Srovnání hardwarových platforem pro serverové aplikace EO a bankovnictví

Bankovní institut vysoká škola Praha Informační technologie a elektronické obchodování

Srovnání hardwarových platforem pro serverové aplikace EO a bankovnictví Bakalářská práce

Autor:

Petr Zoul Informační technologie / Správce informačních systémů

Vedoucí práce:

Praha

Ing. Vít Fábera

Duben, 2010

Prohlášení Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a s pouţitím uvedené literatury.

Ve Voticích dne 17. dubna 2010

Petr Zoul

Poděkování Vřelé díky za pomoc a spolupráci panu Ing. Vítu Fáberovi při vedení bakalářské práce, panu Danielu Rollovi za poskytnutí materiálů z banky. Dále pak panu Ing. Vladimíru Brdkovi za odborné konzultace v oblast IT a své manţelce za podporu a pochopení.

Anotace Bakalářská práce se zaměřuje na problematiku aplikačních serverů, jejich návrhu a porovnání. V první části práce popisuji historii a základní dělení počítačů. Ve druhé části popisuji Hardwarovou platformu a její jednotlivé komponenty serveru, uvádím zde novinky v oblasti disků, pouţívané procesory a porovnání harddisků s disky bez mechanických částí. V další části zabývající se aplikačními servery, analyzuji poţadavky serveru pro bankovnictví na konkrétním modelu banky. V závěru mé práce navrhuji moţné konfigurace serverů, jejich srovnání jak z hlediska výkonu, tak i finančního a navrhuji moţnou alternativu úspornějšího řešení.

Annotation Bachelor work surveys on problems application servers their proposal and comparison. In first part of work story and basic dividing computers are described. In second part, hardware basis and individual server components are described, news in the area of hard disks, used CPUs are shown and classical harddisks are comparised with disks without mechanical parts. In next parts, focused on application servers, I analyze requirements for server for electronic banking system on the specific model of bank. At the conclusion of my work, I propose possible server configurations , their comparison is done from the viewpoint of power, finance and I suggest saving solution.

Obsah Úvod ...................................................................................................................................... 7 1 Pohled do historie a rozdělení serverů....................................................................... 8 1.1 Předchůdci dnešních počítačů a serverů, historie .................................................. 8 1.2 Rozdělení počítačů ................................................................................................ 8 1.2.1 Počítače nulté generace ..................................................................................... 8 1.2.2 Počítače první generace ..................................................................................... 9 1.2.3 Počítače druhé generace .................................................................................... 9 1.2.4 Počítače třetí generace ....................................................................................... 9 1.2.5 Počítače čtvrté generace .................................................................................. 10 1.2.6 Počítače páté generace ..................................................................................... 10 1.2.7 Architektura ..................................................................................................... 10 1.3 Servery ................................................................................................................. 11 1.3.1 Pojem server .................................................................................................... 11 1.3.2 Historie sítí ...................................................................................................... 11 1.3.3 Dělení serverů .................................................................................................. 12 2 Popis serveru a jeho komponent .............................................................................. 13 2.1 Hardwarová platforma serveru ............................................................................ 13 2.2 Procesor ............................................................................................................... 14 2.2.1 Architektura procesoru .................................................................................... 15 2.2.2 Logická struktura procesoru ............................................................................ 16 2.2.3 Vlastnosti a parametry ..................................................................................... 17 2.2.4 Paměti cache .................................................................................................... 18 2.3 Paměti .................................................................................................................. 19 2.3.1 Parametry pamětí ............................................................................................. 19 2.3.2 Paměti ROM .................................................................................................... 20 2.3.3 Paměti RAM .................................................................................................... 20 2.4 Základní deska ..................................................................................................... 21 2.4.1 Chipset ............................................................................................................. 22 2.4.2 Bios .................................................................................................................. 22 2.5 Grafická karta ...................................................................................................... 23 2.6 Síťová karta ......................................................................................................... 23 2.7 Pevné disky .......................................................................................................... 24 2.7.1 Rozhraní pevných disků .................................................................................. 25 2.7.2 SSD .................................................................................................................. 27 2.7.3 Srovnání HDD a SSD disků ............................................................................ 27 2.7.4 RAID ............................................................................................................... 31 2.7.4.1 RAID 0 .................................................................................................... 31 2.7.4.2 RAID 1 .................................................................................................... 32 2.7.4.3 RAID 2 .................................................................................................... 33 2.7.4.4 RAID 3 .................................................................................................... 33 2.7.4.5 RAID 4 .................................................................................................... 33 2.7.4.6 RAID 5 .................................................................................................... 34 2.7.4.7 RAID 6 .................................................................................................... 35 2.7.4.8 RAID 0/1 ................................................................................................. 36 2.7.5 Srovnání polí RAID ......................................................................................... 36 2.8 Napájení ............................................................................................................... 37 2.8.1 Napájecí zdroje ................................................................................................ 37 2.8.2 UPS .................................................................................................................. 38

5

2.8.2.1 Off-line UPS ............................................................................................ 38 2.8.2.2 Line-interactive........................................................................................ 38 2.8.2.3 On-line UPS............................................................................................. 38 2.9 Skříně ................................................................................................................... 39 2.9.1 Blade servery ................................................................................................... 40 3 Hardwarové nároky aplikací na server ................................................................... 41 3.1 Aplikační servery................................................................................................. 41 3.1.1 Třívrstvá architektura ...................................................................................... 41 3.1.2 Standardizace aplikačních serverů................................................................... 43 3.2 Analýza poţadavků aplikačního serveru pro bankovní systém ........................... 43 3.3 Konfigurace aplikačního serveru ......................................................................... 45 4 Porovnání konfigurací serverů ................................................................................. 47 4.1 Výběr serverů ...................................................................................................... 47 4.2 Porovnání rozšiřitelnosti hardwarových platforem ............................................. 49 4.3 Testy TPC Benchmark ........................................................................................ 49 4.4 Srovnání testovaných serverů pomocí testů TPC ................................................ 50 4.5 Moţná alternativa ................................................................................................ 52 Závěr ................................................................................................................................... 53 Seznam použité literatury ................................................................................................. 54

6

Úvod Počítače se během několika posledních let staly samozřejmostí a součástí našeho kaţdodenního ţivota. Mnozí z nás, asi to bude velká většina, si jiţ nedokáţí představit, jak bychom bez nich psali a tiskli různé zprávy, zpracovávali fotografie, videa, vedli agendu své firmy, výpočty účetních uzávěrek, ale to je jen zlomek toho, co dokáţí, ať se poohlédneme kdekoli, neexistuje odvětví, do kterého by nebyly zapojeny. Současná doba představuje nevídaný pokrok ve vývoji informačních technologií. Trendem výrobců je výzkum a vývoj stále rychlejších komponent, dosahování co nejvyššího výkonu a sniţování spotřeby elektrické energie. To umoţňuje rozšiřování informačních systémů při neustále zvětšujícím se objemu ukládaných dat. Taková řešení nejsou vůbec jednoduchou záleţitostí, jak by se na první pohled mohlo zdát. V sálech servroven pak servery a jejich technologické součásti zabírají rozsáhlý prostor. Nabízí se nová řešení moţnosti virtualizace serverů, která tento problém řeší, ale i zde jsou určitá úskalí těchto systémů a tak vybrat optimální variantu s určitým časovým výhledem, je poměrně sloţité a zabere spoustu času. Proto se v této práci zabývám rozborem jednotlivých komponent dnešního serveru a budu se snaţit celý obsah vyloţit tak, aby byl srozumitelný nejen pro odborníky, ale i pro širokou veřejnost. V krátkosti shrnu i historii osobních počítačů, pak popíši jednotlivé komponenty serverů a vyloţím a rozeberu zde některé na první pohled nesrozumitelné pojmy tak, aby se i začínající uţivatel dovedl v této otázce snáze orientovat a mohl si utvořit větší obrázek o těchto systémech. Dále proberu podrobněji aplikační servery, jejich nároky na hardware a porovnám servery pro systémy elektronické bankovnictví. V dnešní době existuje celá řada výrobců hardwaru, ale princip činnosti těchto komponent se nijak zvlášť neliší. Cílem této práce je specifikace hardwarových poţadavků pro bankovní aplikace, návrh a porovnání hardwarových platforem včetně doporučení moţného řešení pro tyto aplikace.

7

1 Pohled do historie a rozdělení serverů 1.1 Předchůdci dnešních počítačů a serverů, historie Pomineme-li různé mechanické pomůcky, počítací strojky, pak první dochovaný počítací mechanický stroj byl vytvořen v roce 1642 francouzským matematikem Blaisem Pascalem. Byl tvořen soustavou ozubených kol a umoţňoval provádět pouze operace sčítání a odčítání pětimístných čísel. V roce 1674 sestrojil německý matematik Gottfried Wilhelm von Leibnitz (1646 - 1716) stroj na principu ozubených kol. Na něm pak bylo moţné sčítat, odčítat, násobit a dělit. Tento princip se dále rozvíjel a pouţíval se ještě v nedávné době u mechanických kalkulaček a pokladen. Další významné objevy, které přispěly vývoji počítačů: V roce 1800 Alessandro Volta objevil první pouţitelný zdroj elektrického proudu. Kolem roku 1800 Francouz Joseph Marie Jaquard pouţil děrné štítky k řízení mechanického tkalcovského stavu. V první polovině 19.století Charles Babbage sestrojil analytický stroj, který uměl sčítat, odčítat, násobit a dělit v sekvenci za sebou a měl být řízen děrnými štítky. Koncem 19. století Herman Hollerith zkonstruoval první mechanický stroj na zpracování děrných štítků. 1906 - vynález elektronky Američanem Le de Forestem 1948 - vynález tranzistoru - John Bardeen, Walter Brattain a William Shockley 1958 vynález integrovaného obvodu v laboratořích Texas Instruments

1.2 Rozdělení počítačů Jedná se o rozdělení z historického pohledu. Jak postupně počítače procházely svým vývojem, začaly se dělit na jednotlivé generace. Kaţdá generace je pak charakterizována určitými parametry, například pouţitými součástkami, rychlostí počítače, jeho konfigurací a dobou, ve které počítače vznikaly.

1.2.1 Počítače nulté generace Tyto počítače vznikaly na různých místech světa v první polovině 20. století. Byly to počítače čistě analogové a jako součástky byly tehdy pouţity elektronky a relé. Existovaly většinou v jediném exempláři. Nejdůleţitější z nich byl asi ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer).

8

Stihl 357 násobení nebo 35 dělení s desetimístnými čísly za sekundu. Byl postaven z 18 000 elektronek a spotřebovával 150 kW elektrické energie. Do provozu byl uveden v roce 1946 na universitě ve Philadelphii.

1.2.2 Počítače první generace Jedná se o počítače vyráběné v letech 1945 aţ 1955. Tyto počítače jiţ byly konstruovány z elektronek podle von Neumanovy koncepce a pracovaly rychlostí aţ 100 operací za sekundu. Vstup a výstup byl realizován pomocí děrné pásky. Vrcholem byl počítač UNIVAC, který se stal prvním sériově vyráběným počítačem v roce 1951. Výrobcem byla firma Remington Rand.

1.2.3 Počítače druhé generace V počítačích této generace se začaly pouţívat tranzistory. Díky tomu se počítače mnohonásobně zmenšily, sníţily se energetické nároky a zvedla se rychlost operací na tisíce za sekundu a velmi vzrostla i spolehlivost těchto zařízení. Pouţívají se děrné štítky a magnetopáskové mechaniky. Vzniká dávkový reţim práce počítače, kdy počítač pracuje bez časových prodlev. Můţeme zde zmínit počítač firmy IBM 7090, kde bylo zavedeno nepřímé adresování.

1.2.4 Počítače třetí generace Za počátek třetí generace se povaţuje den uvedení počítače IBM SYSTEM/360 na trh – rok 1964. Zde se vyuţívá integrovaných obvodů malé integrace, které v sobě integrují malé mnoţství tranzistorů. Hustota integrace dosáhla hodnoty 1000 tranzistorů na 1 čip. Rychlost stoupá, počítače jiţ dokáţí desetitisíce operací za sekundu. Základní adresovatelnou jednotkou paměti se stává byte (8bitů). Slovo je tvořeno 32 bity. Objevují se disky s vyměnitelnými médii. Začíná se pouţívat paralelní zpracování programů.

