Що е то сървър и има ли нещо общо с потребителски компютър?

Септември, есен, Университетът на Retro-PC-Mania отвори врати. Първата лекция, която проведохме бе за разликата между сървърната платформа и тази на стандартен потребителски компютър.
Лекция е грешно определение, защото такъв вид обучение предполага зубрене. При нас бе организирана дискусия между софтуерен специалист и хардуерни маниаци. В обкръжението на практика и желязо, а не на философия и сухи параметри.

Какво точно е сървър, дали сервитьор, който сервира информация на клиенти или слуга, който служи на за световна конспирация, може да научите от Интернет. При нас нещата се получиха много по-забавни, необичайни и лесни за асимилиране.
Какво е сървър в светлината на разликата му с потребителски компютър? Представете си сървъра като влакова композиция, а домашният компютър като автомобил. Ако щете и като състезателен автомобил, защото 6-ядрените Core i7 в тази аналогия кореспондират с 12-цилиндровите автомобили.
Като цяло автомобилът е по-бърз от влака, тъй както потребителския компютър в Super Pi е по-бърз от сървъра или от работната станция. Но от друга страна един скоростен влак, който на практика няма ограничение откъм динамични показатели по-скоро би могъл да мери сили със самолет, а не с някакъв си петролен автомобил бил той и Lamborgini.
Мощта на влака спрямо тази на автомобила е аналогична на тази която имат сървърните многопроцесорни системи като GFLOPS спрямо изчислителните ресурси на домашния десктоп.
Емоцията при говоренето за мощност и скорости е много голяма, но сравнението между влак и автомобил, сървър и домашен компютър има много по-важна цел. Товарът!
Влакът дори и като обвивка да е по-бавен от бързия автомобил, той може да 3 часа да превози стотици хора от точка А до точка Б. Автомобил би могът между същите две точки да достигне и за два часа, но ще превози само 5-ма човека.
Същото е и компютрите. Тяхната цел е не да светят и да смятат Super Pi и 3DMark за да се хвалят зевзеците по форумите. Целта на компютърните системи е обработка (пренос, доставка) на масиви от информация. Тук сървърните машини са многократно по-ефективни от потребителските компютри. Не става въпрос само за обработка на заявки от сайтове и други абстрактни задачи, както мислят някои потребители. Сървърната платформа обработва в няколко потока сложна информация като CAD проекти, видео рендериране, математически изчисления, мултимедийно декодиране и т.н. Поради което съществуват мощни, товароносими Workstation платформи, базирани на сървърна платформа. Тях бихме могли да дефинираме като автовлакове, ТИР-ве. Защото се движат по същите пътища и правила като автомобилите.

Обсъждаме разликите...

Започваме с процесорите

Ядрата на работна станция

• Сървърните платформи могат да имат няколко процесора, тъй както влак може да има няколко локомотива. Да сте чували за автомобил с няколко двигателя?
• Процесорите Xeon имат кеш до 60MB, Core i7 в най-добрият случай достигат до 20MB то когато говорим за преименован от Xeon, Core i7 за сървърната платформа LGA2011. Иначе стандартните Core i7 имат едва 8MB кеш;
• За какво е кешът? За същото както и оперативната памет. Кешът на процесора е много, много по-бърза оперативна памет и ако е голям в него се разрежда много информация, която се обработва по-скоростно отколкото от оперативната памет;
• Като стана въпрос за оперативна памет, стандартен потребителски процесор може да индексира най-много 64GB, обикновено едва до 32GB. Сървърните процесори индексират до 1.54TB памет;
• Ядрата? В най-добрия случай потребителски процесор има 6 физически ядра, а най-често едва 2 ядра, по-заможните потребители имат Core i7 с 4-ри ядра. За процесор Intel Xeon 6- и даже 8-ядра са толкова малко в сравнение с 22-ядрените му представители, че се ползват само в базов клас работни станции.

Дотук някак си фокуса остана само върху Intel процесорите. Всички се съгласихме, че Intel предлагат една и съща архитектура от 30 години насам, а AMD са просто Intel клонове на същата x86 архитектура. Наистина има други архитектури, предлагани даже от самите Intel, например Itanium, а от скоро и Xeon Phi. Наистина е смешно колко усилия хвърлят младежи с нулеви познания по информатика да обсъждат с какво една архитектура на Intel била по-нова от друга. Посмяхме се и ние.
Знаете ли, че разполагаме и с наистина различни архитектури в магазина ни? SPARC на Sun и Power на IBM. Споменахме и за процесорите на IBM, които без клок достигат до 5GHz, а новият им Power9SU ще бъде с 24 ядра и 120MB кеш. Цялата тази мощ се ползва за изкуствен интелект на дрони и роботи и авиониката на над 5-то поколение изтребители. Нещо, за което нито Русия, нито Европа имат технологическа мощ да конкурират САЩ.

