CN101026575A - 高可用、高可扩展的模块化网络服务器体系结构 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种新型网络服务器体系结构，是一种具有高可用、高可扩展、基于模块化配置特征的服务器体系结构。本发明的网络服务器体系结构以高速信息交换单元为核心，通过整合计算资源、通讯资源和存储资源，及协调资源间的均衡配置，以使应用发挥最大的效能。本系统体系结构主要包括：高速信息交换单元(1)，内含高速交换模块(2)、通讯转换模块(3)、存储转换模块(4)，一组处理单元(5)连接于高速交换模块，一组通讯单元(6)连接于通讯转换模块，一组存储单元(7)连接于存储转换模块。该服务器体系结构所具有的优点是，弥补了传统的以计算资源为核心的网络服务器体系结构的不足，使其体系结构所带来的资源均衡配置、灵活扩展等诸多特性，使其更适用于复杂的高性能商业应用领域，因而具有非常广阔的发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及计算机通信领域，具体涉及一种高可用、高可扩展的模块化网络服务器体系结构。
技术背景
高性能计算技术的发展是伴随着计算机技术的发展而发展的，也就是说，从计算机技术诞生之日起，人们就在为追求更高计算能力的计算机系统而努力。在过去几十年间，可以说是高性能计算机体系结构和通信技术不断创新的年代，出现了包括MPP、SMP、集群等各种各样的体系结构及网络互联技术。尤其是最近几年，集群技术发展迅速，已经成为构建超级计算机系统的主流架构之一。在最新发布的TOP500中，基于集群架构的硬件系统已经增至500个，所占比例达72％，并在数量上仍有不断增加的趋势，可见集群技术在高性能计算领域有着旺盛的生命力和广阔的发展前景。
然而，集群架构服务器系统目前主要应用在科学计算领域，并已经成为科学计算领域的主流体系架构，但在商业计算领域应用甚少，这主要是由其自身的体系架构特点决定的。传统的集群架构服务器系统是以计算资源为核心的，而其他的资源如存储资源、通信资源等是通过额外的交换网络与计算资源相连。
通常我们构建传统的科学计算集群系统需要3套配套的互连网络来实现(如图1所示)，它们分别是通讯网络、存储网络和进程间通信网络。这三套网络分别通过相应的交换机和适配卡连接到计算资源上，通讯网络的作用是实现外部用户对系统内计算资源的访问，交换机一般采用千兆以太网交换机；存储网络一般采用SAN解决方案，即光纤存储设备连接到光纤交换机上，并与系统内的计算资源相连；进程间通信网络的作用是实现计算资源节点间的高速通信，交换机一般采用高带宽、低延迟的高速交换设备。
这种传统的以计算资源为核心的网络服务器系统比较适合于科学计算应用，因为此类应用多为计算密集型应用，对与外部网络的通信和与存储资源的通信要求不高。然而，在日益增长的高性能商业计算应用领域中，对系统的可用性、可扩展性、系统资源的均衡配置等要求较高，在现有网络服务器系统体系结构的基础上，提出一种适用于商业应用的网络服务器体系结构就显得很必要了。
发明内容
本发明的结构区别于传统的以计算资源为中心的网络服务器体系结构，本发明的结构是以
高速信息交换单元为核心，通过整合计算资源、通讯资源和存储资源及协调资源间的均衡配置，使体系结构发挥最大的效能，该系统体系结构包括：高速信息交换单元(1)，内含高速交换模块(2)、通讯转换模块(3)、存储转换模块(4)，其中，一组处理单元(5)连接于高速交换模块，一组通讯单元(6)连接于通讯转换模块，一组存储单元(7)连接于存储转换模块，其中：
高速信息交换单元(1)是体系结构的核心，负责协调各资源间的通信以及协议的转化；
高速交换模块(2)主要负责处理单元之间数据通信的数据包的高速交换，采用专用的高速交换协议来实现；
通讯转换模块(3)在处理单元与通讯单元进行数据通信时，负责数据包的转换，把以太网包格式转换成处理单元本地协议可识别的包格式；
