服务器技术之【热插拔】 zt

蓝色虫

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 。

    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 。


   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 。

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。