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28.02.1992 - 

Spezifikation eines Hochleistungs-Servers

Das Bussystem bestimmt maßgeblich die Performance eines Super-Servers

*Manfred Rödig ist Sales Manager Scalable Workgroups bei der NCR GmbH, Augsburg

Die Anforderungen an Server sind heute berechtigterweise sehr hoch. Dabei beziehen sich die Leistungskriterien sowohl auf die Hardware als auch auf das Betriebssystem, wobei wiederum drei technische Aspekte, nämlich gute Leistung (Performance), hohe Systemverfügbarkeit und Ausbaubarkeit (Skalierbarkeit) von besonderer Bedeutung sind.

Weiteres wichtiges Selektionsmerkmal ist, daß sowohl die Hardware als auch die Software offenen Standards entsprechen müssen.

Da sich die Anforderungen an die Leistung vom Zeitpunkt der Planung über die Realisierung bis zur Abschreibung des Servers mit Sicherheit ändern, das heißt in aller Regel steigen werden, ist die Forderung an ein Mitwachsen des Servers ohne Systemtausch völlig legitim.

Dieses Wachstum darf sich sicherlich nicht nur wegen des wachsenden Datenvolumens auf Speicherkapazitäten im Giga-Bereich beschränken oder mit der Ausbaufähigkeit des Hauptspeichers gleichgesetzt werden. Viel wichtiger ist es, daß die

Systemarchitektur und die Systemkonzeption prinzipiell auf dieses Wachstum ausgerichtet sind.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist der Anspruch an eine hohe Systemverfügbarkeit unter Kostengesichtspunkten, da Fault-Tolerant-Systeme in den meisten Fällen die Wirtschaftlichkeitsberechnung sprengen.

Basis muß also zunächst einmal die Betrachtung des Hardware- und Architekturkonzeptes eines Hochleistungs-Servers sein.

Das Bussystem muß doppelt ausgelegt sein

Die Leistung eines Servers, das heißt die Gesamtsystem-Performance, wird maßgeblich durch die Bussysteme bestimmt. So ist es heute unerläßlich, daß modern konzipierte Systeme mit einem leistungsstarken Doppel-Bus-Konzept arbeiten. Denn dieses Konzept ermöglicht bei Spitzensystemen Durchsatzraten von bis zu 400 MB/s. Herkömmliche (Ein-)Bus-Konzepte realisieren heute maximal 100 MB/s.

Außerdem spielt die Skalierbarkeit im Prozessorbereich eine große Rolle, zum Beispiel durch das Nachrüsten von Hochleistungsprozessoren. Dabei wird jedoch oft eine hohe Anzahl von möglichen Prozessoren als besonderes Leistungsmerkmal herausgestellt. Doch auch hier gilt, daß, bedingt durch die Inter-Prozeß-Kommunikation, eine nicht ausreichend ausgelegte Bus-Breite schnell zum Flaschenhals führt. Bekanntlich kann auch ein Porsche-Motor im Golf-Fahrwerk seine Power nicht entfalten.

Auch im Bereich des Hauptspeichers weisen technische Merkmale auf eine durchdachte Konzeption hin. Daß fehlerkorrigierende Module im Server-Bereich zum Einsatz kommen, gehört heute zum Standard und soll hier nicht weiter ausgeführt werden, Stichwort: EDAC.

Wird ein Memory sequentiell gelesen, sind bei DRAM-Speichern sogenannte Waitstates eingefügt, mit der Folge, daß sich der Durchsatz verringert. Die Implementierung eines ausgereiften Memory-Management-Systems, bei dem jedes Memory-Board als eigener Bereich (Interleave) betrachtet wird und somit Memory-Zugriffe ohne Waitstates möglich sind, tragen zu einer deutlichen Leistungssteigerung speziell bei Datenbankanwendungen bei, bei denen große Datenmengen sequentiell zu verarbeiten sind.

Die Anforderungen an die Prozessorleistung - zu denken ist hier an die Diskussion um MIPS-Werte oder RISC versus CISC - wird speziell im kommerziellen Bereich überbewertet. Dennoch ist es wichtig, State-of-the-Art-TechnoIogie zu fordern und Kompatibilität sicherzustellen.

Wie das Memory wird heute auch die Peripherie über mehrere leistungsfähige Kanäle mit hohen Durchsatzraten angesteuert. Der Berücksichtigung offener Schnittstellen kommt dabei besondere Bedeutung zu.

