服務(wù)器技術(shù)種類

　　從體系結(jié)構(gòu)來看，目前廣泛應(yīng)用于關(guān)鍵業(yè)務(wù)領(lǐng)域的商用服務(wù)器大體可以分為三類，即對稱多處理器結(jié)構(gòu)(SMP：Symmetric Multi-Processor)，非一致存儲訪問結(jié)構(gòu)(NUMA：Non-Uniform Memory Access) 以及海量并行處理結(jié)構(gòu)(MPP：Massive Parallel Processing)。

　　SMP結(jié)構(gòu)是指服務(wù)器中多個CPU對稱工作，無主次或從屬關(guān)系。各CPU共享相同的物理內(nèi)存，每個CPU訪問內(nèi)存中的任何地址所需時間是相同的，因此SMP也被稱為一致存儲器訪問結(jié)構(gòu)。對SMP服務(wù)器進(jìn)行擴(kuò)展的方式包括：增加內(nèi)存、使用更快的CPU、增加CPU、擴(kuò)充I/O、更多的外部設(shè)備 (通常是磁盤存儲)。SMP服務(wù)器的主要特征是共享，系統(tǒng)中所有資源（CPU、內(nèi)存、I/O等）都是共享的。也正是由于這種特征，導(dǎo)致了SMP服務(wù)器的主要問題，那就是它的擴(kuò)展能力非常有限：每一個共享的環(huán)節(jié)都可能造成SMP服務(wù)器擴(kuò)展時的瓶頸；對SMP而言，最受限制的是內(nèi)存，每個CPU必須通過相同的內(nèi)存總線訪問相同的內(nèi)存資源；隨著CPU數(shù)量的增加，內(nèi)存訪問沖突將迅速增加，造成CPU資源的浪費，CPU性能的有效性大大降低。

　　由于SMP在擴(kuò)展能力上的限制，人們開始探究如何進(jìn)行有效地擴(kuò)展從而構(gòu)建大型系統(tǒng)的技術(shù)，NUMA就是這種努力下的結(jié)果之一。利用NUMA技術(shù)，可以把幾十個CPU（甚至上百個CPU）組合在一個服務(wù)器內(nèi)。


　　NUMA服務(wù)器的基本特征是：具有多個CPU模塊（或稱為Building Block、節(jié)點）；每個CPU模塊由多個CPU（如4個）組成，并且具有獨立的本地內(nèi)存、I/O槽口等；節(jié)點之間通過互連模塊進(jìn)行連接和信息交互；每個CPU可以訪問整個系統(tǒng)的內(nèi)存，顯然，訪問本地內(nèi)存的速度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于訪問遠(yuǎn)地內(nèi)存（系統(tǒng)內(nèi)其他節(jié)點的內(nèi)存）的速度，這也是非一致存儲訪問NUMA的由來。由于這個特點，為了更好地發(fā)揮系統(tǒng)性能，開發(fā)應(yīng)用程序時需要盡量減少不同CPU模塊之間的信息交互。

　　利用NUMA技術(shù)，可以較好地解決原來SMP系統(tǒng)的擴(kuò)展問題，在一個物理服務(wù)器內(nèi)可以支持上百個CPU。

　　NUMA技術(shù)的主要問題是，由于訪問遠(yuǎn)地內(nèi)存的延時遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過本地內(nèi)存，因此當(dāng)CPU數(shù)量增加時，系統(tǒng)性能無法線性增加。

　　和NUMA不同，MPP提供了另外一種進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展的方式，它由多個SMP服務(wù)器通過一定的節(jié)點互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，協(xié)同工作，完成相同的任務(wù)，從用戶的角度來看是一個服務(wù)器系統(tǒng)。其基本特征如下：由多個SMP服務(wù)器（每個SMP服務(wù)器稱節(jié)點）通過節(jié)點互連網(wǎng)絡(luò)連接而成，每個節(jié)點只訪問自己的本地資源（內(nèi)存、存儲等），是一種完全無共享結(jié)構(gòu)；擴(kuò)展能力最好，理論上其擴(kuò)展無限制，目前的技術(shù)可實現(xiàn)512個節(jié)點互連。

