 检 索 中 发 挥 威 力

---- 群 集 技 术 是 和 多 处 理 技 术 一 起， 从Unix 服 务 器 移 植 过 来 的 重 要 技 术。 由 群 集 技 术 带 来 的 性 能 提 高， 不 是 百 分 之 几 十， 而 是 可 达 几 倍， 是 极 富“ 诱 惑 力” 的 技 术。

---- 由 群 集 技 术 构 成 的PC 服 务 器， 其 主 要 用 途 是 信 息 系 统 的 数 据 库 检 索 处 理。 用4 个 节 点 的 群 集（ 每 个 节 点 为4 处 理 器 的 服 务 器）， 可 以 进 行100GB 以 上 的 数 据 库 检 索 处 理。 而 目 前， 多 数 数 据 库 的 数 据 量 是 在40GB ～50GB 之 间。

---- 之 所 以 获 得 如 此 好 的 效 果， 是 由 于 群 集 技 术 冲 破 了I/O 性 能 的 限 制。 从PC 服 务 器 的 使 用 现 状 来 看， 多 数 用 户 反 映：“ 处 理 器 的 性 能 倒 不 是 什 么 问 题， 硬 盘 和 网 络 才 是 真 正 的 瓶 颈”。“ 在 信 息 系 统 的 大 量 数 据 检 索 处 理 中， 往 往 是 处 理 器 性 能 有 余， 而I/O 才 是 瓶 颈。”

---- 在 群 集 系 统 中， 各 节 点( 一 台 服 务 器) 可 以 并 行 地 存 取 硬 盘 装 置， 因 此， 即 便 数 据 量 增 加， 磁 盘I/O 成 为 瓶 颈 的 可 能 性 很 小。 但 是， 若 节 点 间 的 通 信 速 度 不 够， 网 络 会 成 为 瓶 颈。 这 点 在 数 据 库 设 计 中 要 给 予 充 分 注 意。

---- 4. 适 应 群 集 的RDB 软 件 也 一 应 俱 全

---- 并 行RDB（ 关 系 数 据 库） 软 件， 是 群 集 中 提 高 系 统 性 能 必 不 可 少 的 部 分。

---- 面 向PC 服 务 器 的 并 行RDB 产 品， 在 今 后 一 年 内 将 会 出 齐。 除 了 已 经 推 出 的 日 立 制 作 所 的HiRDB 和 日 本Oracle 的Parallel Server 外，Informix 计 划 在1998 年 第 一 季 度 推 出Informix OnLine Extended Parallel Server。Oracle Parallel Server 目 前 还 不 具 有 跨 节 点 并 行 检 索 处 理 功 能， 但 以Oracle 8 为 基 础 的 下 一 个 版 本 已 具 有 这 种 功 能。

---- 将 并 行RDB 和 群 集 系 统 有 机 组 合 的 检 索 处 理， 按 下 述 流 程 执 行， 参 见 附 图。 查 询 一 到 达 某 个 节 点， 就 将 其 分 割 成 适 当 的 处 理 单 位（ 子 任 务）， 送 往 各 个 节 点。 在 各 节 点 待 命 的 并 行RDB 引 擎 执 行 收 到 的 查 询。 由 于 数 据 已 事 先 分 割 配 置 在 各 个 节 点， 所 以 各 节 点 可 以 完 全 并 行 地 执 行 检 索 处 理。 各 个 节 点 的 检 索 结 果 返 回 到 接 受 查 询 的 节 点， 最 后 合 并 起 来 返 送 给 客 户 端。

---- 据 有 关 专 家 测 算， 可 扩 充 性 的 大 致 范 围 是“ 节 点 数 ×0.7”。 如 果 是4 个 节 点， 则 可 扩 充 范 围 为2.8 倍 左 右。 此 处 的“ ×0.7”， 是 考 虑 节 点 间 数 据 移 动 所 需 时 间 的 系 数。 该 值 是 一 个 范 围， 随 处 理 内 容 和 系 统 结 构 而 变 化。

---- 如 果 同 时 采 用 故 障 时 切 换 节 点 的 群 集 软 件（ 如Microsoft Cluster Server） 的 失 效 保 护 功 能， 也 可 以 提 高 使 用 并 行RDB 软 件 的 可 靠 性。 如 附 图 所 示， 每 两 个 节 点 导 入 一 套 群 集 软 件， 两 个 节 点 中 无 论 哪 个 发 生 故 障， 另 一 节 点 就 会 把 数 据 接 过 来， 继 续 进 行 处 理。

---- 5. 配 置 输 入 输 出 专 用 处 理 器

---- 与PC 服 务 器 和Unix 服 务 器 相 比， 主 机 系 统 的 一 个 明 显 优 势 是， 有 很 高 的 输 入 输 出 性 能。 这 是 由 于 在CPU 和 输 入 输 出 装 置 之 间 有 高 效 进 行 数 据 交 换 的“ 通 道”。 所 谓“ 通 道”， 是 主 机 系 统 中 连 接CPU 和 输 入 输 出 装 置 的“ 连 接 装 置”。 它 将CPU 的I/O 命 令 变 换 成 输 入 输 出 装 置 的 固 有 命 令， 以 便 更 有 效 地 控 制 多 个I/O 装 置。

---- 这 种PC 服 务 器 版 的“ 通 道”， 是 一 种 所 谓“ 智 能I/O(I2O)” 机 构。 这 是 由Intel，Compaq，Microsoft 和HP 等 共 同 倡 导 的、 一 种 高 性 能I/O 系 统 标 准 接 口 规 范。1998 年 将 产 品 化。 主 要 生 产 厂 家 已 经 在 进 行 相 应 产 品 的 开 发。

---- I2O 与 主 机 系 统 的 通 道 类 似， 另 外 具 有 与 通 常 的 处 理 器 不 同 的I/O 专 用 处 理 器。 该 处 理 器 控 制 着 硬 盘、 网 络 等 所 有 的I/O 处 理。

---- 多 个I/O 装 置 间 传 送 数 据 时， 现 在 的 做 法 是， 接 受 中 断 申 请 的 主 处 理 器 将 数 据 读 入 主 存 后 才 传 送 给 目 的 地。 而I2O 是 直 接 控 制I/O 装 置 间 的 数 据 传 送。 因 此， 主 处 理 器 和 主 存 可 以 更 有 效 地 用 于 其 他 的 应 用。

---- I2O 是 由I/O 专 用 处 理 器 卡 和 适 应I2O 的I/O 卡（SCSI 控 制 器、 磁 盘 阵 列 控 制 器、 网 卡 等） 构 成。 各 个 构 成 部 件， 用 基 于I2O 技 术 规 范 的 协 议， 相 互 间 进 行 数 据 交 换。

---- 此 外， 也 必 须 要 有 相 应 的 服 务 器 本 体 和OS。 例 如， 日 本HP 的HP NetServer LX， 已 经 配 置 了 插 入I/O 处 理 器 卡 的 插 座， 开 始 准 备 向I2O 推 进。OS Windows NT 5.0 等， 计 划 要 支 持I2O。

---- ( 作 者 地 址: 北 京 海 淀 学 院 南 路76 号 冶 金 部 钢 铁 研 究 总 院,100081)