服务器服务器干什么用的

IntelTechnologyJournal|Volume16,Issue4,2012在分布式云中使用边缘服务器作者AlbertLChen英特尔软件与服务事业部HaifengGong英特尔架构事业部FayeBriggsA英特尔架构事业部何京翔(JacksonHe)英特尔软件与服务事业部分布式分层云是一种新兴的云架构,可在靠近用户的地点向用户提供云服务、处理客户数据.

它能让客户拥有更好的用户体验,减少网络带宽占用,减少延迟,并且能降低总体拥有成本(TCO).
本文推荐的边缘服务器是分布式云的关键组件,部署在"边缘"(即最靠近客户的网络位置),边缘服务器成为分布式云和部署基于云的应用程序的组织之间的"粘合剂".
边缘服务器通常采用一体机的形式,集成了缓存、安全性、存储和本地应用程序托管能力,从而无缝、高效、高性能、低延迟地交付云应用程序.
边缘服务器的使用模型对边缘服务器的软硬件基础架构提出了独特的挑战.
从硬件的角度来看,它需要一体机的形式和用户体验设计,同时还需要保持可伸缩的计算和存储能力.
从软件的角度来看,它意味着使用配置和服务基础架构来部署边缘服务,并使用虚拟化技术为不同的边缘服务提供隔离且安全的环境.
集成的软件/硬件协同设计基础架构采用一致的软件和硬件基础架构,从而保证了边缘服务器可以满足从SMB(中小企业)到教育和社区等不同细分市场的需求.
最后,我们提供了一份关于在中国上海虹口区教育局教育云中部署边缘服务器的案例研究.

简介企业、政府和教育机构正在越来越多地为他们的关键业务应用程序部署云计算,来降低总体拥有成本并提高计算效率.
云计算指的是在分布式网络上运行的应用程序和服务,它们使用虚拟化资源,并且通过公共互联网协议和网络标准进行访问.
它与众不同的特点是:资源是虚拟化且无限的,用于运行软件的物理系统的细节被抽象出来,与用户分离.
NIST(美国国家标准与技术研究院)对云计算的四个部署模型的定义如下[1]:公有云.
公有云基础架构可供公众或大型行业组织使用,归出售云服务的组织所有.

私有云.
私有云基础架构的运营仅供一个组织专用.
私有云既可以由这个组织管理也可以由第三方管理.
私有云可以在组织内部,也可以在组织外部.
混合云.
混合云组合了多种云(私有云和公共社区),这些云各自保持其独特性,但捆绑为一个整体.
混合云能提供对数据和应用程序的标准访问和专有访问,还能提供应用程序的可移植性.
社区云.
社区云指的是为了提供公共功能或者目的而组织起来的云.
三种服务类型已经得到普遍接受:基础架构即服务(IaaS):IaaS提供虚拟机、虚拟存储、虚拟基础架构和其他硬件资产,作为可以向客户端供应的资源.
IaaS服务提供商管理整个基础架构,客户负责部署的所有其他方面,包括操作系统、应用程序以及用户与系统的交互.
平台即服务(PaaS):PaaS提供虚拟机、操作系统、应用程序、服务部署框架、交易和控制结构.
客户端可以将其应用程序部署在云基础架构上,或者使用通过PaaS服务提供商支持的语言和工具编写的应用程序.
服务提供商管理云基础架构、操作系统和支撑软件.
客户负责安装和管理自己部署的应用程序.
软件即服务(SaaS):SaaS是包含应用程序、管理和用户界面交互的完整运营环境.
140|在分布式云中使用边缘服务器IntelTechnologyJournal|Volume16,Issue4,2012在分布式云中使用边缘服务器|141图1:分布式分层云的架构(资料来源:英特尔公司,2012)在向云计算迁移的过程中,无论组织选择的是哪种部署模型和服务类型,都面临着一系列必须克服的挑战.
内容交付.
随着从PC到平板电脑等计算设备的使用日益增加,以及云应用程序的指数级增长,延迟和带宽成为组织面临的两个最大挑战,人们需要经常访问基于云的服务和应用程序.
传统的内容交付网络(CDN)通过在靠近请求的地方部署缓存来解决延迟和带宽问题.
大多数情况下,CDN网格位于ISP的数据中心.
但是对于部署云服务的组织来说,需要将缓存部署于组织内部.
内容交付.
随着从PC到平板电脑等计算设备的使用日益增加,以及云应用程序的指数级增长,延迟和带宽成为组织面临的两个最大挑战,人们需要经常访问基于云的服务和应用程序.
传统的内容交付网络(CDN)通过在靠近请求的地方部署缓存来解决延迟和带宽问题.
大多数情况下,CDN网格位于ISP的数据中心.
但是对于部署云服务的组织来说,需要将缓存部署于组织内部.
这有两个原因:第一,有些应用更适合部署于组织内部而不是云.
这些应用通常涉及大量和频繁的数据存储和传输.
例如,大型数据共享和协作部署在组织内部可能会更好,这样能充分利用更快的局域网,同时避免给有限的宽带网络的带宽增加负担.
第二,组织生成的某些数据属于敏感数据和关键业务数据,因此不适合将这些数据存储在组织外部.
对数据安全的这一顾虑,新兴经济体中的中小企业中非常普遍,在这类市场上,还没有建立起可信的云托管服务品牌.
总体拥有成本(TCO).
组织若要应对这些挑战,还需要在边缘部署多项附加服务.
这些边缘服务主要包括缓冲、安全性以及数据存储和本地服务能力.
这实际上抵消了组织将全部服务转移到云,以减少服务器、提高效率和节省成本的努力.
正是这些挑战,带来了分布式云和边缘服务器的部署,以支持传统的集中式数据中心模型.

