Серверы. Курсовая работа по теме: «Техническое обслуживание средств вычислительной техники». - Коммуникации и связь - Скачать бесплатно
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Сыктывкарский государственный университет
Колледж информатики и вычислительной техники
Специальность 2204
Допущен к защите
Директор колледжа
___________ Л.М.Мартынова
«____»____________2005 г.
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Техническое обслуживание средств вычислительной техники»
НА ТЕМУ: Серверы
Выполнил: студент II курса 25 группы
Воскресенский Д. В.
Проверил: преподаватель Мурадянц Г.Г.
«_____» _____________ 2005 г.
г. Сыктывкар, 2005 г.
План работы
Введение______________________________________________________3
1 История развития серверов_____________________________________4
2 Основные компоненты сервера__________________________________7
2.1 Процессор__________________________________________________7
2.2 Материнская плата___________________________________________9
2.3 Корпус_____________________________________________________11
2.4 Блок питания________________________________________________12
2.5 Память_____________________________________________________12
2.6 Дисковая подсистема_________________________________________13
2.7 RAID массив________________________________________________14
3Техническое обслуживание______________________________________19
4 Инструменты и приборы________________________________________20
5 Химические реактивы__________________________________________21
Заключение____________________________________________________23
Список использованной литературы_______________________________24
Введение
В конце XX века невозможно представить себе жизнь без компьютера.
Компьютер прочно вошел в нашу жизнь, став главным помощником человека. На
сегодняшний день в мире существует множество компьютеров различных фирм,
различных групп сложности, назначения и поколений.
Не секрет, что основными критериями выбора при создании сервера или
рабочей станции являются возможность бесперебойной, стабильной работы и
производительность. Для увеличения стабильности компьютерных систем
разработчиками были придуманы различные методы защиты информации с помощью
систем резервного копирования и зеркалирования, а так же горячей замены
аппаратных модулей, таких как блоки питания и жесткие диски. Несмотря на
это, существует множество внештатных ситуаций, которые приводят не только
к потере данных и остановке системы, но и к более серьезным последствиям.
Для уменьшения подобных проблем в данной курсовой работе мы рассмотрим
основные компоненты, принципы работы, перспективы развития и техническое
обслуживание серверов.
История развития серверов
Чтобы лучше понять, что представляют собой современные серверы, кратко
рассмотрим историю их возникновения. Изначально, вся электронная обработка
данных проходила на мощных ЭВМ - мейнфреймах, у пользователей был лишь
терминал для доступа к данным. Мейнфреймы (mainframe - основная стойка
(англ.)) представляли собой мощные, универсальные ЭВМ для массового
одновременного обслуживания нескольких тысяч пользователей. Главная
особенность их архитектуры - сбалансированность, что достигалось с помощью
дополнительного процессора на уровне канала, который синхронизируется с
вычислительным процессором по прерываниям. Обращаясь к канальному
процессору за данными, вычислительный процессор в это время переключался
на расчеты для параллельных задач. Терминал представлял собой
алфавитно-цифровой дисплей и клавиатуру, которые подключались к
мейнфрейму. Мейнфреймы поставляли несколько компаний: Hitachi, Amdahl, IBM
и др. Как правило, их продукция была несовместима между собой.
Компании были замкнуты на решения одного поставщика, который поставлял все
аппаратное и программное обеспечение. Компьютерные системы были очень
дорогими, а переход с одной системы на другую был очень болезненным. В
1971 г. компанией Intel был разработан первый микропроцессор (i4004), что
сделало возможным появление персонального компьютера - IBM PC. С ростом
мощности и количества ПК произошел постепенный переход от централизованной
обработки информации к распределенной (на ПК). Терминалы стали замещаться
ПК, а от мэйнфреймов постепенно отказались.
Однако с ростом количества ПК и их мощности, развитием локальных сетей,
вновь возникла потребность в централизованном хранении и обработке данных.