9

1.2.5 Počítače čtvrté generace Počátek je datován roku 1971 (někde je tato doba uváděna pro počátek 3,5 generace a pro čtvrtou generaci se uvádí rok 1980) a vyrábí se aţ dodnes. Tedy to jsou i počítače současné doby. Součástky, které se pouţívají pro jejich výrobu, jsou integrované obvody střední a velké integrace a mikroprocesory. První mikroprocesor byl vyroben firmou INTEL v roce 1971.

1.2.6 Počítače páté generace Počítače páté generace jsou zatím ještě spíše hudbou budoucnosti. Tyto počítače jsou popisovány jako stroje s umělou inteligencí. Na jejich vývoji a výzkumu se usilovně pracuje. Sestrojit počítač, který by skutečně sám myslel, zatím není v lidských silách. Podle dosavadních výzkumů takový stroj nemůţe být postavený na bázi křemíku. Vývoj v tomto směru jde dál cestou optroniky. Ve vývoji uţ existuje čip, který je velký asi 1cm čtvereční a obsahují 1,7 milionu součástek. Principy jak elektroniky tak i optroniky lze jednoduše popsat a pochopit, existují však fyzikální hranice a v oblasti vývoje elektroniky se jiţ na tyto hranice začíná naráţet. Výzkum se ubírá dalšími směry např. biologické, chemické, a kvantové počítače.

1.2.7 Architektura Pomineme-li historii, můţeme počítače dále rozřadit podle různých hledisek do skupin. Například podle výkonu nebo podle velikosti je lze dělit na sálové počítače (servery), superpočítače,

minipočítače,

mikropočítače

a

programovatelné

logické

řadiče.

Mikropočítače, téţ nazývané osobní nebo personální, odtud zkratka PC (Personal Computer), se během několika posledních let staly samozřejmostí a součástí našeho kaţdodenního ţivota. Velkým pilířem konstrukce počítačů a počítačových systémů se stala jiţ zmiňovaná von Neumanova architektura, jejímţ základem jsou čtyři funkční části: Aritmetickologická jednotka (ALU), dnes je také nazývána výkonnou Operační paměť Řadič instrukcí Vstupní a výstupní zařízení

10

Obrázek č.1: von Neumanova architektura počítače

Zdroj: http://honza24.wz.cz/schema.jpg

Toto schéma je však velice jednoduché a pro poţadavky na neustále se zvyšující výkon a rychlost muselo být časem rozšiřováno a pozměňováno tak, ţe se mění propojení sběrnic a hierarchičnost. Tato architektura se pouţívá dodnes.

1.3 Servery 1.3.1 Pojem server Server je obecné označení pro počítač, který poskytuje nějaké sluţby nebo data a zároveň se toto slovo pouţívá pro označení software, který je na serveru provozován, viz architektura klient – server. Vyuţívání těchto sluţeb je umoţněno ostatním počítačům, přes jejich připojení k serveru, prostřednictvím počítačové sítě. I tyto sítě postupně prošly vývojem, aţ do dnešní podoby sítí LAN (local area network), MAN (metropolit area network), WAN (wide area network), která tvoří síť Internet. Internetová síť byla navrţena tak, aby fungovala i při výpadku nějakého vnitřního uzlu sítě, resp. spoje. Vedle této rozsáhlé sítě existují sítě menšího rozsahu, které jsou vyuţívané různými firmami, policií, armádou, fungující odděleně od Internetu, ale bývají s ním propojeny. Tyto sítě jsou nazývány Intranet.

1.3.2 Historie sítí 1969 - Vytvoření sítě ARPANET pro účely obrany v USA. Síť ARPANET byla tvořena původně čtyřmi uzly (4 PC). 1972 - Připojeno 50 výzkumných a vojenských center do sítě ARPANET. 1979 - Vznik sítě USENET pro výzkumníky a diskusní skupiny.

11

1981 - Síť BITNET k propojení amerických vysokých a středních škol (Propojení různých typů a různě výkonných počítačů => vznikl problém v komunikaci). 1983 - Vznik protokolu (Souhrn pravidel jak komunikovat) TCP/IP. 1985 - Síť NSFNET původně určená k propojení pěti superpočítačů. 1987 – Vzniká pojem Internet, touto dobou je jiţ propojeno 27000 počítačů. 1990 - Síť NSFNET se ukázala na tolik výhodná, ţe síť ARPANET byla zrušena a plně nahrazena sítí NSFNET. 1991 - Pod sítí NSFNET vytvořena síť NREN. 1992 - Vznik jazyka HTML a WWW. 1993 - Datována podoba dnešního internetu. [4]

1.3.3 Dělení serverů Servery můţeme dělit podle toho, na co bude server pouţit a jaké objemy dat bude zpracovávat a pro jakými softwarovými sluţbami bude provozován: Webový server – poskytuje sluţbu WWW - především v síti Internet nebo Intranet Souborový server – slouţí jako centrální úloţiště dat nebo dokumentů např. v podnikových sítích Databázový server – slouţí jako úloţiště strukturovaných dat, zajišťuje operace čtení a zápis nad těmito daty. Tiskový server - umoţňuje tisk souborů na centrální tiskárně připojené k tomuto serveru. Dnes je jiţ implementován do některých síťových tiskárnách. Poštovní server - určený pro přenos zpráv elektronické pošty (e-mailů). Server zajišťuje doručení mailových zpráv adresátovi pomocí sítě poštovních serverů. Proxy server - překládá poţadavky klientského počítače vůči cílovému počítači, nebo serveru. Přijatou odpověď pak následně odesílá zpět na klienta. Proxy server odděluje lokální počítačovou síť od Internetu. Aplikační server - počítač specializovaný na provoz nějaké aplikace, nejčastěji webové, bude dále probráno podrobněji. Herní server – nabízí moţnost hrát přes Internet určitou hru ve stejný čas několika hráčům najednou. Servery pro on line hry jsou přímo podporované firmou, která hru vydala, anebo se můţe jednat o servery neoficiální. A řada dalších jako například servery pro práci s video soubory, faxy, zálohy systémů (backup server)...

12

2 Popis serveru a jeho komponent Nejprve rozebereme slovo hardware, které se běţně pouţívá v počítačové terminologii, aby si kaţdý dovedl představit, co to tedy je. Překlad slova je technické vybavení. Patří sem mikroprocesory, paměti, disky, CD mechaniky zdroje, skříně, ale i klávesnice, tiskárny, skenery a podobně (věci na které si lze sáhnout). Z pohledu hardwaru si je v podstatě moţné server představit jako běţný počítač s velmi odlišnými nároky na výkon, spolehlivost, ţivotnost a mnoţství uloţených dat. Takový počítač je pak osazen rychlejším procesorem, větším mnoţstvím paměti, má větší kapacitu diskového prostoru nebo diskové pole, můţe obsahovat více zdrojů, speciální monitorovací software a podobně. Tento hardware bývá vyráběn s větší pečlivostí a důrazem na zvýšenou spolehlivost, ve výrobním závodě je i testován. Při výběru serveru a jeho komponent si však musíme řádně uvědomit, na co takový server budeme pouţívat. Například u souborových serverů budeme klást důleţitost na stabilitu a rychlost disků, u databázových, aplikačních a herních budeme poţadovat velmi výkonný procesor a velkou operační paměť.

2.1 Hardwarová platforma serveru V serveru je celá řada komponent, které ovlivňují výkon. Ty se dají z hlediska zaměření této práce rozdělit na dvě části a to na část, která bude ovlivňovat výpočetní výkon serveru a část která, není pro srovnání tak důleţitá, aby zásadním způsobem ovlivnila výpočetní výkon. Do této části zařadíme řadiče, disky jejich moţná zapojení, disková pole, napájecí zdroje, magnetopáskové DVD mechaniky, síťové karty a další (v podstatě všechny periférie). Tyto komponenty pak můţeme připojit k různým platformám. Právě ona zmiňovaná počítačová jednotka tvoří se svých komponent specifickou hardwarovou platformu. Skládá se ze základní desky, procesoru a paměti. Základní deska určuje, jaký typ procesoru můţe být pouţit a stejně tak i velikost a typ pamětí. Platformy tedy zahrnují specifickou architekturu podle pouţitého procesoru a můţeme je rozdělit do několika skupin: Platforma Intel – zaloţeno na CISC architektuře (dnes se více uplatňují prvky RISC) 2006 - Intel Core - 64bitová architektura, Core Duo, Core 2 Duo, Core 2 Quad 2008 - Intel Core i7 - nová řada CPU od Intelu Platforma AMD - CISC architektura (dnes se stále více uplatňují prvky RISC) 2003 - AMD Athlon 64 - 64bitový mikroprocesor, zpětně kompatibilní s x86 13

2007 - AMD uvádí novou řadu procesorů Phenom Platforma HP – spolupráce na procesorech Intel, nejvýkonnější Itanium 9300 series 2001 - Intel Itanium - 64bitový mikroprocesor nové generace pro servery Platforma SUN - procesory Sparc64; UltraSparc – architektura RISC 1989 - Sun SPARC - 32bitový RISC mikroprocesor 1995 - Sun UltraSPARC - 64bitový RISC mikroprocesor Platforma IBM – procesory PowerPC P5; P6; P7 – revoluční architektura RISC dosahující vynikajícího výkonu Nyní proberu její jednotlivé hardwarové komponenty podrobněji.

2.2 Procesor Procesor, označovaný také jako CPU (Central procesor unit) je základní a nejdůleţitější součástí počítače. Je ve formě integrovaného obvodu o rozměrech pouzdra nejčastěji 30x30 mm, která v sobě obsahuje aţ 700.000.000 tranzistorů na čipu a vzhledem ke ztrátovému výkonu vyţaduje dostatečné aktivní chlazení. Tyto procesory jsou jiţ vyráběny 45nanometrovou výrobní technologií. Na těchto rozměrech se s výrobou procesorů zdaleka nekončí, neboť firma Intel presentovala 32nanometrový výrobní proces, který bude poprvé v historii společnosti vyuţíván k výrobě procesorů a k integraci HD grafiky do vybraných čipů. 32nanometrová výrobní technologie pomůţe dále zrychlit počítač a současně sníţit spotřebu elektrické energie. Servery se osazují buď procesory z produkce firem Intel a AMD, jsou nejrozšířenější, cenově dostupnější a lze je osadit do poměrně široké řady serverových desek, anebo někteří výrobci serverů vyvíjejí své vlastní architektury procesorů jako např. HP Montecito procesory, IBM P6 a P7 procesory a Sun SPARC64 procesory. Tyto procesory pak vyţadují speciální základní desky od konkrétního výrobce, kde je moţné zapojit více těchto procesorů, a architektury jsou lépe navrţené pro provoz náročných aplikací serverů.

14

Obrázek č.2: Procesor INTEL Pentium

Zdroj: http://i.dell.com/images/global/products/pedge/pedge_highlights/server-poweredge-r710overview1.jpg

2.2.1 Architektura procesoru Procesory dělíme podle vnitřní architektury: Procesory CISC (Complete Instruction Set Computer) procesor je vybaven co nejúplnější sadou instrukcí. Procesory RISC (Reduced Instruction Set Computer) s menším počtem strojových instrukcí. Vychází se ze znalosti, ţe k vykonání 80% operací je zapotřebí asi 20 instrukcí. Těchto zmiňovaných 20 instrukcí je jednodušších a tedy snáze proveditelných. Nedostatkem architektury RISC je větší spotřeba paměti pro program, procesory zaloţené na architektuře CISC potřebují zase více času pro zpracování strojové instrukce. Současné procesory Intel a kompatibilní pouţívají spojení výhod obou architektur. Procesory RISC jsou velmi úspěšné v pracovních stanicích a v mobilních telefonech. Starším řešením (aţ po procesory 486) bylo sekvenční zpracování instrukcí (instrukce se zpracovávají jedna po druhé). Moderní řešení se vyznačují architekturou superskalární, ta dokáţe zpracovávat několik instrukcí najednou. Od více jádrových procesorů se liší tím, ţe je zvětšen počet pouze některých funkčních jednotek, ne však celé jádro procesoru. Dělení podle počtu jader: V současnosti jde vývoj směrem k integraci více jader, tedy více procesorů do jediného čipu. Tento trend můţeme pozorovat i u procesorů do osobních počítačů. Procesory se tedy dělí na jedno jádrové a více jádrové. Zvyšováním počtu jader je v podstatě vynuceno fyzikálním omezením. Ukazuje se, ţe integrací většího počtu jednoduchých jader je teoreticky moţné dosáhnout při stejné výrobní technologii na stejné ploše křemíku mnohem vyšší výpočetní výkon, neţ pouţitím jediného sloţitého jádra. V dnešní době se jiţ na trhu objevují šesti jádrové procesory, běţně se však pouţívají dvou aţ čtyř jádrové.