存储转换模块(4)的作用为在处理单元与存储单元进行数据通信时，负责数据包的转换任务，把光纤或SCSI协议包格式转换成处理单元本地协议可识别的包格式。
本发明的有益效果是：基于模块化部件灵活扩展的特性，主要是指新型体系结构中的处理单元、通讯单元、存储单元作为系统内的模块化部件，可以进行灵活的配置，包括从系统中添加部件或删除部件等操作。这种灵活性体现在添加和删除某一模块时，基本不用或很少对其他模块进行复杂的配置工作，从而减少系统管理的复杂程度。高可用、高可扩展的模块化网络服务器体系结构所具有的上述优点，使得其弥补了传统的以计算资源为核心的网络服务器体系结构的不足，使其体系结构所带来的资源均衡配置、灵活扩展等诸多特性，使其更适用于复杂的高性能商业应用领域，因而具有非常广阔的发展前景。
附图说明
附图1为传统的基于计算资源为中心的网络服务器体系结构示意图；
附图2为基于高速交换为中心的新型网络服务器体系结构示意图。
实施方式
下面参照附图，对本发明的内容以一个具体实例来描述实现这一体系结构的过程。
正如发明内容中所描述的，本系统体系结构主要包括：高速信息交换单元(1)，内含高速交换模块(2)、通讯转换模块(3)、存储转换模块(4)，一组处理单元(5)连接于高速交换模块，一组通讯单元(6)连接于通讯转换模块，一组存储单元(7)连接于存储转换模块。
在这一体系结构中所提到的资源模块主要包括处理单元、通讯单元和存储单元。处理单元可以采用通用的计算资源设备，如PC、服务器、小型机等；通讯单元可以采用通用的网络交换设备，如以太网交换机、路由器、集线器等网络设备；存储单元也可以采用通用的存储设备，如光纤磁盘阵列、SCSI磁盘阵列、磁带库、磁带机等存储设备。
此外，高速信息交换单元作为此体系结构的核心，起到协调各资源间的通信以及协议转化等作用，因而对这一设备的性能、可用性以及协议的兼容性要求较高。由于这种新型的体系结构是以高速交换为核心的，所有的数据交换和协议转化工作都需要通过此设备来完成，因而需要此设备具有较高的通信带宽和较低的通信延迟等物理特性；同时，此体系结构主要用于商业计算应用，因而对商业计算应用的传统传输协议的兼容也显得至关重要。而满足上述要求的高速互连设备并不多见，比较典型的如Infiniband、PCI-E等新兴的总线技术。
在一个典型的配置环境中，我们可以采用4台服务器作为处理单元，2台以太网交换机作为通讯单元，2台光纤阵列作为存储单元；高速交换信息单元采用Infiniband交换设备，其上集成了各个协议通信及转换模块。高速交换模块负责服务器间数据(采用Infiniband本次化协议)的高速交换，通讯转换模块负责服务器与以太网交换机通信时的数据包格式的转换，而存储转换模块负责服务器与光纤阵列通信时的数据包各式的转换。同时，通过相应的管理软件的支持来实现对各个资源的灵活配置及扩展，从而构建出适用于商业计算应用特点的高性能网络服务器系统。
我们提出的新型网络服务器体系结构以高速信息交换单元为核心，通过整合计算资源、通讯资源和存储资源及协调资源间的均衡配置，以使应用发挥最大的效能。如图2所示，本系统体系结构主要包括：高速信息交换单元(1)，内含高速交换模块(2)、通讯转换模块(3)、存储转换模块(4)，一组处理单元(5)连接于高速交换模块，一组通讯单元(6)连接于通讯转换模块，一组存储单元(7)连接于存储转换模块。
高速信息交换单元作为此体系结构的核心，起到协调各资源间的通信以及协议转化等作用。其中高速交换模块主要负责处理单元之间数据通信的数据包的高速交换任务，采用专用的高速交换协议来实现；通讯转换模块的作用为在处理单元与通讯单元进行数据通信时，负责数据包的转换任务，把以太网包格式转换成处理单元本地协议可识别的包格式；存储转换模块的作用为在处理单元与存储单元进行数据通信时，负责数据包的转换任务，把光纤或SCSI协议包格式转换成处理单元本地协议可识别的包格式。
与传统的以计算资源为核心的网络服务器体系结构相比，这种新型的体系结构具有高可用性、高可扩展，以及基于模块化部件灵活配置等特性。