Появилась необходимость в сервере для персональных компьютеров. Сервер -
устройство в сети, предназначенное для обслуживания доступа к общим
ресурсам (файлы, принтеры, базы данных, приложения и т.д.).
Изначально распространение получили файловые серверы, где пользователи
хранили свои данные и обменивались ими. С ростом глобальной компьютерной
сети Интернет возникло новое направление - телекоммуникационные серверы
(веб-серверы, ftp, доменных имен, почтовые). С развитием СУБД, в силу
изменения формата хранения и доступа к данным, файловые серверы утратили
свою популярность, и их во многом заменили серверы баз данных. Файловые
серверы остаются и по сей день, но они приобрели второстепенное значение -
их используют лишь для хранения пользовательских файлов и различных
архивов. В последнее время выросла популярность терминальных серверов, ПК
пользователей служат лишь терминалом для отображения и ввода данных, а все
пользовательские задачи выполняются на сервере. Таким образом достигается
значительная экономия на ПК (на роль терминала годятся даже маломощные
компьютеры), снижаются затраты на установку и поддержку программного
обеспечения, решаются вопросы конфиденциальности и сохранности данных.
Для снижения совокупной стоимости владения, куда входят затраты на
оборудование, программное обеспечение и обслуживание техники, многие
компании сегодня возвращаются к централизованной обработке данных. Но
теперь компании не замкнуты на одного поставщика аппаратного и
программного обеспечения, на рынке есть широкий выбор решений от различных
фирм.
Сервер стал критическим элементом в современной инфраструктуре обработки
данных, отказ, которого приводит к серьезным временным, а значит и
финансовым потерям. Таким образом, надёжность сервера является важнейшим
фактором. Приведём несколько примеров надёжности и сохранности данных на
серверах:
* Резервирование компонентов: дублированные блоки питания, вентиляторы,
жесткие диски.
* Память с контролем четности (ECC) позволяет автоматически исправлять
однобитовые ошибки
* Удаленное управление и диагностика сервера (возможность просмотра
температуры, скорости вращения вентиляторов, оповещения о критических
сбоях)
* Использование специальных серверных компонентов, которые проходят
более тщательное тестирование.
Основные компоненты сервера
Процессор
В 1995 г. компанией Intel, лидирующим поставщиком микропроцессоров, был
разработан процессор Pentium Pro (150МГц, 512Кб кэш), позиционирующийся
как серверный. Он отличался от десктопных аналогов большим кэшем и
продвинутой архитектурой, частично заимствованной у процессоров с
архитектурой RISC. В Pentium Pro Intel впервые включил технологию
динамического исполнения (Dynamic Execution), то есть инструкции могут
исполнятся не только последовательно, но и параллельно с помощью
предсказания ветвей кода и переупорядоченного исполнения инструкций. Тем
самым значительно повысилась эффективность процессора - количество команд
выполняемых за такт.
Вторым нововведением стал большой встроенный кэш L2. Для серверных систем
наличие большего кэша является очень важным. Процессоры всегда работают на
частотах в несколько раз превышающих частоту памяти. Половина инструкций
стандартных приложений представляет собой команды работы с памятью -
загрузку и выгрузку данных (Load-Store). Работа с памятью происходит по
следующей схеме: если данные не были найдены в кэше L1, то следует
обращение к кэшу L2, на это уходит 9-16 процессорных циклов, если данных
нет и в кэше L2, то на обращение к памяти уходит до 150 процессорных
циклов, в течение которых процессор ждет данные. Большой кэш L2 повышает
вероятность быстрого доступа к данным, следовательно, увеличивает
эффективность работы процессора.
Можно говорить о том, что Intel впервые применяет и обкатывает свои новые
продвинутые технологии именно на серверных процессорах, потом эти
технологии постепенно распространяются и на десктопы. Это уже произошло с
интегрированным кэшем L2, динамическим исполнением, многопоточностью
(hyper-threading). На очереди 64 битная адресация памяти (ЕM64Т).