Продължаваме с оперативните памети

 

FB-DIMM памети в сървър на IBM

Основната разлика между домашният ви компютър и сървърната машина е, че ползвате склонна към изглупяване памет, докато при истинските компютри е вградена ECC (Error-correcting code) или памет с корекция на грешките. Без да се впускаме в подробности в тази уводна дискусия, споменахме, че паметите са склонни с времето да натрупват грешки. Не, че силицият може да греши, но при висока температура и некоректно напрежение това се случва. И с течение на времето се трупат грешки, сини екрани и обръщения към нечии майки.
Сървърните памети имат буфери, алгортитми за проверки и сами поправяне на възникнали грешки. Което е нормално, те тяхната работа е 24 часа в денонощието, 365 дни в годината (освен, ако не е високосна). При домашните компютри чистите грешки чрез рестарт на три дни или син екран месечно, ако не го рестартирате.
Хубавата новина за домашния потребител е, че сървърната памет заради тази проверка и поправка работи 5-10% по-бавно от неговата, стандартна или геймърска памет.
Но сървърните платформи работят в 4-, 8- и повече канален режим на паметта, докато потребителските машини имат едва двуканален режим. Връщайки се към автомобилната аналогия, представете си паметите като ленти на магистрала. Какъв поток от пътници и товари би пропуснала двулентова магистрала и какъв 8 лентова? Същото е и с каналите на паметта. В крайна сметка ще имате 5-10% по-бързи плочки на канал, но това с лекота се надминава от сървърната машина с 200-400% повече информация през повечето канали.
Знаете ли какво е най-важното качество на паметта? Количеството! Колкото повече, толкова повече. Потребителска машина работи с до 32GB памет, сървърна платформа с до 1.54TB на процесор, което си е 50 пъти повече.

Видеокартите

Графични слотове на сървър, защо са му толкова?

Времето напредваше, затова  съкратихме огромния пакет от информация само до най-същественото. Сървърите и работните станции стават все могъщи машини за изчисления. А най-добри в еднотипните изчисления са видеокартите с огромен брой процесорни блокове (Cuda при NVidia).
Разликата между CPU и GPU за изчисления са като между майстор-готвач и машина, например за палачинки. Майстор-готвачът може да приготви всяко ястие, макар и не много бързо. Машината за палачинки може да направи чудни палачинки в промишлени количества, за което на готвача ще му е необходимо в пъти повече време.
Видеокартите са отлични за някои паралелни изчисления, но не могат да заместят централния процесор.
Съществува разлика между професионалните видеокарти Quadro или FirePro и потребителските GeForce или Radeon. Някога тя бе основно на драйверно ниво, сега има и значителни хардуерни различия, например в обема памет.
За изчислителните нужди на сървърните машини се произвеждат "видеокарти" като Tesla, а от скоро и графичното развитие на Larrabee под формата на Xeon Phi.

Дисковата система

По примера на дисковия контролер, ще ви учудим, че сървърните машини нямат в повече само един или два процесора и няколко канала памет. Сървърната система има много подсистеми, всяка от които се управлява от процесор, памет и даже собствен BIOS.
Така е например при RAID/SAS контролера, който е отделна платка с процесор, оперативна памет и дори батерия за запазване на информацията в тази памет, ако случайно възникне аварийна ситуация. Тази памет е като кеш за информация. Няма нужда да чакате обработената информация да се запише на дисковете, достатъчно е тя да влезе в тази бърза памет.
Дисковите контролери на сървърите във времената на SSD са нещо като отживелица, но техните безкрайни възможности за паралелно свързване на дискове могат да ускорят многократно работата и на твърдотелни дискове. Могат значително да подобрят и сигурността.
Тези контролери могат да работят с много дискове, много, наистина много. И го правят толкова добре, колкото никой интегриран SATA контролер.
Обсъдихме накратко предимствата и недостатъците на свързването в RAID 1, RAID 0, RAID 10 и други производни на основните дискови масиви. 
С информацията шега не бива. Само за няколко месеца в домашен компютър тя е по-ценна от цената на желязото, а при сървър цената ѝ надминава тази на машината да хиляди долари само за секунди.
По отношение на дисковата система сървър и работна станция спрямо домашен компютър са като самолетоносач към скутер.
Въпреки, че донякъде мощният външен контролер е отживелица, той влияе на производителността. По-точно липсата му влияе, защото потребителските машини имат псево-RAID контролер, където контролирането се извършва от централния процесор на системата, който горкия и без това е натоварен с толкова много задачи. При сървъра дисковата система си има собствен процесор. Което е по-скоростно, надеждно и ефективно.