其中，高可用性的实现方式描述如下：在这种新型体系结构中，处理单元、通讯单元、存储单元在各自的资源组中是相互冗余配置的，在某个资源单元发生故障时(如处理单元)，相应的冗余配置部件会接管此故障部件继续工作，从而提高系统的整体可用性。
高可扩展的实现方式描述如下：在这种新型体系结构中，处理单元、通讯单元、存储单元在设备端口范围内高度扩展，即各资源单元的扩展性仅限于高速信息交换单元内高速交换模块、通讯转换模块以及存储转换模块的端口数，在端口允许范围内灵活扩展。
Claims (4)
1、一种新型网络服务器体系结构，其特征在于以高速信息交换单元为核心，通过整合计算资源、通讯资源和存储资源及协调资源间的均衡配置，使体系结构发挥最大的效能，该系统体系结构包括：高速信息交换单元(1)，内含高速交换模块(2)、通讯转换模块(3)、存储转换模块(4)，其中，一组处理单元(5)连接于高速交换模块，一组通讯单元(6)连接于通讯转换模块，一组存储单元(7)连接于存储转换模块，其中：
高速信息交换单元(1)是体系结构的核心，负责协调各资源间的通信以及协议的转化；
高速交换模块(2)主要负责处理单元之间数据通信的数据包的高速交换，采用专用的高速交换协议来实现；
通讯转换模块(3)在处理单元与通讯单元进行数据通信时，负责数据包的转换，把以太网包格式转换成处理单元本地协议可识别的包格式；
存储转换模块(4)的作用为在处理单元与存储单元进行数据通信时，负责数据包的转换任务，把光纤或SCSI协议包格式转换成处理单元本地协议可识别的包格式。
2、根据权利要求1所述的以高速交换为中心的服务器体系结构，其特征在于在体系结构中，处理单元、通讯单元、存储单元在各自的资源组中相互冗余配置，当某个资源单元发生故障时，相应的冗余配置部件接管故障部件继续工作，从而提高系统的整体可用性。
3、根据权利要求1所述的以高速交换为中心的服务器体系结构，其特征在于在体系结构中，处理单元、通讯单元、存储单元在设备端口范围内，各资源单元的扩展性仅限于高速信息交换单元内高速交换模块、通讯转换模块以及存储转换模块的端口数，在端口允许范围内灵活扩展。
4、根据权利要求1所述的以高速交换为中心的服务器体系结构，其特征在于体系结构中的处理单元、通讯单元、存储单元作为系统内的模块化部件，具有灵活配置的功能，这种功能包括从系统中添加部件或删除部件的操作，这种灵活性体现在添加和删除某一模块时，不用对其他模块进行复杂的配置，以减少系统管理的复杂程度；
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101267439B (zh) * | 2008-04-28 | 2010-12-22 | 中国人民解放军信息工程大学 | 介质访问控制协议生成方法、节点通信方法、装置及系统 |
| CN102622328A (zh) * | 2012-03-09 | 2012-08-01 | 浪潮电子信息产业股份有限公司 | 一种基于正交连接器的高速冗余服务器通信系统 |
| CN104615201A (zh) * | 2015-01-05 | 2015-05-13 | 浪潮电子信息产业股份有限公司 | 一种集中管理存储系统架构 |
| CN111752346A (zh) * | 2019-06-24 | 2020-10-09 | 北京京东尚科信息技术有限公司 | 基于组合架构的服务器 |
| CN113556298A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-10-26 | 云宏信息科技股份有限公司 | 基于PowerVC的存储接入方法、介质及服务器 |
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2007
- 2007-03-27 CN CNA2007100138609A patent/CN101026575A/zh active Pending
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