За Pentium Pro последовали другие серверные процессоры: в 1998 г. - Intel
Pentium II Xeon (400-450МГц, 1-2Мб кэш), Pentium III Xeon (700-900Мгц,
1-2Мб кэш). В 2001 г. был выпущен серверный аналог Pentium 4 (рис. 1)
который используется для построения однопроцессорных систем, для
двухпроцессорных - Xeon DP, для четырехпроцессорных - Xeon MP. Фактически
Intel Xeon, представляет собой Intel Pentium 4, но с включенным блоком
многопроцессорности (SMP). Xeon MP отличается от Xeon DP большим
встроенным кэшем (до 4Мб), использованием более медленной 400МГц шины и
поддержкой 4-x процессоров.
Рисунок 1. Pentium IV 2 GHz
0x01 graphic
Таблица 1. Технические характеристики серверных чипсетов фирмы Intel
+------------------------------------------------------------------------+
| Чипсет | Процессор | FSB | Шины | Типы памяти |
|--------+-----------+-----+-------------------+-------------------------|
| 875P | Pentium 4 | 800 | PCI | DDR 266/333/400 |
|--------+-----------+-----+-------------------+-------------------------|
| E7210 | Pentium 4 | 800 | PCI-X 64/66 | DDR 266/333/400 |
|--------+-----------+-----+-------------------+-------------------------|
| E7500 | Xeon | 400 | PCI, PCI-X | DDR 200 ECC Registered |
|--------+-----------+-----+-------------------+-------------------------|
| E7501 | Xeon | 533 | PCI, PCI-X | DDR 266 ECC Registered |
|--------+-----------+-----+-------------------+-------------------------|
| E7505 | Xeon | 533 | PCI, PCI-X, AGP | DDR 266 ECC Registered |
|--------+-----------+-----+-------------------+-------------------------|
| E7520 | Xeon | 800 | PCI-X, | DDR2 400 ECC Registered |
| | | | PCI-Express | |
|--------+-----------+-----+-------------------+-------------------------|
| E7320 | Xeon | 800 | PCI-X, | DDR2 400 ECC Registered |
| | | | PCI-Express | |
+------------------------------------------------------------------------+
Материнская плата
В серверных системах используются материнские платы двух форм-факторов:
ATX и SSI. ATX более старый и привычный стандарт, ориентированный главным
образом на ПК. Сегодня на его базе создают лишь серверные платы начального
уровня. SSI (Server System Infrastructure) - новый стандарт на серверные
компоненты (блоки питания и корпуса). Введение открытого стандарта SSI
должно упростить создание новых серверных корпусов и блоков питания, тем
самым повлечь за собой уменьшение издержек и конечной цены для
пользователя.
Видимое отличие материнских плат двух стандартов заключается в разных
разъемах питания: 20-контактный у ATX, и новый 24-контактный у SSI.
Одним из факторов, влияющих на цену материнской платы, являются
поддерживаемые ею шины. Для плат начального уровня (однопроцессорных)
характерно наличие стандартной PCI шины, хотя с выходом нового чипсета
Intel E7210, шина PCI-X впервые появилась и на однопроцессорных
материнских платах. На более мощных (двухпроцессорных) платах существуют
несколько независимых шин PCI-X. В настоящее время все серверные платы в
обязательном порядке используют новую последовательную шину PCI Express.
Действительно, PCI Express несет много преимуществ (Табл. 2):
- Повышенная пропускная способность - 200Мб/c на канал, сертифицированы
1-, 2-, 4-, 8-,16- и 32-канальные варианты разъемов. Шина полнодуплексная,
т.е. данные могут передаваться \"туда\" и \"обратно\" одновременно, пиковая
скорость может достигать 6,4 Гб/c.
- Поддержка режима \"горячей\" замены карт расширения.
- Заложены возможности контроля целостности передаваемых данных (CRC).