15

2.2.2 Logická struktura procesoru Logická struktura procesoru se člení do následujících částí: registry – kaţdý mikroprocesor pracuje s daty a programovatelnými instrukcemi uloţenými ve vnějších pamětech. Do registrů pak ukládá hodnoty o stavu procesoru a momentálně zpracovávaná data a instrukce. adresování – je mechanismus, kterým mikroprocesor specifikuje adresy v paměti, na nichţ leţí zpracovávaná data. systém přerušení – přerušení je signál, který k mikroprocesoru vyšle některé hardwarové zařízení, nebo jej vyţaduje běh programu (sw přerušení). Procesor nejprve vyhodnotí úroveň přerušení, pak uloţí aktuální zpracovávaná data do speciálního registru-zásobníku a poté obslouţí přerušení. Všechny moderní mikroprocesory mají vektorový systém přerušení, to znamená, ţe kaţdé přerušení je identifikováno svým číslem a prioritou. správa paměti – jednotky správy paměti stojí, mezi adresami generovanými programem (virtuálními adresami) a skutečnými adresami v operační paměti. Jednotka správy adresy mění adresy generované programem tak, jak to je momentálně výhodné pro operační systém. zabezpečení – pro splnění úkolu, ţe dva běţící programy nesmí nikdy adresovat a pouţívat stejnou adresu, nabízejí mikroprocesory dva reţimy. Systémový (dříve označovaný jako privilegovaný), kde je povoleno vše a uţivatelský, kde je povoleno jen to, co umoţnil program, běţící v systémovém reţimu. Při pouţívání virtuální pamětí, můţe nastat situace, kdy dva různé procesy půjdou na stejnou adresu. Pracujeme zde s dvojicí adres: logickou či virtuální adresou a fyzickou adresou ve skutečné paměti. Tabulky, jeţ určují, které virtuální adrese odpovídá fyzická, nejsou pro všechny procesy společné. Kaţdý proces vlastní svou tabulku, a přestoţe můţe být totoţná virtuální adresa, pro oba procesy, kaţdý z procesů však bude mít pro tuto adresu přidělenu odlišnou část fyzické paměti, a proto nenastane kolize. paměť cache (vyrovnávací paměť) – je to jakýsi mezisklad dat mezi různě rychlými komponentami počítače. Jejím účelem je vzájemné přizpůsobování rychlostí - bude dále probráno podrobněji.

16

Obrázek č.3: Intel Itanium architectura

Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Itanium_arch.png

2.2.3 Vlastnosti a parametry Pro nás bude procesor jen černou skříňkou a budou nás zajímat pouze její vlastnosti a parametry: vnitřní šířka slova – popisuje schopnost procesoru zpracovat najednou paralelně určité mnoţství bitů. Čím víc bitů dokáţe zpracovat, tím je rychlejší. sběrnice – obecně je sběrnicí nazývána soustava vodičů, jimiţ se přenášejí data, adresy a řídící signály mezi komponentami (sběrnice je vícebodový spoj). Veškeré informace přenášené sběrnicí jsou ve dvojkové soustavě. U kaţdého procesoru nás zajímá hlavně adresová sběrnice, kterou jsou přenášeny adresy a datová sběrnice, která přenáší data mezi procesorem a jeho okolím. vnitřní frekvence – elektronické obvody jádra mikroprocesoru potřebují hodinové, synchronizační impulsy, které krokují vykonávání instrukcí programu.

17

Čím je frekvence vyšší, tím procesor rychleji pracuje, ale také se více zahřívá, proto se nedá frekvence zvyšovat do nekonečna. Nyní je pro křemík povaţována tato hranice kolem 6GHz, zejména kvůli jeho elektrickým vlastnostem. vnější externí frekvence: je generována základní deskou, určuje takt pro všechny součástky na základní desce a hlavně pro FSB (Front Side Bus), která spojuje procesor s ostatními periferiemi. Tyto obvody pracují pomaleji neţ procesor. Základní deska je však vybavena pouze jedním časovacím obvodem pro tuto frekvenci. Procesor si z ní pomocí násobičky frekvence vyrábí vnitřní frekvenci a proto je vţdy vnitřní (ta rychlejší) násobkem pomalejší vnější frekvence. napájecí napětí – během vývoje se tato hodnota napájecího napětí měnila, procesory byly napájeny více napětími, např. procesor 8080 měl 3 napětí, i záporné, které se musely postupně připínat. S rostoucím výkonem se procesory stále více zahřívaly vlivem spotřeby většího mnoţstvím elektrické energie. Výrobci tento problém řešili pomocí sniţování napájecího napětí. Opět je zde limitující napětí. Nejúspornější procesory pracují s napětím 0,95V, při niţším napájecím napětí jiţ nejsou tranzistory schopné spolehlivě spínat. chlazení – je realizováno pomocí ventilátorů a hliníkových ţeber (chladičů), která jsou připevňována na pouzdra procesoru. Chlazení dělíme na aktivní, realizováno pouze ventilátorem, pasivní, pouze pomocí hliníkových ţeber, a kombinované, ten je nejrozšířenější. Ze skříní serverů je pak velmi důleţité odvádět ohřátý vzduch, pomocí dalších ventilátorů, aby nedošlo k přehřátí některé součásti serveru. patice procesoru – dříve se procesory pájely přímo na základní desku, dnes jsou základní desky osazovány paticemi (sockety), do nichţ se procesory umísťují. Patice se mezi sebou liší typem, geometrickými rozměry a počtem pinů (noţiček). Podle počtu pinů a uspořádání se jednotlivé patice nazývají například socket A, socket 940, socket F, LGA 771, LGA 1248, LGA1366.

2.2.4 Paměti cache Paměť cache (vyrovnávací paměť) by měla být spíše zařazena v následujícím oddílu „Paměti―, ale je integrována přímo do kaţdého procesoru. Je důleţitým faktorem celkového výkonu procesoru. Paměť cache je v podstatě jakýsi mezisklad dat procesoru.

18

Paměť cache bývá několika úrovňová: Level 1 – s nejrychlejším přístupem, nyní má velikost 32-128 kB na jádro. Slouţí k zásobování jednotek mikroprocesoru daty ze sběrnice, paměť načte více dat ze sběrnice, jakmile je procesor potřebuje, načte si je z paměti cache. Level 2 – nyní ve velikostech 256 kB - 8 MB na jádro, usnadňuje přesun dat mezi mikroprocesorem a operační pamětí. Level 3 – má velikost 2-6 MB, pracuje ruku-v-ruce s L1 a L2 cache pro zvýšení počítačového výkonu. Vyrovnávací paměť je důleţitá pro čtení i zápis dat a instrukcí, její princip je zaloţen na časové a místní lokalitě informací. Čím je paměť cache větší, tím méně času stráví procesor čekáním na poţadovaná data.

2.3 Paměti Paměť je nedílnou součástí kaţdého počítače. Procesor z ní čte uloţená data, které tvoří instrukce, jimiţ je řízena jeho činnost. Zároveň do ní ukládá výsledky své práce. Pamětí je v počítači více a dají rozdělit na registry: paměťová místa v čipu procesoru, která jsou pouţívaná pro krátkodobé uchování právě zpracovávaných informací. vnitřní (interní, operační) paměti: paměti osazené ve slotech na základní desce. Bývají realizovány polovodičovými součástkami. Jsou do nich zaváděny právě spouštěné programy a data, se kterými počítač pracuje. vnější (externí) paměti: paměti realizované většinou za pomoci výměnných médií v podobě disků či magnetofonových pásek. Záznam do externích pamětí se provádí většinou na magnetickém nebo optickém principu. Slouţí pro dlouhodobé uchování informací a zálohování dat. [5] Velikost paměti nám ukazuje, kolik bajtů je do ní moţno uloţit.

2.3.1 Parametry pamětí I paměti mají charakteristické parametry, které popisují jejich kvalitu: Pracovní frekvence (v Mhz), na jaké paměť pracuje. Kapacita paměti prozrazuje, kolik bajtů je moţné v paměti uchovat. Udává se v KB, MB, GB a TB Velikost napájecího napětí – liší se podle pouţitých patic pro paměťové moduly

19

Dalším důleţitým kritériem je to, zda se paměť po vypnutí počítače vymaţe (RAM), nebo je schopna si data pamatovat i ve vypnutém stavu (ROM a speciální paměti typu Flash)

2.3.2 Paměti ROM ROM paměť (Read Only Memory) je určena jen pro čtení a data se do ní zapisují maskou ve výrobním závodu. Další typy těchto pamětí jsou PROM, EPROM, EEPROM a Flash EEPROM, ty se jiţ dají programovat speciálním programátorem. Pouţívají se například pro uloţení programu BIOS (Basic Input Output System). Jedná se o speciální program, který zajišťuje správnou komunikaci mezi procesorem, pamětmi, a vstupně výstupními zařízeními na základní desce.

2.3.3 Paměti RAM RAM (Random Access Memory) paměť umoţňuje zápis do paměti i její čtení. Jak uţ bylo napsáno v předešlé kapitole jsou paměti RAM těmi pamětmi, s nimiţ nejčastěji spolupracuje procesor. Paměti RAM jsou operačními paměti serverů pro uloţení dat a programů (dle Von Neumannovy architektury). Existuje několik typů pamětí RAM, v dnešní době se jiţ prakticky pouţívají paměti typu DDR3, které vycházejí z principu paměti SDRAM (Synchronous DRAM), kde jsou okamţiky přenosu dat určovány synchronizačním signálem. Tyto paměti přenášejí data jen při vzestupné hraně řídícího impulsu generovaného systémovým časovačem. Během jednoho taktu provede jednu operaci. Následovaly paměti DDR (Double Data Rate), které pracují tak, ţe přenášejí data na obou hranách (náběţné i sestupné) řídícího impulsu. Během jednoho taktu provede dvě operace. Poté přišli na řadu paměti DDR2, ty přenášejí data stejným způsobem jako DDR na náběţné i sestupné hraně taktu, ale pouţívají sběrnici taktovanou na dvojnásobku rychlosti samotné paměti a také potřebují poloviční napájecí napětí oproti pamětem DDR. Paměti DDR3 opět pracují na principu DDR2, ale jsou navrţeny pro dosaţení vyšších efektivních frekvencí - pouţívají sběrnici taktovanou na čtyřnásobku rychlosti samotné paměti.

20

Servery vyuţívají výrazně větší operační paměti neţ běţné osobní počítače, kvůli eliminaci chyb, které mohou paměťové moduly generovat při provozu, se u skutečných serverů pouţívají paměti typu ECC (Error Checking Correcting) – kontrola a oprava chyb, které díky několika bitům v kaţdém slově navíc umí dvoubitovou chybu detekovat a jednobitovou chybu dokonce opravit. Některé paměťové řadiče ve spolupráci s ECC pamětí dokáţou opravit i chyby většího rozsahu. Při rozšiřování serveru o další paměti je nutné pouţít paměťové moduly, které mají stejné parametry. Patice modulu má vţdy pro různý typ paměťových modulů jiný rozměr, aby nedošlo k jejich poškození. Dnešní paměťové moduly mají kapacity od 1GB aţ 8GB. Na jaře roku 2009 představila firma Samsung první 4gigabitový čip DDR3, který výrobcům umoţní vyrábět aţ 32GB moduly. Obrázek č.4: Paměťové moduly DDR3 KINGSTON 4GB

Zdroj: http://eshop.kak.cz/_data/zbozi/1/35790x1.jpg

2.4 Základní deska Základní deska je základním prvkem počítače. Názvů pro základní desky je několik. Kromě české verze se také pouţívají dva anglické výrazy, a to motherboard nebo mainboard. Významově je to však úplně shodné. Fyzicky je základní deska reprezentována deskou plošného spoje a mnoha elektronickými obvody a konektory pro připojení dalších periférií. Obvody na desce slouţí především pro podporu procesoru a sběrnice, konektory propojující jednotky umístěné mimo základní desku (pevné disky, operační paměť...). V anatomii počítače představuje základní deska „kostru―, která nese všechny komponenty serveru, a je tak základním prvkem stavebnice celého serveru.

