Новые бизнес-серверы SNI CHAMPION

И.Федоров

Концепция открытой архитектуры избавляет пользователя от необходимости следовать изгибам технической политики единожды выбранного поставщика, позволяя эффективно интегрировать разнообразные аппаратные и программные средства. Открытые системы, поддержанные многими производителями, защищают пользователя от неудач той или иной фирмы, обеспечивая тем самым эффективность вложения средств. Тем не менее многочисленные попытки создания разнообразных ассоциаций с целью выработки единой долговременной технической политики имели пока лишь ограниченный успех. Поэтому пользователь должен точно понимать, насколько в действительности "открыто" решение, предлагаемое той или иной фирмой.

Когда в 1991 году руководство подразделения бизнес-серверов среднего класса компании Siemens Nixdorf Informationssysteme (SNI) приняло решение перейти к открытой RISC-архитектуре на базе микропроцессоров компании MIPS, только самые прозорливые могли предположить, что спустя всего четыре года, сменив три поколения RISC-систем, фирма именно на этой волне войдет в число ведущих игроков компьютерного рынка. Сегодня приятно осознавать, что успех явился продолжением продуманной технической политики следования важнейшим отраслевым стандартам. Говоря о курсе на открытую архитектуру, нельзя не упомянуть о многолетнем сотрудничестве SNI с американской фирмой Pyramid, играющей ключевую роль в секторе многопроцессорных компьютеров с SMP- и MPP-архитектурой. Взаимное сближение идеологии построения систем закончилось объединением двух компаний в 1995 году и сегодня SNI предлагает широкий спектр двоично-совместимых компьютеров, начиная от однопроцессорных рабочих станций и многопроцессорных SMP-систем и до MPP-суперсерверов RM1000 Reliant.

В ноябре 1995 года SNI объявила о выпуске нового поколения бизнес-серверов, заменившего выпускавшиеся ранее модели RM400 и RM200 и получившего название Champion серии "С", состоящей из трех семейств: сервера масштаба предприятия - RM400C, уровня подразделения - RM300C и рабочей группы - RM200C. Основными сферами применения компьютеров серии "С" являются: серверы баз данных, серверы приложений, классические многопользовательские системы, кластерные системы повышенной надежности, серверы для хранения и обработки мультимедийной информации.

Новое семейство - новые возможности

Слово "бизнес" в названии модели обозначает не только класс решаемых задач, но и указывает, что они предназначены для бизнесменов, которые, как известно, умеют считать деньги. Поэтому модели серии, кроме быстродействия, отличаются еще экономичностью, расширяемостью и масштабируемостью. Среди особенностей серии можно прежде всего выделить четырехпроцессорную SMP-технологию, благодаря которой, в системах этого класса стоимости, серверы "С" имеют высокие показатели быстродействия. Открытая аппаратная архитектура имеет модульную структуру, что позволяет плавно наращивать мощность. Например, в старших моделях можно безболезненно увеличивать число процессоров. Периферийная шина имеет стандартный интерфейс, причем число разъемов на шине существенно больше, чем у большинства альтернативных систем. В конструкции серии "С" были применены разнообразные меры повышения надежности, как на аппаратном, так и на программном уровнях, причем достигнутый уровень готовности соответствует более дорогим системам. Базовое программное обеспечение (ОС Windows NT и SINIX) гарантирует переносимость приложений. Рассмотрим подробнее, какие открытые решения были использованы при проектировании машин серии "С".

В погоне за рекордами

Зачастую выбор микропроцессора определяет степень открытости вычислительной системы. Наивно полагать, что компьютер на базе Intel обязательно имеет открытую архитектуру - можно привести ряд примеров, когда данный микропроцессор работает под управлением фирменных ОС, несовместимых с системами других производителей, и не допускает установки чужих аппаратных компонентов. Выбирая микропроцессор, разработчики учитывают ряд факторов, среди которых не только производительность и стоимость, но и количество изготовителей данного продукта. Как ни приятно быть единственным изготовителем товара или эксклюзивным пользователем, ни одна даже самая большая фирма не может себе этого позволить. К счастью, удачные технические решения часто становятся фактическим стандартом.