Таблица 2. Сравнительные характеристики шин передачи данных
+------------------------------------------------------------------------+
| | Разрядность в | | Скорость | |
| Шина | битах | Частота | передачи | Поддержка HotPlug |
| | | | данных | |
|-------------+---------------+---------+----------+---------------------|
| PCI 2.1 | 32 | 33 Мгц | 132 Мб/с | нет |
|-------------+---------------+---------+----------+---------------------|
| PCI 2.1 | 64 | 33 Мгц | 264 Мб/с | нет |
|-------------+---------------+---------+----------+---------------------|
| PCI 2.1 | 64 | 66 Мгц | 512 Мб/с | нет |
|-------------+---------------+---------+----------+---------------------|
| | | | | да (необходим |
| PCI-X | 64 | 133 Мгц | 1 Гб/с | дополнительный Hot |
| | | | | Plug Controller) |
|-------------+---------------+---------+----------+---------------------|
| PCI-Express | | 2.5-80 | 0.5-16 | да (встроена в PCI |
| | | ГГц | Гб/с | Express Switch) |
+------------------------------------------------------------------------+
Изначально, рынок серверных чипсетов безраздельно принадлежал компании
ServerWorks. Но с выходом Intel Xeon и выпуском чипсета E7500, лидерство
на рынке чипсетов для двухпроцессорных плат перешло к Intel. На данный
момент ServerWorks присутствует лишь на рынке 4-х процессорных серверов с
чипсетом Grand Champion HE.
На данный момент на рынке двухпроцессорных систем присутствуют два чипсета
от Intel: E7501 для серверного сегмента и E7505 для рабочих станций
(поддерживает AGP Pro 8x). Для построения однопроцессорных систем
используются чипсеты Intel 875P и E7210.
Возможность удаленного мониторинга и управления является исключительно
важной характеристикой серверов. Сегодня можно удаленно (по сети) получать
информацию о температуре процессоров, материнской платы, скорости вращения
вентиляторов. Администратор может устанавливать различные варианты
получения предупреждений (по E-mail, на пейджер, SNMP Alerts) о
критических сбоях сервера - остановке вентиляторов, перегреве процессоров,
вскрытия шасси. Существует возможность удаленного включения/выключения и
перезагрузки серверов. В настоящее время доступны дополнительные функций,
например, системные администраторы могут удаленно (по сети) получать
доступ к экрану и консоли управления сервером.
Некоторые производители интегрируют функционал для удаленного управления
на материнских платах (Intel). Другие компании придерживаются более
гибкого подхода - функции управления реализуются докупаемой отдельно
дочерней платой (Tyan, Supermicro). Intel планирует перейти на подобную
схему. Причем у Intel будут присутствовать различные виды дочерних плат,
отличающихся поддерживаемым функционалом удаленного управления.
Корпус
Существуют два основных вида серверных корпусов: стоечные и пьедестальные.
Пьедестальные корпуса (pedestal) - стандартные «башни», отличающиеся от
корпусов ПК лишь размерами, более емкой корзиной для накопителей и более
качественным охлаждением. На сегодняшний день пьедестальные корпуса теряют
популярность, их место занимают стоечные корпуса (rackmount). Они
предназначены для установки в 19-дюймовую телекоммуникационную стойку или
шкаф. Как правило, стоечные корпуса комплектуются рельсами, позволяющими
выдвигать серверы для проведения сервисных работ. Стоечные корпуса
занимают меньше места и удобнее в обслуживании. Высота стоечных корпусов
измеряется в юнитах (U). Один юнит равен 44,5 мм. Самые распространенные
размеры стоечных корпусов: 1U, 2U, 4U и 5U.
Блок питания
Серверные компоненты (процессоры, жесткие диски, материнские платы и др.),
в силу своей высокой производительности потребляют больше электроэнергии,
чем их аналоги для офисных ПК. Следовательно, для серверов требуются более
мощные и надежные источники питания. Серверные процессоры Xeon потребляют
до 120Вт, жесткие диски SCSI до 20Вт, материнские платы до 40Вт. Путем
несложных подсчетов мы можем прийти к выводу, что минимальная мощность
источника питания для однопроцессорных систем должна составлять 300Вт, для
двухпроцессорных - от 400Вт и выше, в зависимости от конфигурации.
