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服务器技术之热插拔技术

目前服务器的技术热点主要有:IRISC与CISC技术、处理器技术、多处理器技术（AMP技术、SMP技术、MPP技术、COMA技术、集群技术和NUMA技术）、SCSI接口技术、智能I/O技术、容错技术、磁盘阵列技术、热插拔技术、双机热备份。
　　服务器在网络中承担传输和处理大量数据的任务，要具备高可伸缩性、高可靠性、高可用性和高可管理性。IA－64体系将带动服务器技术特性的提高，如高性能CPU、多处理器技术、总线和内存技术、容错技术、群集技术、硬件管理接口、均衡服务器平台技术等。
　　热插拔(Hot Swap)技术
　　热插拔技术指在不关闭系统和不停止服务的前提下更换系统中出现故障的部件，达到提高服务器系统可用性的目的。目前的热插拔技术已经可以支持硬盘、电源、扩展板卡的热插拔。而系统中更为关键的CPU和内存的热插拔技术也已日渐成熟。未来热插拔技术的发展将会促使服务器系统的结构朝着模块化的方向发展，大量的部件都是可以通过热插拔的方式进行在线更换的。
PCI热插拔，INTEL所支持热插拔属性：
热插拔支持
PCI Express* 技术是一种创新的高性能互连体系结构，可带来显著增强的可靠性、可用性和可维护性（ RAS ）。本文将重点介绍 RAS 的其中一个方面：热插拔支持。文章深入介绍了与热插拔支持相关的问题和挑战，并描述了 PCI Express如何能够通过消除平台体系结构中影响可靠性和可维护性的冲突连接，帮助开发人员充分利用过去和现在的输入 / 输出（ I/O ）体系结构的优势，同时继续向前发展。
传统 PCI 热插拔技术
热插拔技术允许用户在不中断系统中其它设备运营的情况下，物理拆卸或添加工业标准的外设组件互连（ PCI ）设备（如局域网网卡或 I/O 控制器等）。在添加或拆卸的过程中，只有个别插槽会受到影响，系统将无需重启或关机。
热插拔技术通常要求在不同平台层中的硬件和软件能够实现良好的互操作性，以便为用户提供可靠的热插拔功能 ― ― 而这也正是问题的所在。不同厂商的组件必须能够结合起来支持热插拔功能。这使得当企业 IT 和数据中心经理尝试对不同服务器和适配器产品配置（包含定制的服务器平台）的众多服务模式进行分类时，将可能面临极大的可维护性挑战。原因在于，不同的服务模式将导致服务复杂性的加剧和停机可能性的增加。
图 1 显示了需要实现无缝互操作以支持传统热插拔功能的硬件和软件组件。其中包括：
· 特定平台厂商组件，包括热插拔控制器（ HPC ）和电脑基本输入输出系统（ BIOS ）等 ― ― 操作系统通过此类软件与计算机的 HPC 和其它平台相关组件进行通信。
· 特定操作系统技术，包括操作系统电源管理（ OSPM ）、高级配置和电源接口（ ACPI ）驱动程序、 ACPI 源语言和 ACPI 机器语言（ AML ）解释程序、以及操作系统相关应用 / API 等。
· 独立于操作系统之上的技术，诸如 ACPI（包括特定平台厂商代码）等。
插入图 1
硬件 BIOS 和操作系统相关、或与之紧密结合的组件会加大支持的成本与复杂性，并降低整体系统的可靠性。这是因为：
· 操作系统直接控制以外的诸多变数 ― ― 可靠性取决于不同厂商组件中最薄弱的一环。
· 不同的 BIOS 、驱动程序和控制器。
· 操作系统 API/应用采用的不同使用模式。
· 不一致的兼容模式，诸如原始设备制造商（ OEM ）和独立硬件厂商（ IHV ）推出的产品等。
· IT / 数据中心经理需要提供不同的平台支持模式。
PCI Express 的先进特性
PCI Express 技术采用下列方法来解决传统热插拔技术中存在的问题：
· PCI Express 专为改进热插拔能力而设计，为此， PCI Express 在设计时包含了热插拔寄存器（不同于 SHPC1.0 ，其中热插拔寄存器是一种独立的独立功能）。
· 为操作系统提供了一个通用热插拔硬件寄存器接口 ― ― 使操作系统能够提供固有的热插拔支持（摒弃了传统基于 BIOS 的方法）。
· 通过在基础体系结构一级上定义硬件所需的热插拔性能来推广一种标准使用模式。
· 构建于标准体系结构基础之上：标准热插拔控制器（ SHPC ）。
· 通过改进外形来降低原始设备制造商（ OEM ）的生产成本，同时提高平台可靠性。
标准使用模式
PCI Express 通过为 3 个连续的平台等级上的功能定义并提供相关的寄存器支持，采用了一种标准使用模式：
· 机箱
· 插槽
· 终点（适配器）
这一标准使用模式使得不同厂商的产品可以实现出色的互操作性。对于 IT 和数据中心经理而言，由于不同厂商平台间的差异被大幅降低，因此该模式将可以极大地减少技术人员的培训和服务时间。它同时还能够消除用户为避免发生兼容性问题，从单一制造商处购买所有系统组件的困境，进而可显著提高投资回报。
标准基础体系结构
PCI Express 基础体系结构构建于标准热插拔控制器（ SHPC ）之上，并在《 PCI 标准热插拔控制器和子系统规范 1.0 版》中进行了详细描述。这一规范由 PCI 特殊利益集团（ PCI SIG）出版，如欲了解更多信息，请访问 PCI-SIG 网站。
PCI Express 采用了 SHPC 的全部组件，详细信息请参阅以下矩阵图。其中 “ 组件范围 ” 栏指支持 SHPC 模式的平台范围。
插入图 1
厂商独立性