Микропроцессоры архитектуры, разработанной фирмой MIPS, изготавливаются большим числом компаний: MIPS/SGI, LSI, IDT, NEC, Toshiba, Siemens. На их базе разрабатывают свои компьютерные системы компании Silicon Graphics, Siemens Nixdorf, NEC, Concurrent, NetPower, Tandem, Philips. В наблюдательный совет MIPS входят представители 12 компаний, среди которых SGI, SNI, Microsoft, Olivetti. Разработан стандарт MIPSabi, обеспечивающий переносимость бинарных приложений между различными MIPS-платформами, работающими под управлением ОС UNIX. У MIPS самый длительный опыт работы с 64-разрядными архитектурами, а выпускаемые ею процессоры поддерживают создание SMP-архитектур с разделяемой памятью из десятков микропроцессоров. Пользователей очень привлекает ориентация новой архитектуры на применения мультимедиа и высококачественные средства визуализации изображений. Неслучайно микропроцессоры этого семейства часто используются для встроенных контроллеров.

Сама аббревиатура MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) обозначает "микропроцессор без задержек ожидания конвейера". Тем самым подчеркнуто важнейшее свойство RISC-архитектур - сбалансированность тракта выборки команд с функциональными узлами процессора. Отличительной особенностью семейства чипов Rxxxx являются специальные алгоритмы обеспечения когерентности и консистентности кэшей в многопроцессорных конфигурациях. Например, в микропроцессоре R4400 реализованы 64-разрядные шина данных и внутренние регистры, что позволяет за один такт обращения к памяти записать или прочитать либо одно число с плавающей точкой, либо две инструкции. Благодаря этому, внутренний конвейер МП работает с удвоением частоты. Следующий шаг в создании высокопроизводительных систем позволит сделать процессор R10000 [1]. Благодаря наличию нескольких обрабатывающих устройств данный чип сможет выполнить две целочисленные инструкции и две инструкции с вещественными числами за один такт, что обеспечивает ему завидную производительность при частоте работы 200 МГц. Для однопроцессорных моделей младшего класса предназначены микропроцессоры R4700/175 МГц и R5000, приходящие на смену R4600. Эти недорогие версии выбраны консорциумом фирм во главе с Philips в качестве основы построения устройств обработки информации мультимедиа, в том числе игровых приставок нового поколения.

Системная архитектура: баланс сил

Если микропроцессор образно называют сердцем вычислительного комплекса, то структура шин образует ее кровеносную систему. Обе подсистемы должны хорошо согласовываться друг с другом, чтобы не образовывать узких мест. Дело в том, что стоимость компьютера определяется в основном конструкцией и характеристиками его шин. Известно, что увеличение пропускной способности шины в два раза может привести к увеличению цены почти в четыре раза, что особенно характерно для некоторых серверов с закрытой архитектурой, построенных на базе дешевого микропроцессора Pentium, но имеющие большую стоимость, чем аналогичные по производительности и комплектации компьютеры серии Champion.

Разработчики новой серии "С" пошли по пути унификации основных технических решений для всех моделей широкого спектра производительности. В основе архитектуры магистралей компьютеров серии "С" лежит многосегментная шина. Центральный 64-разрядный сегмент, связывающий процессор и память, работает с частотой 66 МГц, что обеспечивает скорость передачи информации по шине со скоростью 528 Мбайт/с это на 30% выше, чем в модели RM предыдущего поколения. Конструкция разработана с возможностью перехода на более быстродействующий процессор R10000, в случае применения которого скорость обмена информацией повышается до 667 Мбайт/с при частоте 83 МГц.