21

Základní deska tedy definuje úroveň celého serveru: Jaký typ procesoru budeme moci pouţít, většinou jde osadit několik variant procesorů, ale není moţné kombinovat procesory různých výrobců, ani rozdílných generací. Fyzicky o tom rozhoduje patice nebo socket mikroprocesoru a čipová sada, jímţ je deska osazena. Desky existují jedno-, dvou-, čtyř-, osmi,- i více procesorové. Rychlost komunikace mikroprocesoru s okolím – systémová sběrnice (front bus) a její takt. Dnešní sběrnice pracují na efektivních frekvencích 667/800/1066/1333/ 1600 a více MHz. Typ, rychlost a maximální velikost paměťových modulů, běţně se na deskách objevuje 4-16 patic pro paměťové moduly o kapacitě aţ 128GB. Počet a typ rozšiřujících slotů (AGP, PCI a její varianty, dnes na deskách bývá několik PCI expres slotů). Pouţitý BIOS. Integrované řadiče pevných disků (UATA, SATA, SCSI, SAS). Integrovaná vstupně výstupní rozhraní (pro připojení klávesnice, myši PS2, sériové rozhraní COM a USB kontrolery). Další integrované díly (síťová karta, grafická karta atd.).

2.4.1 Chipset Pro vlastnosti základní desky má velký význam chipset (čipová sada), který většinu uvedených vlastnosti realizuje a skládá se nejčastěji ze dvou částí. Northbridge (System Controller) je na „severní― straně základní desky a obklopuje patici procesoru. Jsou k němu zapojeny klíčové části základní desky – patice procesoru, paměťový řadič a AGP/PCI-E. Southbridge (Peripherial Bus Controller) slouţí k připojení rozšiřujících komponent serveru. K němu jsou například připojeny všechny IDE a SATA konektory, porty (USB, LPT, FW,...) a BIOS.

2.4.2 Bios BIOS tedy Basic Input Oput System, je program umístěný ve speciálním čipu paměti typu ROM. Program BIOS obsahuje sluţby ovládání hardwaru. Díky tomu lze spustit operační systém na kaţdém serveru. Hned po zapnutí serveru začne probíhat POST (Power On Self Test).

22

Zběţnou kontrolou projde procesor, grafickou kartu, paměti, disky a řadu částí základní desky. Pomocí různých tzv. beep kódů je POST schopen referovat o tom, ţe nepracuje správně některá z komponent a dokonce je moţné rámcově zjistit i konkrétní příčinu nefunkčnosti jednotlivých komponent. Je-li vše v pořádku, BIOS zaručí obsluhu klávesnice a zobrazování na obrazovce. V tomto momentu můţeme spustit konfigurační program BIOSu. Ten je obvykle přístupný po stisknutí patřičné klávesy popřípadě klávesové zkratky.

2.5 Grafická karta Grafická karta nebo také videoadaptér je součásti serveru a stará se zobrazení obrazu na monitoru, nejčastěji je integrována na základní desce, případně můţe být připojena do některého slotu na základní desce (AGP, PCI-e). Pro servery není zvlášť kladen důraz na kvalitní grafické karty, protoţe slouţí pouze pro konsolový přístup k serveru. Obvykle se k serveru přistupuje pomocí vzdáleného přístupu nebo pomocí aplikací, které grafickou kartu serveru nepotřebují.

2.6 Síťová karta Nedílnou součástí serveru je síťová karta (Network Interface Controller, zkratka NIC). Poţadujeme od ní vysokou datovou propustnost, a často se jich v serverech pouţívá i více (běţně dvě). Síťová karta má podobu karty, která se zasune do slotu (dříve EISA, ISA, PCI, dnes jiţ PCI-e a PCI-X) základní desky nebo je na ní integrovaná. Síťové rozhraní serveru je obvykle síťová karta, tedy aktivní zařízení, které přijímá a vysílá rámce (ethernetové rámce nebo jiné podle typu pouţité technologie). Kaţdá ethernetová síťová karta má od výrobce stanoven jedinečný 48-bitový identifikátor, který se nazývá MAC adresa, téţ známá jako fyzická nebo hardwarová adresa. Tato MAC adresa je v první polovině identifikací výrobce a v druhé části zajišťuje jedinečnost MAC adresy v síti, a proto nelze vyloučit, ač je to velice nepravděpodobné, ţe se vyskytnou dvě síťové karty se stejnou MAC adresou v jedné síti. V takovém případě je moţné MAC adresu nastavit jinak, buď pomocí speciálního programu přímo v EEPROM síťové karty, nebo jen dočasně za běhu pomocí nastavení jejího ovladače. V této paměti je uloţen také firmware, který provádí funkce řízení logického spoje a řízení přístupu na média ve spojové vrstvě OSI. Jiné technologie např ATM, ARCNET apod mají formáty adresy jiný.

23

Na síťové karty v serverech jsou kladeny daleko větší nároky neţ na karty určeny do běţných PC, jsou většinou víceportové a musí poskytovat více funkcí jako zvýšenou datovou propustnost dnes běţně s přenosovou rychlostí 1Gb/s, větší spolehlivost, rozšířené moţnosti komunikace a sníţení zatíţení procesoru.

2.7 Pevné disky Další z pamětí serveru jsou bezesporu pevné disky zkratka HDD, (Hard Disk Drive). Slouţí k trvalému uchování většího mnoţství dat pomocí principu magnetické indukce. Předchůdce pevných disků je magnetická páska a disketa. Jejich současným konkurentem je USB flash disk, který pouţívá nevolatilní stálé paměti. V současnosti je u pevných disků velmi výhodný poměr kapacity a ceny. Pořizovací cena konkurenčních SSD (Solid State Disk) je zatím mnohonásobně vyšší. Nevýhodou je jejich mechanické řešení, které má poměrně vysokou spotřebu elektrické energie, je náchylné na poškození při nešetrném zacházení (pád, náraz apod.) a relativně vysoká hmotnost. Technický popis Pevný disk se skládá z několika základních částí: médium (samotná plotna) na které jsou uloţena data magnetické hlavy pro čtení a zápis dat mechaniku pohybující hlavami (silný permanentní magnet a cívky) motor, který udrţuje disk v točivém stavu řídící elektroniku disku (řídí práci disku a předává data přes sběrnici procesoru) Data jsou na disku uloţena pomocí zmagnetování míst na magneticky měkkém materiálu (kovové nebo skleněné desky - tzv. plotny), které se provádí pomocí přivádění elektrického proudu do cívky (čtecí hlava), přičemţ se pouţívají různé technologie záznamu a kódování uloţených dat. Čtení je realizováno pomocí stejné cívky, jako zápis, ve které se při pohybu nad

různě

orientovanými

zmagnetizovanými

místy

indukuje

elektrický

proud.

Zaznamenaná data jsou v magnetické vrstvě uchována i při odpojení disku od zdroje elektrického proudu. Proto se na pevné disky pouţívají pro ukládání operačního systému, aplikačních software a v neposlední řadě pro data. Počet čtení i přepsání uloţené informace je při běţném pouţívání prakticky neomezený. Disk je otáčen pomocí elektromotoru konstantní rychlostí (běţně 7 200 ot/min, vyšší třída disků se točí rychlostí 10 000 ot/min a u některých serverových disků i 15 000 ot/min).

24

Standardní 3,5" palcové disky mají aţ 4 plotny a 8 hlav (po jedné hlavě z kaţdé strany plotny). HDD s nejmenší kapacitou mají obvykle pouze 1 plotnu, která je navíc pouţita jen z jedné strany. Opačnou stranou jsou takzvané "zelené disky" WD green power otáčející se niţší rychlostí. Jejich vyuţití se nalézá tam, kde je přednější niţší spotřeba, niţší teplota a niţší hluk na úkor niţšího výkonu. Podle rychlosti otáčení plotny se určuje i maximální hustota plotny, aby nedocházelo k přepisování vedlejších bitů. Čím rychleji se plotny otáčí tím víc na ně působí odstředivá síla a proto se někteří výrobci u disků 10-15000 ot./min. uchylují k 2,5" verzím, kde je odstředivá síla menší a tak jsou materiály méně namáhány. Neméně významným přínosem této miniaturizace je významné zkrácení přístupové doby.

2.7.1 Rozhraní pevných disků V dnešní době se pro připojení a přenos dat do pevných disků v serverech pouţívají různá rozhraní: SATA – Serial ATA (Advanced Technology Attachment) přenos dat probíhá sériově na vysokých frekvencích (aţ 6000MHz). Postupně nahradilo zastaralé rozhraní PATA (Parallel ATA). Tato technologie navíc podporuje odpojování a připojování zařízení za chodu. Délka propojovacího kabelu je limitovaná1m. Pouţívá se u levnějších serverů. Generace SATA: SATA 1.0 - datová propustnost 1,5 Gbit/s SATA 2.0 - datová propustnost 3 Gbit /s SATA 3.0 - datová propustnost 6 Gbit /s SCSI – Small Computer System Interface. Je velmi rozšířený, je zapotřebí pouţít speciální řadič disků. Na jedno rozhraní (resp. kabel) je moţné připojit více periférií. SCSI navíc podporuje periférie různých typů. SCSI rozhraní bylo původně paralelní (68, nebo 80 ţilový kabel), je omezeno přenosovou rychlostí a menším počtem připojitelných zařízení. Sběrnici je nutno zakončit terminátorem (ukončovací odpory na sběrnici). Z tohoto SCSI postupem vývoje vnikly tři větve sériového rozhraní. Komunikace a přenos dat probíhá sériovým protokolem. Hlavní výhodou jsou vyšší přenosové rychlosti, hot swapping (nahrazení disku bez významného přerušení chodu systému), ačkoliv některé implementace paralelního SCSI je také podporují a vylepšenou odolnost proti selhání.

25

Typy rozhraní SCSI: SCSI—SSA.-. Serial Storage Architecture, bylo vynalezeno v IBM v roce 1990, poskytuje ochranu dat kritických aplikací tím, ţe pomáhá zajistit, aby porucha jednoho kabelu nezabránila přístupu k datům. Všechny součásti subsystému SSA jsou zapojeny do kruhové topologie (smyčky) a data poslaná adaptérem můţou cestovat oběma směry kolem smyčky aţ na místo určení. Dnes jiţ překonáno široce přijatým Fibre Channel protokolem. FC – Fibre Channel. Jedná se aţ o čtyř gigabitové komunikační rozhraní, primárně pouţívané pro vysokorychlostní přenos dat v síti. Jedná se o náhradu za SCSI rozhraní, které přináší daleko lepší výkon a dostupnost dat na větší vzdálenost. Stává se standardním typem připojení na sítích SAN (storage area network - datová úloţiště). FC připojení můţe být realizováno pouţitím ethernetového nebo optického kabelu. SAS – Serial Attached SCSI, do jisté míry nahrazuje paralelní SCSI sběrnici pro komunikaci pouţívá standardní SCSI příkazy. Je zpětně kompatibilní se SATA 2.0, takţe disky SATA lze připojit na SAS rozhraní, avšak opačně zapojit disky nelze. V současné době rychlost zdvojnásobena aţ na 6 Gbit/s. Tabulka č.1: srovnání sériových SCSI rozhraní Maximální Rozhraní

Frekvence

Propustnost

Délka

Počet zařízení

SSA

200 MHz

40 MB/s

25 m

96

SSA 40

400 MHz

80 MB/s

25 m

96

FC-AL1Gb

1 GHz

1 Gbit/s

500m/3km

127

FC-AL 2Gb

2 GHz

2 Gbit/s

500m/3km

127

FC-AL 4Gb

4 GHz

4 Gbit/s

500m/3km

127

SAS 1

3 GHz

3 Gbit/s

10m

až 65.535

SAS 2

6 GHz

6 Gbit/s

10m

až 65.535

Zdroj: vlastní tvorba

Maximální délka vedení pro FC je v tabulce uvedena metalické vedení/optické vedení. Počet připojitelných zařízení pro FC je moţný za pouţití 255 expandérů „Hlavní důvod pro posun k sériovému rozhraní byly problémy se synchronizovaným časováním u vyšších rychlostí paralelního SCSI a s tím spojená náchylnost na kvalitu kabeláţe a terminátorů.― [6]

26

2.7.2 SSD Nový typ pevného disku, který ukládá data na Flash paměť typu SRAM nebo DRAM, někdy také nazýván RAM-drive. SSD je tedy Solid-state drive. Na rozdíl od klasických pevných disků neobsahuje pohyblivé mechanické části a má mnohem niţší spotřebu elektrické energie (příkon). SSD disk emuluje rozhraní pouţívané pro pevné disky (typicky SATA), aby je mohl snadno nahradit. Mezi výhody patří malá spotřeba, vysoká rychlost čtení a zápisu, bezhlučný chod a tudíţ i velká odolnost proti nárazům. Mezi hlavní nevýhody těchto disků je omezená ţivotnost maximálním počtem zápisů do stejného místa, který je výrazně niţší neţ u klasických pevných disků (udáváno kolem 100 000 zápisů). Vyrábějí se ve stejných velikostech kapacity jako hard disky a ve dvou provedeních podle typu pouţitých pamětí:  SLC - 1. paměťová buňka je dvoustavová - dokáţe uchovat 1 bit (0, 1)  MLC - 1. paměťová buňka je čtyřstavová - dokáţe uchovat 2 bity (00, 01, 10, 11) Výhody SLC: vydrţí mnohem více přepisů neţ MLC. SLC paměti zaručují 100k přepisů, zatímco MLC paměti zaručují jen 1k aţ 10k přepisů. Nevýhody SLC: vyšší cena, protoţe na stejně velkou kapacitu disku je potřeba dvojnásobek paměťových buněk.