　　在MPP系統(tǒng)中，每個SMP節(jié)點也可以運行自己的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等，但和NUMA不同的是，它不存在異地內(nèi)存訪問的問題。換言之，每個節(jié)點內(nèi)的CPU不能訪問另一個節(jié)點的內(nèi)存。節(jié)點之間的信息交互是通過節(jié)點互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的，這個過程一般稱為數(shù)據(jù)重分配(Data Redistribution)。

　　MPP服務(wù)器的主要問題是：需要一種復(fù)雜的機(jī)制來調(diào)度和平衡各個節(jié)點的負(fù)載和并行處理過程。目前一些基于MPP技術(shù)的服務(wù)器往往通過系統(tǒng)級軟件（如數(shù)據(jù)庫）來屏蔽這種復(fù)雜性。基于此類數(shù)據(jù)庫來開發(fā)應(yīng)用時，不管后臺服務(wù)器由多少個節(jié)點組成，開發(fā)人員所面對的都是同一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而不需要考慮如何調(diào)度其中某幾個節(jié)點的負(fù)載。

　　NUMA與MPP的區(qū)別

　　通過分析NUMA和MPP服務(wù)器的內(nèi)部架構(gòu)和工作原理不難發(fā)現(xiàn)其差異所在。

　　節(jié)點互聯(lián)機(jī)制不同。NUMA的節(jié)點互聯(lián)機(jī)制是在同一個物理服務(wù)器內(nèi)部實現(xiàn)，當(dāng)某個CPU需要進(jìn)行遠(yuǎn)地內(nèi)存訪問時，它必須等待，這也是NUMA服務(wù)器無法實現(xiàn)CPU增加時性能線性擴(kuò)展的主要原因。而MPP的節(jié)點互聯(lián)機(jī)制是在不同的SMP服務(wù)器外部通過I/O實現(xiàn)的，每個節(jié)點只訪問本地內(nèi)存和存儲，節(jié)點之間的信息交互與節(jié)點本身的處理是并行進(jìn)行的。因此，MPP在增加節(jié)點時性能基本上可以實現(xiàn)線性擴(kuò)展。

　　內(nèi)存訪問機(jī)制不同。在NUMA服務(wù)器內(nèi)部，任何一個CPU可以訪問整個系統(tǒng)的內(nèi)存，但遠(yuǎn)地訪問的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于本地內(nèi)存訪問，因此在開發(fā)應(yīng)用程序時應(yīng)該盡量避免遠(yuǎn)地內(nèi)存訪問。在MPP服務(wù)器中，每個節(jié)點只訪問本地內(nèi)存，不存在遠(yuǎn)地內(nèi)存訪問的問題。


　　哪種服務(wù)器技術(shù)更適合于數(shù)據(jù)倉庫環(huán)境？

　　回答這個問題，需要從數(shù)據(jù)倉庫環(huán)境本身的負(fù)載特征入手。典型的數(shù)據(jù)倉庫環(huán)境具有大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和綜合分析，要求系統(tǒng)具有很高的I/O處理能力，并且存儲系統(tǒng)需要提供足夠的I/O帶寬與之匹配。

　　從NUMA架構(gòu)來看，它可以在一個物理服務(wù)器內(nèi)集成許多CPU，使系統(tǒng)具有較高的事務(wù)處理能力，由于遠(yuǎn)地內(nèi)存訪問時延遠(yuǎn)長于本地內(nèi)存訪問，因此需要盡量減少不同CPU模塊之間的數(shù)據(jù)交互。顯然，NUMA架構(gòu)當(dāng)用于數(shù)據(jù)倉庫環(huán)境時，由于大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理必然導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)交互，將使CPU的利用率大大降低。

　　相對而言，MPP服務(wù)器架構(gòu)的并行處理能力更優(yōu)越，更適合于復(fù)雜的數(shù)據(jù)綜合分析與處理環(huán)境。當(dāng)然，它需要借助于支持MPP技術(shù)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來屏蔽節(jié)點之間負(fù)載平衡與調(diào)度的復(fù)雜性。另外，這種并行處理能力也與節(jié)點互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)有很大的關(guān)系。顯然，適應(yīng)于數(shù)據(jù)倉庫環(huán)境的MPP服務(wù)器，其節(jié)點互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的I/O性能應(yīng)該非常突出，才能充分發(fā)揮整個系統(tǒng)的性能。