Особенностью дизайна серии "С" являются новые двухпроцессорные платы, на которых установлены два R4400MC каждый со своим кэшем второго уровня. Это решение позволит существенно сократить трафик на шине, поскольку большая часть пересылок информации осуществляется между МП на плате. Технология Plug-and-Play позволяет автоматически распознать тип подключенной процессорной платы и настроить систему. Сегмент, обслуживающий память, спроектирован с возможностью обслуживания синхронных динамических микросхемы памяти с малыми задержками ожидания. Новая технология управления памятью обеспечивает выборку информации из динамического ЗУ за 12 нс. Для ввода/вывода используется шина PCI, полностью совместимая со стандартом, разработанным для ПК. Низкоскоростные устройства подключаются к шине EISA/ISA. Следует отметить, что все модели содержат больше разъемов для подключения на обеих шинах, чем серверы, имеющие архитектуру ПК. Использование для ввода/вывода стандартных шин открывает пользователям свободу выбора контроллеров периферийных устройств.

Модульная структура аппаратных средств

Серия "С" имеет модульное исполнение - все электронные компоненты, за исключением процессоров и оперативной памяти, собраны на материнской плате. В зависимости от модели, имеются один или два разъема для установки одно- или двухпроцессорных модулей и плат оперативной памяти, разъемы для плат расширения в стандартах PCI и EISA/ISA. Модули процессора могут содержать один или два чипа R4400/200 МГц и различаются размером кэша второго уровня - в старших моделях емкость внешнего кэша составляет 4 Мбайт. Двухпроцессорные платы содержат сдвоенный кэш. Оперативная память во всех моделях выполнена на платах, оборудованных синхронными динамическими микросхемами памяти. Емкость плат варьируется от 32 до 128 Мбайт. Старшие модели серии имеют восемь гнезд для установки плат памяти - максимальная емкость достигает 1 Гбайт. По мере появления микросхем емкостью 64 Мбайт в корпусе, максимальная емкость возрастет до 2 Гбайт. Оперативная память и кэши второго уровня защищены корректирующими кодами, позволяющими исправлять одиночные ошибки и выявлять их пакеты.

На материнской плате расположены: контроллер Ethernet, имеющий интерфейсы типа 10Base5 (AUI) 10BaseT. Поддерживаются протоколы TCP/IP, SNA и OSI. Двухканальный контроллер SCSI-2 используется для подключения стандартных периферийных устройств: CD-ROM, Foppy Disk, MTC и дисков, располагаемых внутри корпуса. Интерфейс Bitronics, полностью совместимый с Centronics, допускает двунаправленную связь со скоростью до 1 Мбит/с с периферийными устройствами, используя протокол ECP (Enhanced Peripherial Protocol). В качестве системной консоли обычно используется цветной монитор, подключаемый к видео-контроллеру SVGA, установленному на материнской плате.

Возможности масштабирования

Семейства, входящие в серию "С", отличаются расширенными возможностями комплектации и масштабирования. Старшее семейство RM400C имеет корпус типа "стойка". В максимальной конфигурации возможна установка пары двупроцессорных плат и модулей оперативной памяти емкостью до 1 Гбайт. В корпусе размещаются три отсека: для флоппи-диска, CD-ROM и накопителя на кассетной магнитной ленте MTC. Кроме этого, предусмотрены места для 6 накопителей размером 3 дюйма половинной высоты максимальной емкостью 4 Гбайт каждый. Отсеки для дисков выполнены так, чтобы обеспечить доступ к ним со стороны передней панели. Существенным отличием является конфигурация встроенных дисковых накопителей в виде массива RAID. Для этой цели используется специальный контроллер, вставляемый в разъем расширения PCI, поддерживающий работу RAID уровней 0,1 и 5.