2.7.3 Srovnání HDD a SSD disků Jak jiţ bylo zmíněno, přináší SSD disky řadu výhod. Podíváme se nyní na jeho největší slabinu. - jeho vyuţití kapacity, potřebuje totiţ ke své správné činnosti nějakou volnou kapacitu, v praxi se doporučuje ponechat asi 20% volného prostoru, kde si kontrolér odkládá data pro svou potřebu a pro potřeby optimalizačních technologií. Při jeho úplném zaplnění dochází k rapidnímu sníţení výkonu. Na Internetu jsem našel velmi zajímavý srovnávací test několika těchto disků a je podloţený řadou praktických měření při provádění různých operací. Disky byly připojeny v testech ke stejné základní desce přes SATA rozhraní a na discích je vytvořen stejný počáteční stav pomocí software pro obraz disku. Test měří čas spuštěných procesů a ve všech testech méně znamená lepší výsledek.

27

Obrázek č.5: HDD versus SSD disk

Zdroj: vlastní tvorba

Seznam použitých disků pro test: Seagate Barracuda - 500GB; 7200ot/min; 16MB vyrovnávací paměť; cena 1200Kč 2x Western Digital VelociRaptor - 150GB; 10.000ot/min; 16MB vyrovnávací paměť; spojeny do RAID pole 0; cena 7030Kč SSD INTEL X25- E 64GB; cena 15600 Kč SSD INTEL X25-M 80GB; cena 5600 Kč SSD Kingston V+ NowSSD series 64GB; cena 3980Kč SSD disk Kingston a INTEL zapojené do RAID 0 Strip Pro názornost uvádím příklad výsledku jednoho testu. Jde o kopírování jednoho 8GB souboru. Tento test považuji za jeden z nejdůležitějších. Jde o reálný zápis video souboru v HD kvalitě.

28

Obrázek č.6: Výsledek testu HDD versus SSD při kopírování

Zdroj: http://pctuning.tyden.cz/ilustrace3/obermaier/ssd_hdd/or.jpg

Hodně limitující je zde propustnost pouţitého řadiče SATA. Ţádný z porovnávaných disků nedokázalo soubor rychleji neţ za více jak minutu a dvacet vteřin. Rozdíl v rychlosti zápisu mezi disky je minimální aţ na HDD Seagate 500GB Výsledky všech časů v sekundách zařadím do porovnávací tabulky. V této tabulce zároveň provedu porovnání disků a pokusím se závěrečné hodnocení.

29

Intel + Kingston SSD RAID 0

Kingston SSD Now V+ 64GB

Intel SSD X25-M 80GB

Intel SSD X25-E 64GB

WD VelociRaptor 150GB Raid 0

Seagate Barracuda 500GB

Tabulka č.2: výsledky testu HDD & SSD

Start Windows 7 64bit /min Vypnutí Windows 7 64bit /sec Defragmentace Windows 7 /min Hledání souboru /sec Search & Destroy /min Kopírování 8GB souboru videa /min Kopírování 6GB souboru fotek /min Instalace Windows 7 64bit /min Instalece AutoCAD 2010 /min Instalace SQL 2005 /min Excel 2007 načtení 70MB /min Spuštění AutoCAD 2010 /sec Spuštění Photoshop CS3 + foto /sec Spuštění Call Of Duty MW2 /sec

0,29 8,89 0,32 0,15 3,51 1,25 4,54 9,27 0,58 1,26 0,15 4,12 3,22 31,5

0,26 9,01 0,59 0,32 4,19 1,37 9,08 8,05 1,05 1,25 0,32 4,53 3,08 32,1

0,29 6,67 1,04 0,29 3,49 1,38 8,03 9,12 0,55 1,24 0,29 3,28 2,26 29,3

0,24 6,13 0,54 0,25 3,36 1,32 7,56 7,54 0,51 1,21 0,25 3,11 2,01 24,3

0,52 8,84 1,47 0,36 4,22 1,25 8,25 10,1 1,09 1,36 0,36 25,1 4,29 44,6

1,12 17,2 2,45 1,21 4,29 2,07 13,2 12,2 1,17 1,45 1,21 36,1 5,29 42,9

Celkem /min

21,97 26,98 26,13 23,13 30,01 40,87 Zdroj: vlastní tvorba

Závěr: Předpoklady tohoto testu se potvrdily. Časový propad pevného disku je opravdu velký. Velmi dobře si stály i dva pevné disky zapojené do RAID 0 a naopak za velkou zvláštnost povaţuji skutečnost SSD disků v RAID 0. V některých testech se totiţ výhody tohoto zapojení neprojevily, ba naopak jsou výsledky o malinko horší neţ zapojení bez RAID. Tato anomálie byla zřejmě způsobena nedostatečnou optimalizací ovladače řadiče disků, případně firmwaru řadiče. Jako nejrychlejší disk se ukázal SSD INTEL X25-E 64GB. Za vítěze testu, ale povaţuji druhý nejrychlejší disk SSD INTEL X25-M 80GB, protoţe jeho cena je o 10.000 Kč niţší.

30

2.7.4 RAID Pojem RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) vznikl v roce 1988. Písmenko I bývá vysvětlováno jednak jako Inexpensive = levný (například Adaptec), jednak jako Independent = nezávislý (například Microsoft). Vtip je v tom, ţe obojí je pravda, protoţe RAID pole je sloţeno z obyčejných sériových pevných disků, které nejsou nijak upravovány. První podmínkou pro vytvoření pole RAID je pouţití minimálně dvou, nejlépe stejných harddisků (u vyšších verzí Raid je potřeby minimálně tří a více disků). Dva identické harddisky pak mají tu výhodu, ţe jedou jako dvojčata - stejné sektory jsou pak ve stejných místech disku a disky tak pracují prakticky souběţně. Zde musím podotknout, ţe výhodu mají disky s vyššími otáčkami a s niţším seek time 1(v ms). Disková pole lze dělit na dva typy podle místa vzniku RAID funkce na hardwarové a softwarové. První typ obsahuje vedle pevných disků i speciální elektroniku, která zabezpečuje vznik vlastních RAID vlastností. Softwarové RAID pole je sestaveno z pevných disků a speciálního programu, který z nich RAID pole teprve vytváří. [7] 2.7.4.1 RAID 0 Pole typu RAID 0 je určeno pro zvýšení výkonu systému pevných disků. Označuje se jako ―Stripping― (strip je prouţek), pouţívá dva (nebo více) pevných disků pro znásobení rychlosti čtení a zápisu dat. Data (soubory) jsou RAID řadičem rozdělena a ukládána současně na oba disky tak, ţe polovina souboru na jeden disk, druhá polovina na druhý disk. Uloţení 100 MB souboru na RAID O pole se dvěma disky zabere přibliţně stejnou dobu jako uloţení 50 MB souboru na jeden disk. Obdobné je to samozřejmě se čtením dat. RAID O nezvyšuje spolehlivost uloţených dat, odejde-li vám jeden disk, pak s největší pravděpodobností přijdete také o všechna data. Pro RAID O je vhodné pouţívat stejné disky, co do kapacity i výkonu, nejlépe tedy dva identické disky. Kapacita RAID O pole je dána kapacitou nejmenšího disku násobenou jejich počtem. Víc disků tedy znamená větší kapacitu (aţ na extrémní případy, kdy pouţijete třeba dva 10 GB disky a jeden 1 GB. Výsledná kapacita takového pole pak je 3 GB). RAID O ukládá data po blocích na různé disky, čímţ dosahuje urychlení výkonu, ale nezabezpečuje data vůči poruše disku. [7]

1

přístupová doba - jeden z nejdůleţitějších údajů vypovídající o rychlosti pevného disku.

31

Obrázek č.7: RAID 0

Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9b/RAID_0.svg/90px-RAID_0.svg.png

2.7.4.2 RAID 1 Pole je naopak určeno pro zvýšení spolehlivosti uloţených dat, označuje se jako ―Mirroring― (zrcadlení). Uţ z názvu je zřejmý princip. Jde o ukládání dat současně na dva (nebo více) pevné disky, přičemţ na všechny disky jsou ukládána stejná data. To znamená, ţe všechny disky pouţité v RAID 1 obsahují identická data a pokud jeden z nich odejde, nahradí ho jiný disk. U RAID 1 pole je celková kapacita dána velikostí nejmenšího disku (ničím nenásobená). Druhý (třetí, čtvrtý...) disk v poli nezvyšuje kapacitu, ale spolehlivost tím, ţe vytváří kompletní a rychle přístupnou zálohu dat. I pro RAID 1 pole je vhodné pouţít disky o stejné kapacitě a výkonu. [7] Obrázek č.8: RAID 1

Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b7/RAID_1.svg/90px-RAID_1.svg.png

32

2.7.4.3 RAID 2 RAID 2 pouze přidává do základního RAID O pole dodatečnou ochranu dat pomocí ECC korekce. Vyţaduje však podporu ze strany pevných disků, proto se tato metoda komerčně nijak výrazněji nerozšířila. [7] 2.7.4.4 RAID 3 Opět vychází ze ―stripped― pole, pouţívá však praktičtější metodu ochrany dat a ukládá paritní informace na vyhrazený disk. Na ostatní disky jsou data ukládána v malých ―prouţcích― (na úrovni bajtů). Z kaţdého disku v poli je vţdy pro kaţdý bit na stejné pozici (v bajtu) vypočítána parita (funkcí XOR — exclusive OR) a uloţena na ―paritní disk―. Při výpadku jednoho disku je pak moţné z dat uloţených na zbývajících discích a paritních informací dopočítat ztracená data (po výměně vadného disku za nový). Jak funguje výpočet parity je vidět na následujícím obrázku. Řádky odpovídají bajtům uloţeným na jednotlivých discích, parita je počítána ve sloupcích pro kaţdý jednotlivý bit.[7] Obrázek č.9: RAID 3

Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f9/RAID_3.svg/180px-RAID_3.svg.png

2.7.4.5 RAID 4 Velmi se podobá předchozímu RAID 3. Také pouţívá dva nebo více disků pro uloţení informací a jeden vyhrazený disk pro uloţení paritních informací. Pouţívá však dostatečnou velikost prouţku pro uloţení celého záznamu (pracuje na úrovni bloků).