分布式云在传统的云架构中,云服务由集中部署在数据中心的服务器提供,用户通过互联网连接获得这些服务.
由于网络带宽有限,延迟和可靠性挑战伴随着这个架构.
而且由于云基础架构升级缺乏灵活性,因此还存在着可伸缩性的挑战.
分布式分层云的概念如图1所示.
物理上分布在不同地点的客户通过最靠近自己的边缘服务器IntelTechnologyJournal|Volume16,Issue4,2012142|在分布式云中使用边缘服务器获得云服务,客户的数据也是由最靠近他们的边缘服务器处理.
边缘服务器物理上分布在不同的边缘位置,部署在数据中心的服务器全部进行集中管理,逻辑上是一个统一的云基础架构.

分布式分层云架构可以在许多使用模型中应用.
例如:商业:在有远程办公室或商店的公司里,边缘服务器部署在分散的地点,并且通过网络连接到中央数据中心.
分布式分层架构能确保客户端/终端设备(个人电脑、POS机、视频监控等等)可以安全地连接和管理.
数据可以在站点间安全且高效地传输和存储.
教育:在中小学内,师生们使用来自云的服务和内容完成课堂互动、家庭作业和考试等等.

部署在各个学校的边缘服务器缓存云端的数据和应用,从而减少网络流量、改善延迟.
边缘服务器还可以托管其他边缘服务,例如网络安全和学校办公自动化系统.

社区:边缘服务器可以有策略地部署在人口密集区或偏远农村.
通过缓存和预获取,边缘服务器可以缓解数据中心和Internet基础设施的负担;甚至还能通过提供智能客户端自适应的转码及客户数据分析之类的服务进一步提高网络效率和用户体验.
分布式云中的边缘服务器为了支持不同类型的应用程序以及不同用户和工作负载规模,边缘服务器在处理器、内存、存储和网络方面应易于向外扩展.
最重要的是,由于边缘服务器部署位置的性质(居民社区、农村、学校、医院和远程办公室)并不在数据中心,因此边缘服务器如果能够提供一体机形式的用户体验则更为合适.
换言之,它应该能够在各种环境条件下(电源、温度、空气质量)工作、不需要现场支持,能远程管理,并提供对资本和运营成本来说都很重要的功能集.
普通服务器产品乃至特殊用途的服务器产品可以用作边缘服务器.
但是,很多并未优化,甚至对边缘用途存在固有的局限性.
例如,传统的机架式服务器产品、机架或刀片服务器是针对数据中心环境进行的普通设计.
它们的架构和功能集并没有针对分布式分层云的使用模型.
一些特殊用途的设备,例如网络防火墙还能为边缘应用程序提供一些计算和存储功能.
但是性能、灵活性、兼容性和可伸缩性都会受到这些特殊用途设备性质的限制.
为了满足分布式云的需求,并克服传统服务器产品的局限性,需要一个可伸缩的一体机形式的边缘服务器.
边缘服务器系统设计可伸缩的一体机形式的边缘服务器系统的基本理念是:针对可伸缩性、环境灵活性和系统管理性进行优化,能够降低总体拥有成本的模块化的一体化系统.
图2演示了可伸缩的一体机形式的边缘服务器系统的主要模块.
图3演示了一个概念系统.