Встроенный RAID позволяет создавать дешевые компактные конфигурации повышенной надежности. В том случае, когда емкости встроенного RAID становится недостаточно, используют шкаф расширения, где размещаются 18 дисководов емкостью до 4 Гбайт каждый, объединенные в три группы по 6 дисков. Массив управляется 3-х канальным RAID контроллером, устанавливаемым в разъем расширения PCI на материнской плате. Работа дисководов контролируется программой, и в случае отказа дефектный накопитель индицируется светодиодом. При этом отказавший диск можно заменить без остановки машины. Эта возможность, называемая OLR (On Line Replacement), позволяет строить конфигурации повышенной надежности, в которых один внешний дисковый массив подключается сразу к нескольким компьютерам. Шкаф расширения дисков спроектирован с учетом такой возможности, кроме того, все диски и источники питания можно заменять без отключения питания. В нижней части системного шкафа имеются места для двух источников питания и двух аккумуляторных батарей. Оба устройства конструктивно выполнены в виде съемных блоков. Благодаря этому, можно заменить отказавший источник питания без отключения системы. Блок батарейного питания обеспечивает работу системы в течение 3 минут, необходимых для нормального завершения заданий в случае аварии электросети. Если необходимо поддерживать работу системы более длительное время, следует использовать внешние бесперебойные источники питания, управляемые по интерфейсу RS-232.

Семейство RM300C предназначено для использования в качестве сервера масштаба подразделения и размещается в корпусе типа "компактная стойка". На материнскую плату можно установить одну дву-процессорную плату и модули ОЗУ емкостью до 512 Мбайт. Внутри корпуса, помимо стандартных флоппи-диска, CD-ROM и MTC, расположен отсек, где помещаются три магнитных диска высотой 1.6 дюйма либо 5 дисков высотой 1 дюйм. Замена дисков без выключения не допускается, однако RAID может быть собран в шкафу расширения. Однопроцессорная модель RM200C может использоваться в качестве сервера рабочей группы или рабочей станции. В отличие от прочих, в этой модели используется микропроцессор R4600/133 МГц. Для применения в качестве мультимедийной станции разработаны несколько графических видеоадаптеров, наиболее мощный из которых обеспечивает разрешение 1280*1024, пиксел при 16 млн. цветов, аппаратный Z-буфер и поддержку алгоритма сжатия MPEG. Для всех моделей серии "С" имеется широкий выбор адаптеров коммуникационных устройств: ATM, Fast Ethernet, FDDI, SCSI. Эти высокоскоростные адаптеры подключаются к шине PCI, имеющей достаточную производительность.

SINIX - сертификат X/Open

В качестве операционной среды в машинах семейства "С" используются Windows NT или SINIX - сертифицированная X/Open версия UNIX. По оценке Gartner Group ожидается существенный рост популярности Windows NT, поэтому появление на рынке многопроцессорных серверов, сочетающих высокую производительность с повышенной надежностью и бесперебойной работой, оценивается обозревателями как своевременное. Следует отметить, что серия "С" предназначена прежде всего для критичных к отказам бизнес-применений, где использование компьютеров с архитектурой ПК нецелесообразно. На новую платформу уже перенесены многие приложения.

По мнению Datapro Report операционная система SINIX является одной из самых стандартизованных версий UNIX, соответствующих требованиям POSIX, SVID, XPG4, что подтверждают многочисленные сертификаты, выданные X/Open. SINIX 5.42 базируется на AT&T System V Release 4 и имеет полную функциональность SVR4. Являясь членом OSF, SNI расширяет свой продукт OSF/Motif и OSF/DCE, и активно участвует в процессе выработки стандартов на 64-разрядные версии UNIX. Являясь членом нескольких международных комитетов, SNI обещает совместимость своей 64-разрядной версии с существующими стандартами. Отличительными особенностями SINIX являются масштабируемость, высокое быстродействие и функциональность, надежность в работе. Особенно важно, что SINIX демонстрирует неплохое быстродействие на однопроцессорных системах, на SMP-конфигурациях с несколькими десятками процессоров. Высокие показатели данная ОС имеет и при работе с MPP-конфигурациями, имеющими несколько сотен процессоров.