33

To umoţňuje přistupovat k uloţeným informacím nezávisle, coţ je výhodné pro čtení velkého mnoţství malých bloků dat (např. pro databázové systémy). Stále ale trpí stejným problémem při zápisu jako RAID 3. [4] Obrázek č.10: RAID 4

Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/RAID_4.svg/180px-RAID_4.svg.png

2.7.4.6 RAID 5 Je oblíbeným typem diskového pole, protoţe překonává některé nedostatky RAID 3 a 4. Stejně jako ony, je i u RAID 5 ukládána paritní informace, nikoli však na jeden vyhrazený disk, ale je rozloţena na všech discích v poli. Zápis je proto rychlejší neţ na RAID 3 nebo 4, nicméně stále je při zápisu třeba přečíst paritní informace, přepočítat je a znovu uloţit. Chyba disku a jeho výměna za nový opět způsobí zpomalení systému v důsledku dopočítávání ztracených dat. Cena RAID 3, 4 a 5 polí je prakticky stejná, vţdy potřebujete jeden disk navíc pro uloţení paritních informací. RAID 5 ukládá data po blocích na různé disky a zároveň k nim dopočítává paritu, která je střídavě ukládána na různé disky. Tak je dosaţeno jak bezpečnosti dat vůči poruše disku‚ (chybějící data se dají z parity vypočítat) tak i urychlení práce s daty (paralelizací operací čtení/zápisu). RAID 5 se pouţívá všude tam, kde je potřeba docílit ochrany dat a vysokého výkonu. Výhodou je, ţe čím je v poli větší počet disků, tím roste efektivita ukládání dat. [7]

34

Obrázek č.11: RAID 5

Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/64/RAID_5.svg/180px-RAID_5.svg.png

2.7.4.7 RAID 6 Je posledním typem nehybridního diskového pole. Podobně jako RAID 5 vyuţívá rozprostření paritních informací na všech discích v poli, vytváří však dvě nezávisle vypočtené paritní informace. RAID 6 je díky tomu nejspolehlivější a i při výpadku dvou disků lze data znovu zrekonstruovat. Rychlost čtení je srovnatelná s RAID 5, avšak zápis je o něco pomalejší, protoţe je nutné vypočítat a uloţit dvě sady paritních informací. Také cena RAID pole je o něco vyšší, pouţívá se proto jen tam, kde je kladen opravdu maximální důraz na spolehlivost a přístupnost dat. RAID 6 ukládá na disky tzv. dvourozměrnou paritu, která umoţňuje obnovit data i v případě výpadku libovolných dvou disků, coţ doposud ţádné jiné řešení nepodporovalo. Nevýhodou tohoto řešení je velká náročnost na výpočetní výkon procesoru v případě výpadku disku. RAID 6 se pouţívá v prostředích kladoucích extrémní důraz bezpečnost a dostupnost dat (banky, výrobní závody apod.). [7]

35

Obrázek č.12: RAID 6

: RAID 6

Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/70/RAID_6.svg/180px-RAID_6.svg.png

2.7.4.8 RAID 0/1 Pole je kombinací obou RAID 0 a RAID 1. Jedná se vlastně o to, ţe vytvoříte pole RAID O, a to pak zrcadlíte polem RAID 1. Výsledkem jsou vlastně dvě pole RAID O obsahující identická data. RAID 0/1 zvyšuje jak výkon, tak i spolehlivost, musíte ovšem pouţít nejméně čtyři disky, nejlépe opět se stejnými parametry. Některé RAID řadiče nabízejí další moţnost, jak vyuţít více disků. Jedná se o spojení několika fyzických disků do jednoho (velkého) logického celku. Pouţít lze libovolné disky, kapacita je dána prostým součtem kapacit jednotlivých disků. Tuto funkci však nabízejí i některé operační systémy (např. Windows NT, Windows 2000, Windows XP), podmínkou je pouţití systému souborů NTFS2. [7]

2.7.5 Srovnání polí RAID Při pouţití pole RAID z více fyzických disků lze dosáhnout jednoho ze tří cílů: zlepšení výkonu (rychlosti), lepší redundanci (spolehlivost a bezpečnost dat), nebo obojího. Více fyzických disků můţe přinést lepší výkon, protoţe data mohou být čtena současně z více neţ jednoho disku. Dosáhnout redundantního prostoru pole disků lze pomocí některých skladovacích kapacit, které poskytnou pomocné disky pro zrcadlení nebo pro paritní údaje a mohou být pouţity na obnovu pole RAID v případě selhání disku.

2

souborový systém na disku vyvinutý společnostmi IBM a Microsoft

36

I zde platí, ţe za nějakou výhodu pole zaplatíme nějakou daň. Pokusme se tedy shrnout tyto informace do závěrečného zhodnocení. RAID 0 nabízí nejvyšší moţný výkon a nejúčinnější vyuţití dostupné skladovací kapacity, ale činí tak na úkor spolehlivosti, která je mnohem horší neţ při pouţití jednodiskové konfigurace a závislosti na tom, kolik disků tvoří pole RAID 0. Proto najde vyuţití pouze v případech, kdy je třeba rychlého zápisu a čtení velkých bloků dat - například při editaci filmů, fotografií, audio nahrávek a v serverech, kde je zabezpečena bezpečnost dat jinými prostředky (zálohování na pásku apod.) RAID 1 poskytuje redundanci prostřednictvím zrcadlení, ale nenabízí ţádné výkonnostní výhody a ukradne nám polovinu své celkové skladovací kapacity. Hodí se pro všechny případy, kdy máme na disku cenná data. S dvěma disky lze toto pole vyuţít právě u aplikačních serverů. RAID 10 a 0 +1 spojují obě tyto výhody plynoucí ze zrcadlení a pruhů. Vzhledem k této kombinaci mají obě pole stejnou skladovací kapacitu. Pole RAID 10 má nejlepší spolehlivost. RAID 10 a 0 +1 nám také vezme polovinu své skladovací kapacity. Pokud poţadujeme maximální skladování potenciál, bude lepší volbou pole RAID 5. Poskytne nám co nejefektivnější vyuţití dostupného prostoru, a jeho účinnost při ukládání dat je zvýšena pouze s kaţdým přidaným pevným diskem do pole. Samozřejmě, problém s distribuováním parity je trochu sloţitější, neţ pruhy, zrcadlení, nebo kombinace obou, takţe neočekávejte od pole RAID 5, ţe bude tou nejrychlejší volbou. Je to velmi rozšířené pouţití u firemních serverů jako kompromis mezi cenou, bezpečností a zvýšením výkony ve srovnání s jednotlivými disky. Doporučení pro datové sklady.

2.8 Napájení 2.8.1 Napájecí zdroje Napájecí zdroj jinak označovaný PSU (Power Supply Unit), je zařízení slouţící ke zpracování střídavého napětí dodávaného z rozvodné sítě na nízké, stejnosměrné napětí potřebné napájení komponent serveru. Udávené parametry zdrojů jsou na základě maximálního výkonu a pro servery jsou v rozmezí 400W – 1400W. Některé servery pouţívají jedno napájení 12V a všechna ostatní napájení jdou generována pomocí modulu regulace napětí na základní desce. Většina serveru vyuţívá, z důvodu větší spolehlivosti, dvou, popřípadě i více napájecích jednotek. Jejich účinnost se dnes pohybuje mezi 8090%.

37

2.8.2 UPS UPS (Uninterruptable Power Supply) jsou nedílnou součástí napájení serverů je to záloţní zdroj střídavého napětí rozvodné sítě. Tento zdroj je zařízení nebo systém, který zajišťuje souvislou a nepřerušitelnou dodávku elektrické energie pro zařízení, která nesmějí být neočekávaně vypnuta, tedy především servery. UPS se zapojuje mezi server a rozvodnou síť elektřiny. UPS obsahuje záloţní akumulátory, a pokud není dodávka elektřiny z rozvodné sítě přerušena, jsou udrţovány v nabitém stavu. Zároveň slouţí jako ochrana proti problémům, které vznikají na přenosové soustavě elektrické energie (viz níţe). V okamţiku přerušení dodávky elektřiny zajišťuje napájení serveru aţ do vybití akumulátorů anebo do obnovení dodávky energie. Doba, po kterou UPS udrţí server v chodu, je dána kapacitou akumulátorů a velikostí odebíraného výkonu, pohybuje se od několika minut aţ po několik hodin. typy UPS: 2.8.2.1 Off-line UPS Jde o nejjednodušší typ UPS. Proud prochází ze vstupu přímo na výstup a při výpadku napájení (či při nějakém problému na straně sítě) se pomocí relé přepne na výstup z měniče napětí, který je napájen akumulátory. 2.8.2.2 Line-interactive Je to nejpouţívanější typ UPS. Umí provádět úpravu výstupního napětí bez pouţití akumulátorů. Např. pomocí funkce boost (posílení) či buck (potlačení) dokáţe zvyšovat resp. sniţovat výstupní napětí, aby bylo docíleno poţadovaného napájení. Ve většině případů tento typ UPS plně postačuje. 2.8.2.3 On-line UPS Nejpokročilejší a zároveň nejdraţší typ UPS. Vstupní napětí nejprve prochází filtry, pak se sníţí a usměrní. Toto napětí napájí paralelně připojené akumulátory a střídač, který napětí opět zvýší na poţadované 230V. Jelikoţ je potřeba sníţit a usměrnit obrovské proudy na akumulátorové napětí, mají tyto UPS větší „výhřevnost― a hodí se jen na velmi specifické pouţití. Na rozdíl od předešlých typů UPS, kdy při přepínání vzniká krátký přechodový jev, jedou tyto UPS pořád z baterií a tak je na výstupu vţdy konstantní napětí. Existuje devět obecných typů problémů s napájením z veřejné elektrovodné sítě, které UPS mohou eliminovat. 38



Ztráta napájení – Úplná ztráta napájecího napětí po dobu delší neţ 2 sinusové cykly. Způsobí, ţe připojená zátěţ přestane fungovat.



Krátkodobý pokles – Velmi krátkodobý pokles napětí o 15-20% („bliknutí světel―) Většinou neškodné.



Napěťová špička – Krátkodobé přepětí o více neţ 10% – můţe způsobit poškození zařízení.



Dlouhodobé podpětí – Dlouhá linie nízkého napětí můţe způsobit nadměrné opotřebování spotřebičů, popřípadě i nefunkčnost citlivých zařízení



Dlouhodobé přepětí - Dlouhá linie vysokého napětí – způsobuje poškození/rychlé opotřebování spotřebičů.



Rušení v síti – elektromagnetické rušení



Změna frekvence - Odchylka od standardní frekvence (50Hz, způsobuje např. změnu rychlosti motorů, „spadnutí― počítače.



Napěťové rázy - špičky aţ 20 000V, způsobovány přeskokem jisker při spínání a elektrostatickými výboji. Mohou mít za následek chyby dat nebo i poškození serveru.



Harmonické zkreslení - Harmonické zkreslení sinusového průběhu. Obvykle způsobeno nelineární zátěţí (motor, pulsní zdroje…) Způsobuje chyby v komunikaci nebo i poškození hardware.

2.9 Skříně Skříně serverů se prakticky dělí na tři kategorie na rackové skříně a tower skříně a blady. Servery můţeme mít volně nebo ve speciální místnosti, serverovně. Tam jsou pak servery umístěny v racku. Rack je standardizovaná plechová, nebo hliníková skříň, která umoţňuje přehlednou montáţ jednotlivých dílčích serverů a ostatních elektronických zařízení (disková pole, síťové přepínače, jednotky UPS…), jejich vzájemné propojení a připojení k elektrické rozvodné síti. Kabeláţ lze pak umístnit v ocelovém rámu do různých kabelových příchytek. Tato skříň je ve svislém směru rozdělena předvrtanými otvory podle velikosti montovaných zařízení. Základem těchto zařízení je jednotka U (Unit) o velikosti 1,75 palce (44,45 mm). Jedna jednotka U má v rámu předvrtány tři otvory. Do těchto otvorů jsou pak montovány ploché kolejnice na kaţdé straně rámu, které jsou od sebe vzdáleny 18 palců (457 mm). Otvory v kolejnicích pro uchycení serveru, nebo jiného zařízení jsou od sebe vzdáleny 19 palců (483 mm).

39

Rackové servery zpravidla dosahují výšky 1U-4U, Tower skříně se nemontují do racku, ale velikostně se udávají 5U -6U. Vzhledově je stejná jako skříň běţného PC.