Мрежовата система

iLO системата за дистанционен мениджмънт, която освен процесор има и собствена памет

Отново имаме отделна подсистема със свой интелект, процесор и памет. Скоростите на сървърната мрежа са многократно по-големи от тази на домашен компютър, затова се ползва и оптика. А многото PCI-e слотове, особено в малък формат са за паралелна работа на няколко високоскоростни мрежови карти.
Друга уникална особеност на сървърите е администрирането им чрез мрежова връзка. Може да правите диагностика, да стартирате и спирате машината, да изключвате ядра, банки памет, твърди дискове, които да замените без да спре машината. 

Охлаждане, захранване и др.

При сървърна платформа не е пестено от нищо, всичко е най-висша проба качество. Питали ли сте се защо в сървър почти няма кондензатори както в обикновен компютър, които да цъфват след време? Всичко е изчислено, оразмерено, ползвана е най-чиста мед. Всичко работи перфектно, какво да филтрират тези кондензатори? 
Охлаждане, захранване, дънна платка, подизпълнители за производството им... нищо по-малко от най-доброто. При стандартен компютър имаме сбирщайн от елитни компоненти от нисък клас. Нисък в сравнение с този на сървър или работна станция.

Софтуерна поддръжка и операционна система

Вероятно сте се питали защо Windows Server струва многократно повече от Windows 7? Сред основните причини е, че и най-добрият хардуер с дървен драйвер е като Ferrari с калпав шофьор. Или ще кара много бавно, или ще катастрофира светкавично.
При професионалните машини драйверите за професионалните им и скъпо платени операционни системи са мислени, не са написани за отбиване на номера и до излизане на следващия модел. 
Мога да ви дам пример с Thinkpad, чиито драйвери се пишат в Япония. Вземете един Thinkpad T61, модел използван от НАСА все още на МКС. Доскоро той имаше толкова добра поддръжка откъм драйвери, че най-нов MSI с чудовищни параметри работеше по-бавно и бъгаво от древната машина.
И още нещо, има универсални операционни системи и такива написани специално за даден хардуер. Познайте, когато производител на хардуера сам си пише ОС за желязото... дали пък системата хардуер-софтуер не работи много по-добре? Например системите на Sun за собствените SPARC динозаври.
Всички супер системи са UNIX базирани с отлична поддръжка на супер машини за единичен потребител с бюджета на милионен град зевзеци с Core i7-ци. 

Нивата памет

Когато се обработва информация най-важна за скоростта на процеса е достъпът до паметта. Същото като при човек е: визуална, тактилна, краткотрайна, дълготрайна памет, инстинкти и т.н.
Най-бърза разбира се е тази памет, най-близка до изчислителните блокове на процесора. Самият процесор в основната си част е памет с нива L1, L2 и L3. L1 е най-бързата, мигновена памет. 
Оперативната памет може да се разглежда като L4. Дисковете могат да бъдат означени като L5, но ако има дисков контролер със собствена памет, тогава тя е L5 и е доста близко като скорост до L4. Всъщност дисковете си имат собствен кеш, памет.   
Знаете ли, че най-бързата памет след L3 всъщност е тази във видеокартата? А самите видеокарти вървят към интеграция на паметта в периферията на графичния процесор. Нещо, което някога ще се случи и с оперативната памет. Графичната платка обаче си е отделна губерния, която си прави палачинките, а системата има нужда от комплексна храна.

Изводи

Всяка сървърна платформа се състои от няколко подсистеми, които сами по себе си са отделен компютър. Това е с цел освобождаване на главния процесор само за съществени задачи. 
Дори оперативната памет памет (RDIMM) при сървъра има собствен процесор за корекция на грешки и разпределение на работата в огромни масиви. Процесор и памет имат дисковата и  мрежовата подсистема. 
Цялата тази скъпа сложност има една цел, сигурност, скорост и възможно най-голяма товароносимост.
Стандартните компютри нямат нищо общо с тези принципи. Тяхната цел е работа ден за ден и надеждата, че на Нова година, Черен петък най-накрая ще се купи нещо различно.

Предложение

Предлагаме ви да пропуснете напразните очаквания, че Intel ще се смили над домашния потребител с евтина машина с качествата на сървър. Ако не за другото, по-млад няма да станете с това чакане. Опитайте работа на Workstation, базиран на сървърна платформа. Дори и да е само с един процесор, влакът ще ви откара в друга Вселена на скорост, мощност и надеждност.