话说刀片式服务器的前世今生

作者：存储时代

欢迎访问e展厅 展厅 4 电脑/软件/周边产品展厅 瘦客户机, 机架服务器, 塔式服务器, 刀片服务器, 商用电脑, ... 任何一项IT技术都不会是凭空冒出来；而是一个演化的成果，而每个演化的成果，都有历史脉络贯穿其中。刀片式服务器也不例外。 第一阶段：Web Hosting 刀片式服务器(blade server)这几年成为IT界的的热门话题，对服务器市场而言，刀片式服务器还只是一个新兴次市场，或许许多读者们还不熟悉，或许读完本篇后知道发展沿革，也有助于为贵公司明年IT采购下决定。 任何一项IT技术都不会是凭空冒出来；而是一个演化的成果，而每个演化的成果，都有历史脉络贯穿其中。刀片式服务器也不例外。我把这段演变历史粗分成三大时期，如图所示，并分阶段分别阐述之。 史前期：从Host（主机）到Server（服务器） Server一词的出现，是在Client/Server架构出现时才有，而这又需LAN出现的时代背景下诞生。LAN约在80年代中期开始，美国80年代末开始热兴，台湾约到90年代初或中才开始。而Server也约在90年代初开始，更早的机房计算机称为Host（主机），如60年代的Mainframe大型主机、70年代的Minicomputer迷你计算机等。 90年代的主流Server主要有三：UNIX Server、NT Server、NetWare Server，之后NetWare逐渐淡出，成为今日常见的二者。 单功能Server Appliance奠定基础 而Server初期必然昂贵，因此企业购买了Server后，都尽可能地压榨其效能，一部Server因此经常肩负多种工作，既是File Server，也是Print Server，或加上Mail Server、Web Server，以及其它小功能性的DHCP Server、DNS Server等。 不过，到了90年代后期，Pentium CPU价格效能比高，以及Linux逐渐成熟，使业者开始思考：Server还需要一机多用吗？事实上一机多用也有许多副作用，过去经常发生：Server当机了，但不知是执行哪套软件所产生的问题，抓错除错相当困难。其次是：某一服务负荷加重，也影响了其它服务的效率，例如今天Mail收发多一点，Print就变慢了，或者Web也变慢了，各服务共挤一机，导致服务效率无法保证。 因此Cobalt Networks公司于1998年提出了Qube及RaQ，以低廉的x86架构搭配高效的Linux操作系统，开始了简化、单一化、限定用途的服务器设计，一部服务器只负责单一种工作，或少量的工作，或限定范畴且经过稳定测试、效能测试的工作，不允许更多的额外变化安装，同时将过去被人认为Server难安装、难设定、难管理等事务将以简化，类似将专业相机转化成傻瓜相机，大幅降低资管人员的工作负担，此即称为Server Appliance（精简服务器、或伺服应用机）。 进一步说明RaQ，RaQ是一部1U机架高度的Server Appliance，专门只执行Web Hosting（网站代管）的工作，一部RaQ可设定与执行200个以上的Web Hosting。这些其实都是刀片式服务器概念诞生前的初期启发效用。 达康时代，促使Web hosting的业务激增，进而带动容易安装，体积小的服务器的需求。而也在这个时代，诞生了第一台刀片式服务器。 2000年，由于全球（尤其美国）Web Hosting业务持续成长，客户也逐渐无法满足于Web Hosting的简单网站功用，因此ISP/IDC业者只好提出Dedicated Web Hosting（简称DHS）服务，过去是200个客户的网站共享一部Server，之后变成一个客户网站一部，而机房空间有限，如何让每个客户都有一部独立的Web Server，只好将Server的外型体积尽可能缩小，使的过去至少6U、7U高度的Server，纷纷降至1U、2U的水平。这时，Web Hosting的用途更进一步向Dedicated Web Hosting演变。 