2.9.1 Blade servery Poměrně jiţ rozsáhlou novinkou jsou tzv. servery Blade, jednoduše se dá popsat jako celý počítač na jediné desce. Proto doslova revoluční událostí se před několika lety stal příchod zcela nového typu výkonných serverů, které se vešly na jednu jedinou desku. Začalo se jim příznačně říkat „blady (čte se blejdy) – od slova „blade― (blejd), coţ bychom mohli přeloţit jako „ostří―, „čepel―, „ţiletka―. Jejich zrod byl logickým pokračováním rychlého rozvoje mikroelektroniky a souvisejících technologií počítačů v poslední době. Ţiletka má skutečně vzhled malé tenké desky, která se snadno zasouvá do slotů speciálně navrţené počítačové skříně. Jedná se tedy o tenký počítačový systém na jediné základní nebo hostitelské desce, která můţe být propojena v jednom kompaktním šasi s ostatními ţiletkami, s nimiţ posléze sdílí chlazení a většinou i napájecí zdroj. (Třeba do jediného šasi IBM, které se nazývá BladeCenter, se vejde 14 plně funkčních ţiletek). I kdyţ v této stavebnici 14 ţiletek bývá zpravidla jedna volná pozice, vzniká i tak v souhrnu na poměrně malém prostoru šasi mimořádně velká hustota výkonu. Přímo do ţiletek lze buď umístit větší diskovou kapacitu, nebo je naopak moţné místní úloţiště ze ţiletek zcela odebrat a zkonsolidovat ukládání dat v externím systému. Bez diskové pojetí tak zvyšuje spolehlivost, neboť odstraňuje jedinou pohyblivou součást v systému. Ţiletky zabírají méně prostoru, jsou méně náročná na síťovou kabeláţ, ale mají i svá úskalí. V datových centrech dochází vzhledem k jejich masivnímu nasazení a koncentraci k vyššímu nárůstu teplot. Tento nepříjemný efekt souvisí především s vyzařováním příliš velkého mnoţství tepla procesory. Proto je třeba věnovat zvýšenou pozornost chlazení v šasi, v nichţ jsou umístěny. Tyto výkonné servery jsou vzhledem ke svým malým rozměrům a snadné správě označovány za servery budoucnosti. Není divu, ţe zájem o ně po celém světě i u nás rychle vzrůstá. Datová centra postupně přecházejí na jejich architekturu, takţe čím dál tím víc se budou objevovat i v našem slovníku.

40

3 Hardwarové nároky aplikací na server 3.1 Aplikační servery Aplikační servery nehrály v architektuře serverů vţdycky tak důleţitou roli. Nejstarší webové servery poskytovaly svým uţivatelům obsah téměř výhradně ve formě statických stránek. Obsah webu byl strukturován jako série předem definovaných stránek uloţených do souborů. Server přijal poţadavek z prohlíţeče uţivatele (ve formě zprávy HTTP (HyperText Transfer Protocol - přenosový protokol hypertextu), nalezl odpovídající stránku a odeslal ji zpět k zobrazení, opět pomocí protokolu HTTP. Obsah webových stránek byl vyjádřen v jazyce HTML - hypertextovém značkovacím jazyce. Jazyk HTML se pouţíval k označení textu a grafiky zobrazené na stránce a k definování odkazů pro navigaci na další webové stránky. Netrvalo však dlouho a potřeba doručovat informace přes WWW3 dynamicky překonala statické moţnosti předdefinovaných webových stránek. Společnosti začaly webové servery pouţívat ke komunikaci se svými zákazníky a potřebovaly takové základní schopnosti jako vyhledávání určitých poloţek výrobků, nebo provádění skriptu. Skript představuje posloupnost instrukcí, které určují, jaká informace se bude zobrazovat. Ve své nejjednodušší podobě mohl skript provádět velmi jednoduché výpočty (získání aktuálního data a času z operačního systému) a výsledek zobrazit jako součást webové stránky. O něco sloţitější skripty přijímaly vstup od uţivatele psaný do webových formulářů, provedly dotaz do databáze na základě zadaných údajů a zobrazily výsledky. Protoţe se výsledek jednotlivých volání mohl navzájem lišit, výsledné webové stránky začaly být dynamické. Jejich obsah se mohl zobrazení od zobrazení lišit v závislosti na výsledcích spouštěného skriptu.

3.1.1 Třívrstvá architektura Logickým pokračováním vývoje bylo definování samostatné úlohy aplikačních serverů a vznik třívrstvé architektury. Zde dochází k jasnému dělení aplikační a presentační logiky. Třetí vrstvou v této architektuře je vrstva datová. Webové servery si ponechaly hlavní odpovědnost za vyhledávání a dodávání statických webových stránek nebo jejich statických částí ze souborů. Je-li pro určení zobrazované informace nebo zpracování

3

World Wide Web - svět opředen pavučinou

41

uţivatelského vstupu potřeba aplikační zpracování, webový server vyvolá samostatný aplikační server, který potřebnou operaci provede. V malých, nebo méně navštěvovaných webových serverech můţe aplikační server běţet jako samostatný proces na stejném fyzickém počítačovém systému jako webový server. V obecnějším případě, pouţívaném velkými webovými aplikacemi, běţí webový a aplikační server na dvou různých serverových počítačích, které jsou propojeny vysokorychlostní lokální sítí. V obou konfiguracích však webový server předává poţadavek aplikačnímu serveru ve formě zprávy a výsledek, který má být zobrazen ve stránce, přijímá ve tvaru HTML. Obrázek č.13: Třívrstvá architektura pouţívající aplikační server

Zdroj: http://www.dagblog.cz/2004_11_07_archive.html

Zpočátku existovalo velké mnoţství produktů, které nabízely funkčnost aplikačního serveru. Některé servery vyţadovaly, aby aplikace byly psány v jazycích C nebo C++, jiné upřednostňova1y pouţití jazyka Java. Rozhraní mezi aplikačním a webovým serverem je

42

poměrně přesně definováno rozhraním API dvou vedoucích prodejců webových Serverů, firmami Netscape a Microsoft. Všechny ostatní aspekty, od programovacího jazyka přes sluţby podporované aplikačním serverem, aţ po databázový přístup, však zůstaly nestandardizovány.

3.1.2 Standardizace aplikačních serverů Standardizace začala aţ teprve uvedením komponentního modelu Enterprise Java Beans (EJB) a specifikací java2 Enterprise Edition (J2EE) firmy Sun Microsystems. Model EJB těţí z prudkého růstu Javy jakoţto programovacího jazyka. Specifikaci zajistila firma Sun, jeden z předních prodejců serverů, který je také povaţován za světovou jedničku v oblasti internetových technologií. Specifikace obsahuje i standardizované rozhraní API pro databázový přístup, který představuje jednu z nejdůleţitějších funkcí poskytovaných aplikačním serverem. Standardizované rozhraní se nazývá javová databázová konektivita (JDBC, Java Database Connectivity). Během krátké doby získaly aplikační servery zaloţené na specifikaci J2EE většinu trhu. Společnosti Sun se spojila s dalšími firmami a své produkty dostaly pod společnou správu a nakonec byly spojeny do aplikačního serveru „Planet― firmy Sun (později přejmenovaného na aplikační server SunONE). Společnost IBM se odchýlila od trendu skupování a vyvinula svůj vlastní aplikační server prodávaný pod obchodním označením WebSphere. Firma Oracle také představila vlastními silami vytvořený produkt nazvaný Oracle Application Server. I v průběhu několikaletého ostrého konkurenčního boje se specifikace J2EE dále vyvíjela, včetně rozšíření pro přístup aplikačního serveru k databázím. Servery WebLogic firmy BEA a WebSphere společnosti IBM se staly dominantními hráči se zhruba stejným podílem na trhu. Produkty firem Sun, Oracle a asi desítky dalších menších prodejců se podělily o zbytek trhu. Kaţdý důleţitější aplikační server vyhovuje specifikaci J2EE a poskytuje schopnosti pro přístup k databázím přes rozhraní JDBC. [2]

3.2 Analýza poţadavků aplikačního serveru pro bankovní systém Máme-li srovnávat aplikační servery pro systémy elektronického zpracování transakcí v bankovnictví je zapotřebí vycházet z určitých požadavků banky. Pro tyto potřeby jsem pouţil z obtíţně dostupných materiálů modelu bankovního systému FLEXCUBE provozovaného v datovém centru společnosti LBBW Bank CZ a.s., jehoţ součástí je aplikační server. Model tohoto centra je rozdělen na datacentrum1 a datacentrum2 43

z důvodu moţnosti odstavení jedné větve a to při zachování 100% funkčnosti celého systému. Na následujícím obrázku je znázorněné propojení těchto serverů. Obrázek č.14: Datacenter FLEXCUBE LBBW Bank

Zdroj: LBBW Bank, Fišer M.

Neţ začneme vybírat konkrétní servery je zapotřebí provést analýzu požadavků na tento server. Aplikační server bankovního systému LBBW Bank CZ a.s, pro který budeme server vybírat je součástí infrastruktury datového centra, a zajišťuje provoz aplikačních sluţeb. Tyto sluţby jsou vyvinuty externí firmou OFS (Oracle Financial Services) přímo pro banku a v tomto případě jsou napsány pro Oracle 10g Application Server Forms & Reports Standalone.

44

Hlavními klíčovými faktory ovlivňující výběr hardwaru aplikačního serveru jsou: Typ provozované aplikace Předpokládaný maximální počet transakcí za sekundu Počet uţivatelů K zjištění přesných hodnot této analýzy by bylo zapotřebí nasadit na server speciální monitorovací software, který by sledoval a zaznamenával toky dat a počty transakcí po delší časové období. Čím by byla tato doba delší, tím budou výsledky přesnější. V praxi se pro přesné zjištění tato doba pohybuje v řádech týdnů a měsíců. Jako příklad těchto různých metod uvádím TCOnow!, COBRA a Zodiac. Nám postačí pro potřeby analýzy údaje, které banka nárokuje pro provoz tohoto serveru. software: operační systém: UNIX/Linux server: Oracle 10g Application Server Forms & Reports Standalone. počet transakcí: 21000 transakcí / denně úrovně špiček: 33000 transakcí počet uţivatelů: 400 konkurenčních uţivatelů - nebude překročeno pro následujících 5 let Tyto hodnoty dávají jasné poţadavky na dostatečný výkon a datovou propustnost serveru.

3.3 Konfigurace aplikačního serveru Jaký server navrhnout pro daný operační systém, aby jeho výpočetní výkon splňovat poţadavky vyplývající z analýzy? Existují určitá minimální doporučení hardwarové konfigurace pro daný systém, ovšem z hlediska počtu uţivatelů a maximálního počtu transakcí za sekundu výkonného aplikačního serveru bude určitě bezchybným řešením obrátit se s konkrétními poţadavky na firmu, která software vyvíjí a bude jej dodávat, tedy přímo na firmu ORACLE, která zároveň bude ručit za bezchybný provoz bankovního systému. Firma Oracle pro aplikační server specifikuje tyto poţadavky: Software: operační systém: Industry Standard UNIX/Linux aplikační software: Oracle 10g Application Server Forms & Reports Standalone Release 3 (10.1.3.3)

45

Hardwarové komponenty: Procesory 4 HP Montecito Processors (8cores) @1600 MHz nebo 3 IBM P6 Processors (6 Cores)@4700 MHz nebo 8 Sun SPARC64 VII Processors (32 Cores) @2400 MHz Systémová paměť 12 GB RAM Vnitřní disky 2 Internal SCSI Disks of

72 GB, 10000 rpm.

Síť Two 100 Mbps Ethernet ports or a Gigabit Ethernet Port Periferní zařízení 1 CD ROM Drive Appropriate Offline S těmito konkrétními poţadavky můţeme vybrat konfigurace serverů od konkrétních dodavatelů hardwaru.