IntelTechnologyJournal|Volume16,Issue4,2012在分布式云中使用边缘服务器|143图3:边缘服务器系统概念(资料来源:英特尔公司,2012)图2:可伸缩的一体机形式的边缘服务器系统(资料来源:英特尔公司,2012)144|在分布式云中使用边缘服务器IntelTechnologyJournal|Volume16,Issue4,2012创新的设计功能包括:前面板访问服务器模块和I/O端口的模块化系统.
与传统服务器相比,传统服务器的控制面板在正面、I/O端口在背面,全部从正面访问使得可以在受限的空间内安装边缘服务器.

服务器模块的结构、大小、布局以及系统组件都做了优化以提高散热效率.
保持空气流通是边缘服务器系统设计的重点任务之一.
服务器模块可以灵活地使用不同的主板,配置不同类型和数量的处理器和内存.

计算类型的服务器模块被设计成没有本地硬盘,而且"无状态",它们使用存储类型的服务器模块提供的SAN或iSCSI存储.
这可以保证边缘服务器系统有良好可服务性.
所有的服务器模块都使用网线/光纤,通过前面板的I/O端口连接到网络交换机.
网络交换机是标准的开箱即用型产品;用户拥有节约成本的灵活性.
电源和风扇与服务器模块是独立的.
全部服务器模块都共享一个系统电源和散热解决方案.

共享的电源和风扇节约了服务器系统的材料成本,同时又没有牺牲冗余性.
此外,共享风扇还提高了系统电源的效率,因为大尺寸的风扇要比普通服务器产品的小风扇效率更高.

该系统可以灵活地使用具有不同输入电压和总容量的电源.
该系统还可以选择使用带有备用电池输入的电源.
管理模块监视并管理系统的所有组件和资源,并提供了远程管理的接口.

为了节省空间,系统可以被安装在标准EIA-31019寸(482.
6mm)机架上,或者直接放在桌面或地面上.
图3中概念系统的大小为17in(W)*15in(D).
大约是普通服务器产品大小(17in*28in)的一半.
系统配制可以从一个服务器模块开始,很容易向外扩展到许多计算类型和存储类型的服务器模块.
如图3所示,一个系统底盘最多可以配置4个全宽或8个半宽的服务器模块,该系统可以进一步向外扩展为多个系统底盘(在标准42U机架内,最多可安装6个).
所有服务器模块都能通过管理模块远程管理.
边缘服务器软件基础架构可靠性和健壮性.
边缘服务器是一种整合的设备.
它承载着从缓存到协同工具等多种服务.

同时,设计的构成因素带来对低维护需求的期望,甚至在服务时间延长的时候也有这种期望.
因此,边缘服务器软件基础架构需要可靠性和健壮性,能够在高度安全、可恢复、隔离的环境中托管边缘服务.
可伸缩性和可扩展性.
边缘服务器虽然采用封闭设备的形式,仍需要自定义和扩展,以满足不同的需求.
例如,组织的管理员需要安装新的本地服务,以满足不断变化的组织需求.