不过1U、2U依然不够，ISP/ICP面对持续暴增的DHS申请，需要在原有机房与机柜上能装入更多的Server，如此2001年由COMPAQ转投资的RLX公司提出了Server Blade，将每个Server的体积更加缩小，约等同于一张适配卡大小，然后将Server Card插置到符合机架尺寸的机座（Chassis）中运作，这样的模块设计其实已经在电信机房的设备或工控自动化的计算机（称为单板计算机，Single Board Computer）等领域中采用，刀片式服务器只是将相同概念移植到ISP/IDC的机房中。 以最早发表的RLX Server Blade而言，一个刀片机座为3U高度，可以插置24片刀片式服务器，每一片即是一部独立Server，一片Server即是一个公司机构的Web Server，如此ISP/IDC便能提供比1U、2U更高密度的DHS。以3U为例，置放1U Server（称为超薄服务器，Ultra Slim Server）只能放3部，但换成刀片式服务器便可放24部，多出7倍数目，同样的机房空间可以多承接7倍的客户业务。 降低硬件规格无碍于整体服务效果 当然！从1U降至1/24U也不是没有牺牲的，1U Server可以装置1～2颗CPU、2～3颗3.5吋硬盘、及1～2张适配卡，但1/24U的刀片式服务器只能装1颗CPU、1颗2.5吋硬盘、0张适配卡。硬件规格与扩充接大为降低，然而这却对整体服务无有阻碍，因为Web服务的效能症结几乎都在公众的因特网上，即便Server硬件规格大减依然不会有太大影响，这是刀片式服务器之所以能牺牲硬件规格而换取更高容纳密度的主要原因。 经济、开放，好管理的精神 所以，刀片式服务器在执行理念上取自Server Appliance，在构型(Form Factor)取向上取自Single Board Computer，并在初期专注于Web Hosting服务，而刀片式服务器的提出正是为了省空间、省成本，因此几乎都是使用开放授权的操作系统，如BSD、Linux等，而非授权费较高的商用操作系统，此即是刀片式服务器最初的面貌组合。 第二阶段：边缘运算(Edge Computing) 刀片式服务器于2001年诞生后的数年间，众多大厂看好而加入，走向多元应用型态时期。 刀片式服务器从2001年由RLX提出后，以当时的国际知名业者而言，最先响应的自是RLX的母公司：COMPAQ，之后HP宣称也发表刀片式服务器，但其实仅是电信设备用的单板信息系统，一直到2002年5月HP正式收并COMPAQ，HP才算有ISP/IDC领域之用的刀片式服务器。 接着也有Dell，不过Dell的刀片式服务器在密度上并不高，在3U空间只能安置6片，只比1U多1倍密度，而非RLX的多7倍。一直到2004年第3季才有更高密度的刀片式服务器，但此一动作也被诸多人士认定为：刀片式服务器的高利时代已经过去，迈入成熟销售期。 至于IBM，IBM不依循RLX、COMPAQ的3U基座设计，而实行7U基座（可装14片）。之后Sun也加入战局，也是3U基座，但可置纳的Server又更少了些，RLX为3U内24片，HP/COMPAQ为3U内20片，Sun则为16片。更之后才有日系业者，如NEC、Fujitsu等，当然！各地本土硬件业者也有自规设计的刀片式服务器，如国内的NexCon（新汉）、Tatung（大同）等。 2003年出货成长率高达300% 然而所有的刀片式服务器都只是为了Web Hosting吗？即便Web Hosting市场（通常也是中小企业申请自有网站的需求市场）再大，也不足以让如此多家业者涌入，IBM、Sun之所以跨入刀片式服务器市场，完全就是看在整个「边缘运算，Edge Computing」的新伺服生态环境（Eco System）的成形，亦是Dedicated Server Appliance（简称DSA，专用功能的精简服务器），这也使得刀片式服务器在2003年能有300%的出货量成长（IDC统计）。 所谓边缘运算，指的是因特网运用日益发达后，与因特网基础服务密切关连的网络应用，Web Hosting只是其中之一，其它还有Mail Server、WebCaching、Firewall，以及更多基础网络运用功能，如VPN（虚拟私有网络）、QoS（频宽管理）、Load Balance（负载平衡）、SSL加速、IDS（入侵侦测）等。 