Offene Konzepte kommen der Integration entgegen

Proprietäre Schnittstellen stehen im Gegensatz zum Beispiel zu SCSII-Schnittstellen, einem offenen Konzept, das somit der schnellen Integration neuer Techniken entgegenkommt.

Ganz wichtiges Leistungsmerkmal von Servern muß natürlich die Systemverfügbarkeit sein. Die doppelte Auslegung aller Systemkomponenten ist der teuerste Weg, um hundertprozentige Ausfallsicherheit zu gewährleisten. Fast eine solche Systemverfügbarkeit läßt sich auch mit preiswerteren Mitteln realisieren.

So sind redundante Netzteile, Peripherie-Controller, fehlerkorrigierende Memories, integrierter Netzausfallschutz mit vollautomatischem Wiederanlauf - wobei die Programme genau an dem Punkt fortgesetzt werden, wo sie beim Stromausfall standen - und last, but not least Disk Arrays die Erfolgsgaranten.

Dabei bieten gerade Disk Arras, bei denen bekanntlich auch der Sicherheits-Raid-Level gewählt werden kann, gegenüber doppelter Diskkapazität, wie sie beim Spiegelkonzept erforderlich sind, einen gravierenden Kostenvorteil. Hier wird für den gleichen Effekt nämlich nur 20 Prozent mehr Disk-Volumen benötigt.

Diagnoseprozessoren erlauben zusätzlich, während des täglichen Routineablaufes Systemkomponenten zu testen und gegebenenfalls vorbeugend auszutauschen, so daß die komplette Spiegelung im normalen Einsatzumfeld heute nicht mehr nötig ist.

Hohe Systemverfügbarkeit ist letztendlich auch eine Frage, inwieweit die Bauteileintegration erfolgt oder wie viele Funktionen in sogenannten Application Specific Integrated Circuits (ASIC) implementiert sind.

Bekanntlich reduziert hohe Integration die Zahl der BauteiIe, was wiederum zu höheren Verarbeitungsgeschwindigkeiten bei geringerer Ausfallwahrscheinlichkeit führt. Führende Anbieter entwickeln hier besonderen Ehrgeiz, Leistungs- und Kostenvorteile zu erzielen.

Leistung und Ausbauoption durch mehrere l/O-Kanäle

Die Leistungs- und Ausbaufähigkeit (Skalierbarkeit) wird neben den bereits genannten technischen Einzelheiten natürlich dadurch gekennzeichnet, daß über mehrere Ein- und Ausgabe-Kanäle eine Lastverteilung erfolgen kann. So wird die Integration im lokalen Bereich nicht mehr nur über einen LAN-Prozessor laufen, sondern über mehrere, die sich wiederum nachrüsten lassen. Gleiches gilt im übrigen für den WAN-Bereich und die Anzahl der Netzwerkanschlüsse.

Die Multiprozessor-Fähigkeit oder zumindest die Option, einen installierten Server zum Multiprozessor-System aufzurüsten, ist heute ebenfalls vorauszusetzen.

Doch alle diese Merkmale müssen im Hinblick auf ein geplantes Wachstum durch ein Leistungsfähiges Multiprozessor-Konzept abgerundet sein. Abhängigkeiten wie sie zum Beispiel beim Master-Slave-Konzept gegeben sind, lassen sich durch eine volle symmetrische Multiprozessor-lmplementierung mit dynamischer Lastverteilung ausschalten.

Dieses Design stellt sicher, daß nur eine Kopie des Betriebssystems im System liegt, Overhead vermieden wird und dennoch keine Abhängigkeiten beziehungsweise Flaschenhälse entstehen.

Zur Betriebssicherheit eines Systems gehören natürlich auch Funktionen des Betriebssystems wie automatische Systemkonfiguration beim Tagesstart, automatisches Umkonfigurieren des Systems, falls eine Komponente ausfällt, fehlerresistente l/O-Driver und die Möglichkeit, Tuningmaßnahmen online ausführen zu können.

All diese Anforderungen auf der Basis eines offenen Betriebssystems - Unix V 4 - implementiert in Verbindung mit der aufgezeigten Architektur, kennzeichnen heute einen Hochleistungs-Server, wobei deutlich sein muß, daß nicht die Gewichtung von Spitzenwerten in Teilbereichen, sondern die Betrachtung des Gesamtkonzeptes für eine Bewertung wichtig ist.