В целях повышения надежности в серверах зачастую используют источники
питания с резервированием (redundant). В случае выхода из строя одного
источника питания, в действие вступает дополнительный, при этом питание не
теряется. Администратору на консоль поступает сообщение об отказе одного
из источников, что дает ему возможность оперативно заменить неисправную
часть и восстановить резервирование. Соответственно, в данном случае
источники питания поддерживают возможность «горячей» замены, без
выключения сервера.
Память
В компьютерных системах работа с памятью основывается на очень простых
концепциях — это сохранять один бит информации так, чтобы потом он мог
быть извлечен оттуда.
Для серверов характерна поддержка больших объемов памяти. Обычно на
двухпроцессорных платах присутствуют от 4 до 8 разъемов для модулей
памяти. Соответственно максимальный объем может достигать 16Гб. Хотя на
практике, использование более 4Гб памяти на 32-битных системах
затруднительно. Все серверные платы поддерживают память с контролем
четности (ECC). Память с ECC позволяет исправлять одиночные битовые
ошибки, тем самым, обеспечивая отказоустойчивость сервера. На
двухпроцессорных серверах используется специальная регистровая память.
Отличие от обычной состоит в том, что на ней присутствуют регистры
(буферы), контролирующие распределение сигнала по всем чипам памяти.
Соответственно, буферы увеличивают задержку работы с памятью, но
увеличивают надежность доступа к памяти, что критично для серверов. Таким
образом, двухпроцессорные сервера используют регистровую память с
контролем четности. В однопроцессорные сервера ставят обычную память с
поддержкой ECC или без.
Дисковая подсистема
Как и любой персональный компьютер, сервер содержит накопительные
устройства (жёсткие диски) для хранения данных и информации. Для сервера
остро стоит вопрос с записью и сохранением информации.
На сегодняшний день на рынке представлены жесткие диски трех интерфейсов -
Parallel ATA (IDE), Serial ATA (SATA), SCSI.
Parallel ATA (IDE) является основным интерфейсом для персональных
компьютеров. К преимуществам данного интерфейса можно отнести низкую цену
за мегабайт информации.
Serial ATA является наследником интерфейса PATA. В новом стандарте была
расширена пропускная способность до 150 Мб/сек, для подключения дисков
используются новые плоские кабели. Стандарт SATA допускает \"горячее\"
подключение накопителей, в нем заложен механизм оптимизации очереди команд
внутри контроллера, что значительно ускоряет ввод-вывод, скорость вращения
шпинделя - 7200 или 10000 оборотов в минуту.
Интерфейс SCSI традиционно использовался в серверных системах. К его
неоспоримым преимуществам следует отнести возможность подключения до 15
устройств на один канал, высокую пропускную способность (до 320 Мб/сек),
технологии арбитража шины, снижающие нагрузку на процессор, оптимизация
очереди команд. Данные особенности делают SCSI идеальным интерфейсом для
задач, связанных с большим количеством операций ввода-вывода. Жесткие
диски с интерфейсом SCSI, как правило, имеют большую скорость вращения
шпинделя - 10000 или 15000 оборотов в минуту, что увеличивает скорость
поиска и передачи данных. К минусам данного интерфейса можно отнести
высокую стоимость хранения (жесткий диск SCSI в три-четыре раза дороже,
чем накопители SATA или PATA той же емкости). Физический интерфейс SCSI
дисков бывает двух видов: интерфейс SCA 80-контактов (поддерживается режим
\"горячей\" замены) и 68- контактный интерфейс (без \"горячей\" замены).
RAID массив
RAID - что это такое и зачем?
Идея RAID (Redundant Array of Independent Disks - надежный массив из
независимых дисков) очень проста: связать несколько жестких дисков вместе,
получив в результате один логический том с увеличенной пропускной
способностью и защитой данных. Когда появилась концепция RAID,
определились и несколько стандартных схем объединения дисков, называемых
\"уровнями\" (Levels).