Edge Computing：简单、娇小，高扩充性这些基础网络服务都有一个特性，那就是执行的工作相当简单、娇小、且例行，许多甚至在简单的32MB～256MB之闪存（Flash Memory）内就可以完整储存执行程序，连光盘、硬盘都不需要。另一个特点则是：即便工作负荷增加，也可以直接加添新服务器来分担负荷，各机几乎完全独立作业，没有数据库服务器的数据集中化、一致化的问题，也不是执行一般商用软件般地单一工作的重度负荷，而是多量且各自无关连的小服务工作运算。 由于因特网基础服务仍持续在变化，未来将要迎接IPv6、VoIP、Media Streaming等各种演变，因此边缘运算确实该存在、建立，这使得ISP/IDC机房内除了DB Server、AP Server外，在即将通往因特网前，又多了一层的Edge Server，负责最后在因特网上传递时的各种转化，包括信息显示型态的转化，如前端存取的是PC，则给予最丰富的呈现效果，但若是电视、手机，则会依据存取装置的分辨率、出色能力等，给予适当的呈现变化，因此运算机房内，最深层的是Data Layer，次为Application Layer，最后要连接因特网时则还要透过Presentation Layer，这一层亦多与Edge Server的进阶应用息息相关。 刀片社群生态的建立、推行、经营－－＞大厂支持成为明日之星如此，刀片式服务器从纯Web Hosting的功用，延伸成可以实现更多种基础网络应用的系统平台，才使IBM、Sun愿意投入，并以经营社群、生态的想法来推倡刀片式服务器，鼓励独立软硬件业者响应其提出的刀片式服务器，例如IBM与QLogic、Brocade、Cisco、Nortel等业者合作，为IBM BladeCenter提供各种网络交换设备，同样的Sun方面除了提供内容负载平衡方面的刀片（Content Load Balancing Blade）、SSL加速的刀片（SSL Proxy Blade）外，也提供Web Server、Firewall的刀片设计参考架构。 此外，刀片式服务器讲求薄利多销，是刺激CPU用量的好机会，除Intel外，IBM、Sun也希望藉此增加自有CPU的用量，纷纷推出使用POWER、SPARC架构的刀片式服务器，不过Lintel（Linux + Intel）的总体价格效能比实在太诱人，相信POWER Blade、SPARC Blade的销量不会太多，而RLX则初期使用Transmeta的CPU，之后也有用Intel CPU。 刀片、边缘背后的最大支柱：自由软件 最后也是最重要的是，过去刀片式服务器能在Web Hosting领域闯出一片天，除Linux外，Apache、PHP、MySQL等都功不可没，之后之所以能扩大到整个Edge领域，也是倚赖各种开放原码软件所赐，如Proxy/Cache Server使用Squid，Mail Server使用Sendmail，Firewall使用ipChain/ipTable，File Share使用Samba，Domain Name Server(DNS)使用BIND，以及Directory Server使用OpenLDAP等，一堆自由授权且效能稳定都优异的软件，才让以Lintel为主的刀片式服务器在市场上有更强力的后援。 第三阶段：集群运算与网格 从Web Hosting到Edge Computing，刀锋服务器的演化尚未结束，而且还冲到运算技术的第一前线：集群运算（Cluster Computing）与网格运算（Grid Computing）。 密度取向转往效能取向 集群组态的用意主要有二：1.容错 2.加速。本文的重点在后者。加速集群即是一般俗称的平行运算（Parallel Computing），以分工合作的蚂蚁雄兵方式让运算工作早点完成，而此方面表现最优异的操作系统为Linux，胜过一般的UNIX、Windows。 既然关键是在Linux，那么不一定要用刀锋服务器，使用一般x86 Server也颇具成本效益，不过Cluster Computing需要多部独立Server透过I/O网络串接而成，为了让空间更精省运算，实行刀锋服务器也成了新趋势，也因此刺激出刀锋服务器的新设计取向，过去刀锋服务器完全专注于Web Hosing，一片刀锋服务器只要一颗CPU，到了Edge Computing有时需要更为够力的运算力，开始有1～2CPU的需求，而为了更密切支持Cluster Computing，因此提出2～4CPU的更高阶规格，例如HP ProLiant BL40p即是4CPU的刀锋服务器，或IBM eServer BladeCenter HS40亦是。 