В версии для семейства "С" используются модели симметричного соединения МП и сильносвязанной разделяемой памяти, при этом все процессоры используют общую копию ядра, одновременно исполняют его код, выполняют системные вызовы и обрабатывают прерывания. Ядро оптимизировано с целью уменьшить длину критических участков кода, использовать аппаратную поддержку семафоров и атомарных операций, предоставляемую процессорами MIPS. Среди особенностей SINIX следует упомянуть асинхронный ввод/вывод, используемый, например, Oracle и Sybase для ускорения доступа к дискам, и распределенный менеджер блокировок, синхронизующий обращения к общим дискам в кластерных конфигурациях, который необходим для установки Oracle Parallel Server.

SINIX содержит разнообразные средства повышения надежности работы: файловую систему Veritas (VxFS), которая имеет более высокую производительность и надежность, чем стандартные ufs и s5. Ее особенностью является возможность настройки в оперативном режиме. Интересно, что файловая система Destiny является подмножеством Veritas - ее другое название VxFSlite. В списке возможностей данной системы следующие функции:

• поддержка виртуальных дисков, включая объединение, разбиение и чередование;
• зеркальные и электронные диски также предусмотрены в данной файловой системе;
• объединение нескольких разделов в логический том, превосходящий по емкости любой накопитель в системе. Запись информации в разделы, образующие том, осуществляется последовательно по мере заполнения. Распределение по набору дисков (Disk Striping) позволяет создавать логический том из нескольких разделов, расположенных на разных накопителях. Запись блоков информации одного файла осуществляется параллельно в разные разделы таким образом, что информация оказывается распределенной по всем накопителям, образующим данный том. Это позволяет в процессе выполнения операций ввода-вывода осуществлять параллельное, одновременное обслуживание сразу нескольких блоков данных, что повышает скорость выполнения дисковых операций.
• чередование дисков (Interleaving) использует распределение информации аналогично предыдущему способу. Дополнительно задействуются несколько контроллеров и путей доступа, что позволяет увеличить производительность ввода-вывода до 6 раз. Этот тип виртуальных дисков применяется в приложениях, требующих высоких скоростей ввода-вывода, например передачи коротких блоков данных фиксированной длины, требуемых, например, при обработке транзакций.

Зеркальные диски используются как средство обеспечения повышенной сохранности данных. Информация автоматически параллельно дублируется в нескольких разделах дисков. Средства контроля работоспособности аппаратных средств размещаются как в основном, так и во вспомогательных шкафах, и включают слежение за температурой, работой вентиляторов и источников питания. Кроме этого, в системе предусмотрены возможности мониторинга выполнения вычислительных задач. В кластерной конфигурации узлы могут контролировать не только работу аппаратурных компонентов, но и состояние процессов.

Если система оборудована BBU, это позволяет игнорировать отказы питания длительностью до 20 сек, а в случае отказа вентиляторов - выдать предупреждение и завершить работу через определенный промежуток времени. В случае аварии, периферийные устройства могут быть переключены на запасной компьютер.

Все перечисленные возможности достаточно ярко свидетельствуют, что модели семейства, ориентированные на работу в открытых операционных средах, предназначены для использования при решении задач критичных к сбоям, потерям информации, требующих высокой надежности, а таких сегодня становится все больше, поскольку во многих случаях остановка вычислительного процесса даже на короткое время может привести к весьма ощутимым финансовым потерям.

Разнообразие применений

Модели нового семейства нацелены на рынок применений, критичных к сбоям. Имея невысокую цену, они дополняют ПК, работающие в системах клиент/сервер. Перечислим типовые варианты применения машин семейства RM:

• сервер баз данных в среде клиент/сервер;
• сервер файлов и печати;
• сервер приложений.

Классическая многопользовательская конфигурация снова становится популярной, учитывая простоту администрирования и надежность функционирования. Существуют программы миграции с систем типа PICK, OS/400, VAX/VMS в открытую среду SINIX. Младшие машины семейства RM используются для управления корпоративными сетями; при этом применяются такие программные средства, как HP Open View, CA-Unicener, SNI Transview.

Литература

[1] Микропроцессор MIPS R10000. - "Открытые системы", 6, 1995