RAID-0 использует так называемую запись с чередованием и позволяет
объединять в один том произвольное число дисков. Рассмотрим простейший
случай RAID-0 с двумя дисками: данные на него пишутся блоками
определенного, заданного при конфигурировании массива, размера (обычно
контроллер позволяет выбрать размер блока от 4Kb до 256Kb и более). Блоки
с нечетными номерами записываются на первый HDD, с четными - на второй
HDD, и читаются в аналогичном порядке. При этом емкость тома оказывается
равна суммарной емкости HDD, а скорость записи и чтения больших файлов
теоретически вырастает вдвое (пропорционально числу HDD).
Разумеется, если записываемая или читаемая порция данных оказывается
меньше размера блока, никакого выигрыша в скорости не происходит. С другой
стороны, и чрезмерно уменьшать размер блока не следует - дело в том, что
современные HDD наиболее эффективно оперируют порциями данных не менее
определенного размера (обычно от 8Kb до 64Kb в зависимости от модели), и
попытка общаться с ними более короткими блоками приводит к резкому падению
производительности.
RAID-0 обеспечивает наибольшее из всех типов RAID увеличение
производительности дисковой подсистемы, но при этом не только не улучшает
надежности хранения данных, но напротив, ухудшает ее - поскольку данные
полностью пропадают при выходе из строя любого из дисков, объединенных в
массив. Понятно, что вероятность выхода из строя одного из двух дисков
вдвое выше, чем одного отдельно взятого диска.
Однако существуют приложения, в которых эффективность важнее сохранности
данных. Например, использование RAID-0 оправданно при редактировании
цифрового видео (ведь всегда остается возможность восстановить исходный
материал непосредственно с пленки), для хранения рабочей копии часто
используемой базы данных или WEB-сервера (в случае, когда приемлемо
обеспечение сохранности данных путем периодического создания резервных
копий на другом носителе), или для хранения временных файлов (своп
системы, индексы SQL-сервера).
RAID-1 (также известный как \"зеркало\") использует так называемую
параллельную запись, и может объединять диски только парами. Идея RAID-1
состоит в том, чтобы постоянно поддерживать точный дубликат содержания
одного диска (так называемого \"ведущего\", или source) на другом диске
(\"ведомом\" или backup). Если произошел отказ ведущего диска, его роль
автоматически переходит к ведомому, если же отказал ведомый, то тем более
ничего ужасного не происходит, все данные в любом случае сохраняются, и
система продолжает работать, как ни в чем не бывало. Потерять данные на
RAID-1 можно только в случае одновременного отказа обоих HDD (точнее, в
случае отказа второго HDD до того, как администратор заменит отказавший
первый) - что при должной оперативности персонала практически невероятно.
Таким образом, RAID-1 обеспечивает практически наивысшую сохранность
данных из всех возможных конфигураций RAID и при отказе одного HDD не
только не теряет производительности, но даже может ее несколько увеличить.
Однако RAID-1 не дает выигрыша в производительности по сравнению с
одиночным HDD (операции чтения он выполняет несколько быстрее, чем
одиночный диск, но запись происходит заметно медленнее), и при этом
теряется 50% суммарной емкости дисков (то есть массив из двух дисков имеет
размер одного).
RAID-5 придуман для преодоления этого минуса. В нем к данным, записываемым
на каждом диске, приписываются контрольные коды на других дисках,
позволяющие полностью восстановить информацию с вышедшего из строя диска.
Минимальное число дисков в RAID-5 - три, но эффективным его использование
становится при существенном увеличении числа дисков.
Плюс RAID-5 в том, что он обеспечивает сохранность данных при выходе из
строя одного HDD, при этом уменьшая полезную емкость тома ровно на емкость
одного диска. Разумеется, поскольку вероятность отказа одного из трех и
более дисков выше, чем отказа одного из двух дисков в RAID-1,
|