46

4 Porovnání konfigurací serverů 4.1 Výběr serverů Servery vybereme podle doporučení parametrů z Oracle. Platformy budou vybrány podle procesorů. Moţnosti ve výběru serverů jsou dnes obrovské. Kaţdá výrobní firma nabízí poměrně širokou řadu modelů s velmi podrobným popisem. Výhodou výběru je moţnost sloţení serverů v internetových obchodech. Navrhované servery by měli umoţnit škálovatelnost systému například pro nepředvídané rozšíření banky o další pobočku. 1.server HP Integrity rx2660 Server skříň, zdroj

19,250 USD

4x Intel Itanium 9050 1,66GHz (max 4procesory)

31,500 USD

16GB Memory (max 32x 1GB)

49,970 USD

2x 72GB interní SAS disky (max 8 interní SAS disky)

996 USD

2x Gigabit Ethernet Port (max 2) DVD drive

649 USD

Celková cena:

197,861 USD

Obrázek č.15: HP Server

Zdroj:Data sheet HP

2.server IBM ® System P 570 skříň, zdroj

10,195 USD

4x 4.7GHz POWER6™ (max 4procesory)

44,500 USD

16GB Memory (max 12x4GB 48GB DDR2 667MHz)

6,070 USD

2x 73.4GB interní SAS disky (max 6 interní SAS disky)

659 USD

2x Gigabit Ethernet Port (čtyři PCIE sloty) DVD drive Celková cena:

195,583 USD

47

Obrázek č.16: IBM P570 Server

Zdroj:Data sheet IBM

3.server SUN SPARC ENTERPRISE M3000 SERVER skříň, zdroj

5,000 USD

8x Sun SPARC64 VII Processors 2,75 GHz (max 64 procesorů)

29, 200 USD

16GB Memory (můţe být aţ 8x8GB 64GB)

3900 USD

2x 146GB interní SAS disky (pouze tato velikost disků, max 4 interní SAS disky) 689 2x Gigabit Ethernet Port (čtyři PCIE sloty) DVD drive Celková cena:

243,878 USD Obrázek č.17: M3000 Server

Zdroj: Data sheet SUN

Uvedené ceny jsou převzaté z technických listů o serverech z internetových stránek www.tpc.org .

48

Pro přiblíţení evropských cen serverů jsem oslovil a získal aktuální ceny od jednoho českého dodavatele firmy AVNET, která zastupuje v České Republice všechny poţadované značky. Cena v korunách je vypočítána z aktuálního kurzu 1EUR = 25,18Kč. HP Integrity rx2660 Server

1 034 500 Kč

IBM ® System P 570

897 452 Kč

SUN SPARC M3000 Server

766 373 Kč

4.2 Porovnání rozšiřitelnosti hardwarových platforem Tyto servery můţeme porovnat i z hlediska jejich rozšiřitelnosti o další procesory a paměti. nejlépe je na tom server SUN, do kterého je moţné přidat ještě další procesory, rozšířit paměť o dalších 48 GB a dodat další dva disky. V ostatních serverech lze zvýšit dvojnásobně paměť a počet disků u HP o šest a u IBM o čtyři. Samostatné testy procesorů nám sice napoví, jaký procesor dosahuje vyššího výkonu, nebo jaká paměť rychlejší z hlediska čtení a zápisu. V případě dílčích testů se však neprojeví ostatní vybrané komponenty a jejich vzájemné propojení. Je tedy zapotřebí otestovat server jako celek v zátěţových testech, které vypovídají o celkovém výkonu serveru. V takovém případě se jeví jako jediné řešení pouţití TPC Benchmark testů.

4.3 Testy TPC Benchmark TPC (Transaction Processing Performance Counsil) je nezisková společnost zaloţená na určení transakčních zpracování a databázových srovnávacích testů, referenčních kritérií za účelem šířit objektivní a ověřitelné údaje o výkonu TPC pro průmysl. Sdruţuje 22 řádných členů významných firem v IT oblasti, jako je např. HP, IBM, SUN, DELL, Intel, AMD. Tato společnost provádí testy na základě simulace transakční zátěţe na modelu velkoobchodní firmy s několika regionálními pobočkami. Kaţdá jednotlivá pobočka pak zásobuje 10 svých zástupců, kteří dodávají zboţí pro 3000 zákazníků. Databáze této firmy se skládá z devíti různých tabulek. Výsledek takového testu je pak udáván v tpmC. V TPC testy se měří výkon a cena na jednotku výkonu. Výsledek je pak udáván v tpmC – transakcích za minutu. Testy jsou velmi náročné na přípravu, nainstalování a konfiguraci testovaného systému. Z těchto a dalších důvodů zde není zastoupena a testována celá produktová řada výrobce, ale jen vybrané konfigurace.

49

4.4 Srovnání testovaných serverů pomocí testů TPC Pro tento test byly vybrány servery na stejných, (v případě SUNu na novější s procesorem UltraSPARC T2 1,6GHz) platformách. Dále byl vybrán pro srovnání server firmy DELL, jako moţná alternativa na platformě INTEL.

Tabulka č.3: Údaje o vybraných testovaných serverech

Výrobce Hardware

Název systému

tpmC

cena/tpmC Dostupnost

Databáze

HP Integrity SuperdomeItanium2/1.6GHz/24MB

4,092,799

2.93 USD

08/16/07

Oracle Database 10g Enterprise Edition

IBM System P 570

1,616,1662

3.54 USD

11/26/07

Oracle Database 10g Enterprise Edition

SUN SPARC ENTERPRISE M3000 SERVER

7,646,486

2.36 USD

03/19/09

Oracle Database 10g Enterprise Edition

Dell PowerEdge R710

478,792

0.50 USD

11/18/09

Oracle Database 10g Enterprise Edition

Zdroj: Vlastní tvorba

Pro bliţší představu uvádím pořizovací ceny testovaných sestav. Cena porovnávaného serverového systému HP:

11 978 134 USD

Cena porovnávaného serverového systému IBM:

5 713 181 USD

Cena porovnávaného serverového systému SUN:

18 083 745 USD

Cena porovnávaného serverového systému DELL:

121 019 USD

Tyto ceny srovnávaných konfigurací zahrnují tříletou hardwarovou podporu, softwarové licence, klientské servery a diskové pole. Nejlepších výsledků v testu TPC-C dosáhl systém SUN. Tato hardwarová platforma se jeví jako nejvýkonnější, čemuţ odpovídá i nejvyšší cena. Systém IBM má nejhorší výsledek testu, pomineme-li platformu INTEL, ale jeho cena je několika násobně niţší. Je zapotřebí dodat, ţe všechny porovnávané systémy jsou na nejvyšší hardwarové úrovni. Běţné servery dosahují v těchto testech hodnot tpmC řádu statisíc a některé pouze desetitisíc.

50

Server firmy DELL dopadl s hlediska výkonnostních testů úplně nejhůř. Je zapotřebí si uvědomit skutečnost, ţe výkon je asi jen třikrát horší neţ u platformy IBM. Při srovnání ceny za transakci je však jasným favoritem a jeho pořízení přinese nemalé úspory. Je velká škoda, ţe pro porovnání serverů testy TPC-C nebyly k dispozici výsledky systému SUN s procesorem SPARC64 VII, aby námi vyhodnocované výsledky byly co nejpřesnější, myslím si ale, ţe by výsledky takového serveru byly určitě o něco niţší, prvenství v testu by si asi udrţel. Pokud budeme vybírat a pořizovat server pro nejlepší výkon a nejlepší cenu, je jasným favoritem pro evropský trh server SUN SPARC ENTERPRISE M3000

51

4.5 Moţná alternativa Při dotazu firmy Oracle, zda by bylo moţné postavit takový server na platformě Intel, nezavrhuje tuto moţnost a uvádí následující doporučení: aplikační software: Oracle 10g Application Server Forms & Reports Standalone version 10.1.2.0.2 hardware: Procesory - 2x Intel Xeon Quad Core Processors (8 Cores) @3200 MHz Systémová paměť - 16 GB RAM Vnitřní disky - 2 Internal SCSI Disks of

72 GB, 10000 rpm.

Síť - Two 100 Mbps Ethernet ports or a Gigabit Ethernet Port Periferní zařízení - 1 CD ROM Drive Appropriate Offline Navrhované řešení od firmy DELL: Dell PowerEdge R710 - 2U Rack Server 2x Intel® Xeon® X5570, 2.93Ghz, 8MB Cache (4 cores) 24 GB RAM DDR3, 1333MHz (6x4GB Dual Ranked UDIMMs) RAID 0 (2x Hard Drive 300GB, SAS, 2.5-inch, 10K RPM) Dual Embedded Broadcom NetXtreme II 5708 Gigabit Ethernet NIC 1x Qlogic QLE2462, Dual-port 4Gbps Fibre Channel PCI Express HBA card DVD drive cena dle ceníku: 242.850 Kč Obrázek č.18: Dell PowerEdge R710

Zdroj: http://i.dell.com/images/global/products/pedge/pedge_highlights/server-poweredge-r710overview1.jpg

52

Závěr Ve své práci popisuji jednotlivé hardwarové platformy serverů, zaměřuji se na jejich části, které podrobněji popisuji, a uvádím některé novinky v této oblasti. Zejména při analýze srovnání pouţívaných rozhraní disků jednoznačně dominují moderní SAS disky, díky velké propustnosti této sběrnice. Cena takových disků je zatím poměrně vysoká vzhledem k ceně standardních disků, ale pro náročné aplikační servery jsou neoddělitelnou součástí a doporučuji je v navrhovaných serverech. Z analýzy poţadavků na aplikační server pro bankovní systém navrhuji moţné platformy od firem HP, IBM a SUN. Výsledné řešení jednotlivých navrţených hardwarových platforem zohledňuje výkon serveru, moţnosti rozšíření, a i porovnání aktuálních cen. Srovnávané platformy jsou navrţeny pro velmi náročné bankovní aplikace, které pouţívá většina velkých bank. Z hlediska výběru serverů pro nejlepší výkon a nejlepší cenu doporučuji server SUN SPARC ENTERPRISE M3000. Pro pořízení takového serveru je pak nutné přihlédnout k cenám hardwarové podpory a cenám za softwarové produkty, které nejsou v tomto porovnání kalkulovány. Přínosem mé práce je navrhované řešení aplikačního serveru pro banku na jiné platformě, neţ původně doporučovala firma ORACLE. Je zcela jisté, ţe toto řešení od firmy DELL naprosto zvládne poţadovanou zátěţ s nepatrně delšími odezvami, ale přinese v dnešní tak sloţité ekonomické době nemalé finanční úspory. Celý dodaný systém je zapotřebí důkladně otestovat pod simulovanou plnou zátěţí, podle předem připravených plánů (stres testy).

53

Seznam pouţité literatury Klasické zdroje [1]

BENEŠ, Vladimír. Technická infrastruktura a síťové technologie. Praha : Bankovní institut, 2005. 213 s. ISBN 80-7265-063-7

[2]

GROFF, James R.; WEINBERG, Paul N. SQL Kompletní průvodce. Brno : CP Books, 2005. 936 s. ISBN 80-251-0369-2.

[3]

HORÁK, Jaroslav. Hardware učebnice pro pokročilé. Brno : CP Books, 2005. 344 s. ISBN 80-251-0647-0.

Elektronické zdroje [4]

Vse o hw.net [online]. 2006 [cit. 2009-11-09]. Historie sítí. Dostupné z WWW: .

[5]

Informatika Brno [online]. 2009 [cit. 2009-12-06]. Princip práce počítače. Dostupné z WWW: .

[6]

Wikipedie, otevřená encyklopedie [online]. 2010 [cit. 2010-02-16] SCSI. Dostupné z WWW: .

[7]

Katedra technické a informační výchovy - Olomouc [online]. 2008 [cit. 2010-0114]. Hardwarová a softwarová konfigurace pc. Dostupné z WWW: .

[8]

Extra Hardware [online]. 2007 Historie-budoucnost-pocitacu. Dostupné z WWW: .

[9]

PC TUNING [online]. 2009. Výkon ssd disku proti klasickým hdd v reálnem provozu. Dostupné z WWW: .

[10]

Tech Report [online]. 2010. Storage. Dostupné z WWW: .

[11]

Wikipedie, otevřená encyklopedie [online]. 2010. Cache. Dostupné z WWW: .

[12]

Wikipedie, otevřená encyklopedie [online]. 2010 . Procesor. Dostupné z WWW: .

54

[13]

Wikipedie, otevřená encyklopedie [online]. 2010. UPS. Dostupné z WWW: .

[14]

TPC [online]. 2001-2010. TPC-C. Dostupné z WWW: .

[15]

HP [online]. 2010. Servery. Dostupné z WWW: .

[16]

IBM [online]. 2010. Servery. Dostupné z WWW: .

[17]

SUN [online]. 2010. Servery. Dostupné z WWW: .

[18]

DELL [online]. 2010. Servery. Dostupné z WWW: .

55