服務器三大體系SMP、NUMA、MPP介紹

　　從系統架構來看，目前的商用服務器大體可以分為三類，即對稱多處理器結構（SMP：Symmetric Multi-Processor），非一致存儲訪問結構（NUMA：Non-Uniform Memory Access），以及海量並行處理結構（MPP：Massive Parallel Processing）。它們的特征分別描述如下：

　　SMP（Symmetric Multi-Processor）

　　所謂對稱多處理器結構，是指服務器中多個CPU對稱工作，無主次或從屬關系。各CPU共享相同的物理內存，每個 CPU訪問內存中的任何地址所需時間是相同的，因此SMP也被稱為一致存儲器訪問結構（UMA：Uniform Memory Access）。對SMP服務器進行擴展的方式包括增加內存、使用更快的CPU、增加CPU、擴充I/O（槽口數與總線數）以及添加更多的外部設備（通常是磁盤存儲）。

　　SMP服務器的主要特征是共享，系統中所有資源（CPU、內存、I/O等）都是共享的。也正是由於這種特征，導致了SMP服務器的主要問題，那就是它的擴展能力非常有限。對於SMP服務器而言，每一個共享的環節都可能造成SMP服務器擴展時的瓶頸，而最受限制的則是內存。由於每個CPU必須通過相同的內存總線訪問相同的內存資源，因此隨著CPU數量的增加，內存訪問沖突將迅速增加，最終會造成CPU資源的浪費，使 CPU性能的有效性大大降低。實驗證明，SMP服務器CPU利用率最好的情況是2至4個CPU。

　　

　　
　　圖1.SMP服務器CPU利用率狀態

　　NUMA（Non-Uniform Memory Access）

　　由於SMP在擴展能力上的限制，人們開始探究如何進行有效地擴展從而構建大型系統的技術，NUMA就是這種努力下的結果之一。利用NUMA技術，可以把幾十個CPU（甚至上百個CPU）組合在一個服務器內。其CPU模塊結構如圖2所示：

　　

　　圖2.NUMA服務器CPU模塊結構

　　NUMA服務器的基本特征是具有多個CPU模塊，每個CPU模塊由多個CPU（如4個）組成，並且具有獨立的本地內存、I/O槽口等。由於其節點之間可以通過互聯模塊（如稱為Crossbar Switch）進行連接和信息交互，因此每個CPU可以訪問整個系統的內存（這是NUMA系統與MPP系統的重要差別）。顯然，訪問本地內存的速度將遠遠高於訪問遠地內存（系統內其它節點的內存）的速度，這也是非一致存儲訪問NUMA的由來。由於這個特點，為了更好地發揮系統性能，開發應用程序時需要盡量減少不同CPU模塊之間的信息交互。利用NUMA技術，可以較好地解決原來SMP系統的擴展問題，在一個物理服務器內可以支持上百個CPU。比較典型的NUMA服務器的例子包括HP的Superdome、SUN15K、IBMp690等。

　　但NUMA技術同樣有一定缺陷，由於訪問遠地內存的延時遠遠超過本地內存，因此當CPU數量增加時，系統性能無法線性增加。如HP公司發布Superdome服務器時，曾公布了它與HP其它UNIX服務器的相對性能值，結果發現，64路CPU的Superdome （NUMA結構）的相對性能值是20，而8路N4000（共享的SMP結構）的相對性能值是6.3。從這個結果可以看到，8倍數量的CPU換來的只是3倍性能的提升。

　　

　　圖3.MPP服務器架構圖