Einführung in die Server-Gesamtarchitektur

Ein Server besteht aus mehreren Subsystemen, von denen jedes eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Serverleistung spielt. Abhängig von der Anwendung, für die der Server verwendet wird, sind einige Subsysteme kritischer für die Leistung.

Zu diesen Serversubsystemen gehören:

1. Prozessor und Cache
Der Prozessor ist das Herzstück des Servers und für die Abwicklung fast aller Transaktionen verantwortlich. Es handelt sich um ein äußerst bedeutsames Subsystem, und es besteht ein weit verbreitetes Missverständnis, dass schnellere Prozessoren immer besser seien, um Leistungsengpässe zu beseitigen.

Unter den Hauptkomponenten, die in Servern verbaut sind, sind Prozessoren oft leistungsstärker als andere Subsysteme. Allerdings können nur wenige Spezialanwendungen die Vorteile moderner Prozessoren wie P4- oder 64-Bit-Prozessoren voll ausnutzen.

Beispielsweise sind klassische Serverbeispiele wie Dateiserver nicht stark von der Prozessorauslastung abhängig, da der Großteil des Dateiverkehrs die DMA-Technologie (Direct Memory Access) verwendet, um den Prozessor zu umgehen, abhängig vom Netzwerk, dem Speicher und den Festplattensubsystemen für den Durchsatz.

Heute bietet Intel eine Vielzahl von Prozessoren an, die speziell auf Server der X-Serie zugeschnitten sind. Es ist von entscheidender Bedeutung, die Unterschiede und Vorteile zwischen verschiedenen Prozessoren zu verstehen.

Der Cache wird streng genommen als Teil des Speichersubsystems betrachtet und ist physisch in den Prozessor integriert. CPU und Cache arbeiten eng zusammen, wobei der Cache etwa mit der halben Geschwindigkeit des Prozessors oder eines gleichwertigen Prozessors arbeitet.

2. PCI-Bus
Der PCI-Bus ist die Pipeline für Ein- und Ausgabedaten in Servern. Alle Server der X-Serie nutzen den PCI-Bus (einschließlich PCI-X und PCI-E), um wichtige Adapter wie SCSI und Festplatten anzuschließen. High-End-Server verfügen im Vergleich zu Vorgängermodellen typischerweise über mehrere PCI-Busse und mehr PCI-Steckplätze.

Fortschrittliche PCI-Busse umfassen Technologien wie PCI-X 2.0 und PCI-E, die einen höheren Datendurchsatz und Konnektivitätsfunktionen bieten. Der PCI-Chip verbindet CPU und Cache mit dem PCI-Bus. Dieser Komponentensatz verwaltet die Verbindung zwischen dem PCI-Bus, dem Prozessor und den Speichersubsystemen, um die Gesamtsystemleistung zu maximieren.

3. Erinnerung
Der Arbeitsspeicher spielt eine entscheidende Rolle für die Serverleistung. Wenn ein Server nicht über genügend Speicher verfügt, verschlechtert sich seine Leistung, da das Betriebssystem zusätzliche Daten im Speicher speichern muss, der Speicherplatz jedoch nicht ausreicht, was zu einer Datenstagnation auf der Festplatte führt.

Ein bemerkenswertes Merkmal in der Architektur eines Unternehmensservers der X-Serie ist die Speicherspiegelung, die die Redundanz und Fehlertoleranz verbessert. Diese IBM-Speichertechnologie entspricht in etwa RAID-1 für Festplatten, bei dem der Speicher in gespiegelte Gruppen aufgeteilt ist. Die Spiegelungsfunktion ist hardwarebasiert und erfordert keine zusätzliche Unterstützung durch das Betriebssystem.

4. Festplatte
Aus der Sicht eines Administrators ist das Festplattensubsystem der entscheidende Faktor für die Serverleistung. In der hierarchischen Anordnung der Online-Speichergeräte (Cache, Arbeitsspeicher, Festplatte) ist die Festplatte am langsamsten, verfügt aber über die größte Kapazität. Bei vielen Serveranwendungen werden fast alle Daten auf der Festplatte gespeichert, weshalb ein schnelles Festplattensubsystem von entscheidender Bedeutung ist.

RAID wird häufig verwendet, um den Speicherplatz in Servern zu vergrößern. Allerdings beeinträchtigen RAID-Arrays die Serverleistung erheblich. Die Wahl unterschiedlicher RAID-Level zur Definition unterschiedlicher logischer Festplatten wirkt sich auf die Leistung aus und der Speicherplatz und die Paritätsinformationen sind unterschiedlich. Die ServeRAID-Array-Karten und IBM Fibre-Channel-Karten von IBM bieten Optionen zur Implementierung verschiedener RAID-Level mit jeweils eigener Konfiguration.

Ein weiterer entscheidender Faktor für die Leistung ist die Anzahl der Festplatten im konfigurierten Array: Je mehr Festplatten, desto besser der Durchsatz. Das Verständnis, wie RAID E/A-Anfragen verarbeitet, spielt eine entscheidende Rolle bei der Optimierung der Leistung.

Neue serielle Technologien wie SATA und SAS werden jetzt verwendet, um Leistung und Zuverlässigkeit zu verbessern.

5. Netzwerk
Der Netzwerkadapter ist die Schnittstelle, über die der Server mit der Außenwelt kommuniziert. Wenn Daten über diese Schnittstelle eine überlegene Leistung erzielen können, kann ein leistungsstarkes Netzwerksubsystem die Gesamtleistung des Servers erheblich beeinflussen.

Netzwerkdesign ist ebenso wichtig wie Serverdesign. Denkbar sind Switches zur Aufteilung unterschiedlicher Netzwerksegmente oder der Einsatz von Technologien wie ATM.

Gigabit-Netzwerkkarten werden mittlerweile häufig in Servern eingesetzt, um den nötigen hohen Durchsatz zu gewährleisten. Allerdings sind auch neuere Technologien wie TCP Offload Engine (TOE) zur Erzielung von 10G-Raten in Sicht.

6. Grafikkarte
Das Anzeigesubsystem in Servern ist relativ unwichtig, da es nur verwendet wird, wenn Administratoren den Server steuern müssen. Clients nutzen nie die Grafikkarte, daher wird dieses Subsystem bei der Serverleistung selten in den Vordergrund gerückt.

7. Betriebssystem
Wir betrachten das Betriebssystem ebenso wie die anderen Festplattensubsysteme als potenziellen Flaschenhals. In Betriebssystemen wie Windows, Linux, ESX Server und NetWare gibt es Einstellungen, die geändert werden können, um die Serverleistung zu verbessern.

Die leistungsbestimmenden Subsysteme hängen von der Anwendung des Servers ab. Durch das Sammeln und Analysieren von Leistungsdaten können Engpässe identifiziert und beseitigt werden. Diese Aufgabe kann jedoch nicht auf einmal erledigt werden, da es je nach Änderungen der Serverauslastung zu Engpässen kommen kann, möglicherweise täglich oder wöchentlich.