虽然 PCI 热插拔规范说明了硬件要求，但它没有为处理插入和拆卸活动定义一个完整的模式 ― ― SHPC 1.0 规范定义了所需的软件模式。 2002 年推出的 PCI Express Native 全面支持传统的 PCI 热插拔和 SHPC模式，并通过使用公共寄存器接口，脱离了对 BIOS 的依赖，转移到操作系统之上。更为重要的是， PCI Express Native 通过创建一个能在任意厂商平台上使用的热插拔控制器标准连结，消除了对 ACPI BIOS 和特定平台热插拔控制器驱动程序依赖。。
PCI Express Native 在能够充分利用当前 I/O 体系结构优势的同时，还通过采用一种允许操作系统打开或关闭 Native 支持的方法，满足了当前和未来的需求。这种被称为操作系统热插拔（ OSHP ）的控制方法需要驻留于支持 ACPI 机制的平台 BIOS 之中。当关闭 Native 支持时，将由 ACPI BIOS 控制管理热插拔功能。当操作系统打开 Native 支持时， ACPI BIOS 就会自动关闭，从而使操作系统可以直接通过 Native操作系统支持来管理热插拔插槽。
当 PCI Express Native 和 SHPC 提供相同的功能时，用于 PCI Express Native 和 SHPC 的寄存器集之间会有细微的差异；然而，通过对寄存器相关接口进行一些微小的变化，单一的操作系统驱动程序将可以同时支持 SHPC 和 PCI Express 。
外形
PCI Express 支持任意一种基于插槽或模块的热插拔能力。与传统方法相比， PCI Express 的一项重要改进就是推出了能够保护硬件免受骤然热插拔影响的 “ mate-last / break-first” （先断后连）连接器。 PCI Express 热插拔优于传统模式的关键之一在于其独特的 PCI Express 模块，它采用了一种前端插入模式，允许在不打开机箱的情况下进行热插拔。
插槽和模块都构建于相同的软件模式之上。但具体平台实施成本要显著低于传统方法。模块解决方案相比更为经济，而随着电源控制器到模块的转移（连接器与系统之间将没有电源控制逻辑），相关成本将完全由模块产生。模块解决方案的另一个优势就是成本随解决方案的扩展而增加，从而实现了按需付费。
建议
为了充分利用 PCI Express 技术可提供的高可靠性和低成本优势，行业厂商将需要采取以下措施：
· 硬件开发商应在新的硬件设计中提供 PCI Express Native 支持。
· 软件开发商应在 BIOS 修正版中实施 OSHP ，并部署一个基于 SHPC 的使用模式。
· OEM 应部署基于支持 PCI Express Native 的组件的集成服务器产品。
· IT 和数据中心经理应在 2004 年开始部署基于 PCI Express 的平台，以充分利用 Native 热插拔的优势。
总结
热插拔功能对于保持系统可用性至关重要。现今的传统热插拔技术存在诸多问题，而且价格不菲，结果导致软硬件之间关系复杂且脆弱。这些问题进而使得数据中心和 IT 经理需要投入大量的时间和资金予以解决。通过采用标准使用模式并消除实现可靠热插拔所需的特定厂商代码和组件， PCI Express 将可以显著提高系统性能、延长正常使用时间、增强可维护性和降低成本。
热插拔RAID内存
对于个人PC用户来说，热插拔一般指的是USB接口的硬件产品，但对服务器来说，热插拔的含义则更为深刻和广泛。热插拔技术发展至今，其可热插拔设备的名单已有长长的一串，包括网卡、电源、风扇、硬盘、内存等，甚至是服务器本身。
　　通俗地讲，热插拔指的是在不关闭系统或电源的情况下替换、添加、移除硬件设备。一般硬件热插拔主要依靠PCI总线技术。然而，要实现服务器内存的热插拔，就不仅仅是PCI总线技术所能解决的了。内存故障主要包括两种：硬性错误和软性错误。所谓硬性错误是指内存条受外界环境影响而导致电压不稳产生的存取错误。软性错误是最常见的，它既有制造工艺的因素也有算法校验的问题。现在绝大部分服务器都安装的是Advanced ECC内存条，可以校验和纠正四个比特以内的错误，内存保护模式多为在线备份和镜像备份。镜像备份模式的主要缺点就是插拔内存具有选择性，如果用户拔掉了关键内存条，就会立刻宕机没商量。而且全镜像备份还有个问题，就是会造成很大的资源浪费。因为如果你要做8GB的全镜像，就要插16GB的内存。
　　在这样的情况下，一种全新的内存保护模式—热插拔RAID内存技术诞生了。它在概念上和RAID 4 磁盘存储技术非常相似，在系统架构上就更像一个硬盘。所以采用了热插拔RAID内存保护模式的系统就可以达到像RAID硬盘一样随意替换内存的效果。另外，与磁盘阵列不同，热插拔RAID内存不存在延时。热插拔RAID内存使用的是并行点对点连接方式写数据，而不是通过连接多块磁盘的串行总线。这种方式的优点是数据可以同时被写入多个存储区（内存盒），消除了因为存储系统使用RAID技术处理而带来的写数据的瓶颈问题。

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2006-1-6 18:06:46

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发布:gaoming | 分类:服务器 | 评论:14 | 引用:66

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