不过也有业者认为1颗CPU因应Web Hosting与Edge Computing，以2颗机种因应Edge Computing与Cluster Computing也是足够。 网格运算、公用运算、随需运算 另一方面，今日各个单机装置、设备的运算力都相当充沛，且几乎都与因特网相连，因此将Cluster的运算串连网络更广义看待，整个因特网等于串连起全球众多部计算机，成为一个大型且完全的运算体，但事实却是各自为政的孤岛，运算力、储存空间的资源无法分享与挪移、调度，为了达大更广义的资源活化运算，于是Grid Computing的理念被提出。1999年左右约在校园尝试，2002年IBM则开始推展往商务领域的运用，且先从重度运算需求的在线游戏服务的营运业者试行，而同样的类属观念字还有公用运算（Utility Computing）、随需运算（On-Demand Computing）等。 刀锋服务器也是如此，每一片Blade都是独立的一部Server，相互间透过基座的网络互通，若透过Grid Computing技术，则可以实现澈底的资源共享活用，如Sun提出N1 Grid System的执行负荷调度软件，让各片刀锋服务器可相互支应工作负荷与借调运算资源。 或许读者认为Grid Computing是跨硬件系统、作业平台的，与刀锋服务器无直接关连性，然若进一步推敲，可以发现刀锋服务器在密度运算比以及价格运算比上都有高度的竞争力，加上自开创以来就对Linux保持最佳支持性，而Linux又是跨平台性最高的操作系统，最适合用来实现Grid Computing，如此全球计算机互连的环境下，刀锋服务器在成本、空间、用电、效能上都比其它传统Server更具竞争力。 科学运算、工程运算为潜力市场 事实也是如此，刀锋服务器在2004年11月的Top 500超级计算机运算排名中已挤至4th，且还有41套入榜中，甚至超级计算机的专精业者：Cray Research，其新设计的超级运算架构：XD1，也是实行类刀锋服务器的模块化设计，模块化已必然是所有Server不可回避的设计趋势，而此趋势的率先典范正是刀锋服务器所带动。 此外过去各种特有的超级计算机，也都急速地被Linux Cluster系统所取代，无论科学运算、工程运算，其庞大的运算系统，都从整房间降至整机柜，从整机柜降至整机箱，现在正逐渐往整单片的方向发展中，并将过往的机柜机箱视为共同服务的基座，模化式的运算架构将是未来的主流。当然！Linux Cluster能在科学、工程界广为受用，开放原码的最高再编译弹性首居其功。 Oracle RAC加持 既然Cluster Computing可以用较低的硬件与操作系统成本，获得与过去高阶Server相近的效能，但却不能执行ERP、CRM等商用软件，只有能重新编译的科学、工程软件可以支持执行，实在可惜，因此Oracle提出RAC（Real Application Cluster），以低价Linux Server或低价UNIX Server构成Cluster组态，并提供在Cluster组态上执行的企业级数据库，如此商用软件就有可能不需重新进行原码的再编译，而享受到更低廉运算能本的好处。之后Oracle9i RAC也提升成能跨平台、跨网络的Oracle10g，等于将适用范畴从Cluster延伸至Grid。 刀锋服务器 + Thin Client = Blade PC Oracle RAC使Cluster系统跨入商用领域，然此属于后端方案。最后刀锋服务器也开始支持商用前端，如ClearCube、HP等提出Blade PC（刀锋型个人计算机），类似过去的Thin Client（精简型计算机）概念，但提供给资管者集中控管硬件的方便，而这同样是从刀锋服务器衍生而来，只是将Web Hosting的应用改成一般商用PC的应用而已，并在前端搭配遥控装置来存取使用。(end)

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