有些时候,边缘服务器甚至需要针对不同的使用场景而改变用途.
因此,需要有一个配置基础架构,以支持边缘服务器的自定义和扩展.
易于维护、易于管理.
边缘服务器通常部署在数据库中心之外,部署在缺乏足够IT技能和基础架构的组织内部.
边缘服务器的软件基础架构必须支持以自动化的方式远程管理边缘服务器以及提供服务.
便于第三方开发.
边缘服务器针对不同的使用场景部署,需要根据不同的需求运行不同的服务.
对边缘服务器来说,关键在于将其核心能力抽象出来,并提供给服务和应用程序,使得这些服务和应用程序可以无缝地利用这些能力.
而且,作为发展生态系统的一个关键需求,必须提供软件开发工具包(SDK),以便开发人员能够迅速开发他们的服务并与边缘服务器集成.
因此,边缘服务器软件基础架构包含以下组件,如图4所示[6].
边缘服务作为VM一体机.
边缘服务可以采用VM一体机的形式打包.
边缘服务器上运行两类边缘服务:通用服务和特定领域的服务.
通用服务,例如缓存/预获取、网络安全以及管理控制台,对所有用法来说都是公共的.
特定领域的服务是特定于具体用途的那些服务,在分布式云中使用边缘服务器|145IntelTechnologyJournal|Volume16,Issue4,2012图4:边缘服务器软件基础架构(资料来源:英特尔公司,2012)案例研究:教育云中的边缘服务器下面是对在教育云中部署边缘服务器的一个案例研究[4].
背景中国上海15个区之一的虹口区政府,计划为区内全部中小学建设一个教育云.
英特尔作为虹口区政府的行业战略合作伙伴之一,负责为虹口区教育局提供一个架构蓝图,虹口区教育局具体负责整个云项目.
作为区政府信任的顾问,英特尔的目标是确保使用来自英特尔和业界的正确技术和产品顺利地部署教育云.
下面是关于虹口区政府部署的教育云的基本情况:虹口区有100所中小学,平均每所学校有大约有1000名师生.
目前每所学校的宽带连接是例如教育云的教室应用,或者健康云的医院应用.
在VM一体机的形式中,边缘服务保持最大限度的安全性和可管理性,并更易于部署.
边缘服务基础架构.
由服务提供商或OEM托管在远程数据中心.
通过边缘服务器上的代理:a)部署最终用户购买的额外的边缘服务.
b)升级现有预置的边缘服务和恢复损坏的服务.
c)管理边缘服务器整体的安全性,包括授权、验证和加密,d)跟踪边缘服务器的配置.
e)执行关键的管理任务,包括定期备份.
f)提供一个边缘服务库.
这由服务供应商或OEM在远程数据中心进行托管.
这个服务库承载的一系列边缘服务,可以从云提供给靠近组织的边缘服务器.
边缘服务库以Web服务的形式实现,可以是更通用的应用程序库,例如英特尔的AppUp的一部分.
英特尔边缘服务器API.
英特尔边缘服务器API将英特尔边缘服务器的能力抽象出来,包括可管理性、存储、虚拟化以及应用程序/服务框架.
它支持快速、一致、健壮的服务开发和部署.
英特尔边缘服务器SDK.
在英特尔边缘服务器API之上构建的英特尔边缘服务器SDK是一个开发工具,供开发人员为英特尔边缘服务器开发和部署通用的边缘服务以及特定领域的边缘服务.
146|在分布式云中使用边缘服务器IntelTechnologyJournal|Volume16,Issue4,201210Mb.
虹口区计划为每名师生配置一个为了教育目的制作的计算客户端.
这些为教育目的制作的客户端,名为"电子书包",里面集成了各种应用程序和服务,可以作为师生访问教育内容的一个门户.
电子书包最好采用笔记本电脑和平板电脑的形式.
全部电子书包均通过校园内的Wi-Fi*联网.
云中运行了一个教育应用程序.
这个应用程序最初只包含电子课本和教育资源共享,未来将扩展到教育社区、在线教学办公室以及教育数据分析.
挑战为虹口区设计一个教育云的架构面临四个方面的挑战:带宽:根据中小学的使用模型,每名学生每堂课必须在5分钟内下载大约50MB的教育资源.
基于每个学校大约有1000名学生,每个学生下载消耗0.
5Mbps带宽的事实,假定有10%的并发量(这是个相当保守的估计,因为每堂课之间几乎同时休息),学校的带宽需求是(1000*10%*0.
5Mbps)=50Mbps.
相应地,数据中心需要的带宽是(100(全部学校总数)*1000*10%*0.
5Mbps)=5Gbps.
这个带宽需求是无法达到的.
并发性:即使假定10%的并发,带宽也不是问题,假定每台Web服务器同时要处理200个http请求,则仅仅是数据中心Web服务器的数量就是((10000*10%)/200)=50台.
同样,这也过于昂贵,而且效率低下,难于部署.
安全性.
因为教育云的多数客户都是学生,因此家长和学校领导担心学生在学校内用电子书包上网的时候有可能访问到不良信息.
本地应用程序的托管.
即使教育云降低了运营成本,提高了整体的应用程序交付效率,仍然有一些教育应用程序采用本地部署形式要比从云中提供更好.
对于虹口区来说,需要部署一套教师协作工具,帮助教师在教室之间实现上下文的切换.
其中包括频繁的大量数据存储和转移,因此从性能的角度考虑,不适合部署在云中.
解决方案为了应对这些挑战,英特尔提出的虹口区教育云的蓝图建议按图5所示的方式部署边缘服务器.
图5:虹口区教育云中的边缘服务器(资料来源:英特尔公司,2012)在分布式云中使用边缘服务器|147IntelTechnologyJournal|Volume16,Issue4,2012图6:边缘服务器功能整合(资源来源:英特尔公司,2012)这个边缘服务器利用了以下组件:缓存.
边缘服务器利用智能缓存,将频繁访问的内容缓存起来.
学生请求的教育内容通常是相同的.
在虹口这个案例中,同一教室内的学生实际上请求的是同一个约为50MB的内容.
因此,缓存的命中率会非常高,而且具有高度可预测性.
这个案例中部署的缓存非常有效.

而且,可以部署一些缓存策略,对缓存的使用进行优化.
例如,因为所有教育内容都是由教师在一天之前生成的,因此可以在缓存中写一条简单的策略,在某个特定的时间段内(例如早晨)预先读取全部教育内容,从而避免在白天出现拥堵.
整体来看,缓存的部署大大缓解了带宽和并发问题.
Web网关.
因为来自学校的全部Web流量都转发到边缘服务器,所以可以部署一个Web网关来保护学生对Internet的全部访问.
Web网关集成了不同的安全技术,例如防恶意软件、防病毒、以及SSL扫描,它会扫描全部Internet内容和协议,包括Web内容、流媒体、以及用户生成的内容,根据已有的知识,从中检测出潜在的威胁.
在虹口的案例中,推荐使用McAfee的Web网关与边缘服务器配合.
本地应用程序托管:在虹口的案例中,英特尔提出采用边缘服务器来托管本地应用程序,包括教室协作工具.
边缘服务器的主要功能是缓存,关注的是I/O边界,而不是CPU边界.
因此,服务器上多余的CPU带宽,通常是基于英特尔至强的平台,可以用来托管本地应用程序.
本地应用的托管减少了服务器的占用,大大降低了缺少相应IT技能和基础架构的学校的管理难度.
所有这些功能都被整合到一个边缘服务器实例中,每个功能各在一个独立的虚拟机环境内,以确保安全性和可靠性,如图6所示.
148|在分布式云中使用边缘服务器IntelTechnologyJournal|Volume16,Issue4,2012总结总之,我们肯定英特尔具有一些绝佳的大型云计算未来计划,但发展道路却并非一帆风顺.
英特尔将不遗余力地实现英特尔开放云平台愿景.
参考资料[1]Mell、Peter和Grance,Timothy(2011).
"NIST的云计算定义".
美国国家标准与技术研究院,特别出版物800–145.
[2]英特尔公司2010.
英特尔向云计算持续转变的愿景.
[3]GongHaifeng和PronozukTony(2012).
可伸缩的、一体机形式的边缘服务器架构.
英特尔亚太战略小型论坛2012.
[4]ChenAlbert、HaifengGong、HeJackson等.
上海虹口区教育局教育云蓝图.
[5]Hofmann、Markus和LelandR.
Beaumont,内容网络架构、协议和实践.
[6]ChenAlbert、GongHaifeng、HeJackson等.
可伸缩的边缘服务器软件基础架构.
作者简历AlbertChen是英特尔亚太研发有限公司的软件架构师,已经在英特尔工作13年,领导了许多系统软件的创新.
目前Albert为中国教育部从事教育云的架构设计工作.
他的电子邮件是albert.
l.
chen@intel.
com.
Haifeng(Bill)Gong是英特尔亚太研发有限公司的服务器主板设计经理,,已经在英特尔工作8年,曾经参与过4代英特尔服务器产品的开发.
目前Bill也在开发数据中心和云的服务器解决方案.
他的电子邮件是haifeng.
gong@intel.
com.
FayéBriggs博士是英特尔院士,担任英特尔架构事业部可伸缩服务器架构的负责人,已经在英特尔工作15年.
Faye的职责是确保英特尔的多核及基于众核的服务器架构达到世界级的性能.