第3章 计算资源

                                                      第3章 计算资源


3.1 图灵与冯.诺依曼模型

    1.图灵机

    2.冯.诺依曼模型

    基于冯.诺依曼模型建造的计算机分为5个部件:

    。存放数据和指令的存储部件;

    。对数据执行算术和逻辑运算的算术逻辑部件

    。把数据从外部时间转移到计算机的内部的输入部件

    。把结果从计算机内部转移到外部时间的输出部件;

    。协调各方的控制器部件。

    1)存储器

    在计算机的处理过程中存储器是用来存储数据和程序的。

    2)算术逻辑单元(ALU)

    算术逻辑单元是用来进行算术运算和逻辑运算的,算术运算及两个数的加法、减法、乘法和除法,

逻辑运算,亦即与、或、非运算。

    3)输入/输出部件

    输入/输出部件是计算机和外部世界沟通的渠道,如果在计算过程中无法与外界交互,无法获取外界

的值,或者无法将结果输出给外界,那么再强的计算能力也是无用的。

    4)控制器

    控制器掌握着读取-执行周期,它是计算机中的总控制中心。

    在控制器中有两种寄存器。指令寄存器存放着正在执行的指令,程序计数器存放着下一条执行指令的地址。

ALU和控制器的协作非常紧密,所以它们常被当作一个部件,被称为CPU(Central Process Unit,中央处理器)

3.2 服务器的种类

    按照CPU体系架构来区分,企业服务器主要分为以下两类:

    。非x86服务器:包括大型机、小型机和UNIX服务器,它们使用RISC(简简指令集)或EPIC处理器,并且主要采用

UNIX和其它专用操作系统。

    。x86服务器:又叫做CISC架构服务器,即通常所将的PC服务器,它是基于CP体系结构,使用Inter或其它兼容x86

指令集的处理器芯片得到诸如Linux、Windows等操作系统的广泛支持。

    1) CISC型CPU

    CISC(Complex Instruction Set Computer,复杂指令集)指Inter生产的x86(Inter CPU的一种命名规范)系列CPU

及其兼容CPU,基于PC机(个人电脑)的体系结构。这种CPU一般都是32位的结构,可称为IA-32 CPU(IA是Inter Architecture

的缩写,即Inter架构)。CISC型CPU目前主要有Inter的服务器CPU和AMD的服务器CPU两类。

    2) RISC型CPU

    RISC(Reduced Instruction Set Computing,简洁指令集)是在CISC(Complex Instruction Set Computer)指令系统的基础

上发展起来的,相对于CISC型CPU,RISC型CPU不仅简洁了指令系统,还采用了一种超标量和超流水线的结构。架构在同等频率下,

采用RISC架构的CPU比采用CISC架构的CPU性能高很多,这是由CPU的技术特征特征决定的。RISC型CPU与Inter、AMD的CPU在软件和

硬件上不兼容。

    根据不同的业务需求与应用场景,可以将服务器架构分为【通用式服务器】、【机架式服务器】、【刀架式服务区】

和【企业服务器】。

    1) 直立式服务器(塔式服务器)

    2) 机架式服务器

    3) 刀片式服务器


3.3 一切都是二进制

3.3.1 整数表示法

3.3.2 文本表示法

3.3.3 音频信息表示法

    音调、响度、音色是声音的三个主要特征,人们根据它们来区分声音。

    。响度

    。音调

    。音色又称音品

3.4 操作系统---计算机系统的指挥官

3.4.1 操作系统解决的问题

    1)掩盖底层硬件设备的复杂性

    2)硬件资源调度与分配

    3)提供统一的程序运行环境

    4)在多任务下的系统安全性

3.4.2 企业级操作系统

    企业级操作系统领域主要分为三大阵营:UNIX、Linux与Windows。Linux的诞生于UNIX有渊源。

    1.UNIX

    1) IBM AIX UNIX

    2) HP-UX

    3) Solaris UNIX

    Solaris原先是Sun Microsystems公司开发的UNIX操作系统,后来Sun公司被Oracle并购,其改名

为Oracle Solaris。

    Solaris运行在两个平台上:Inter x86及SPARC / UltraSPARC。后者是Sun Microsystems公司开发

使用的处理器。因此,Solaris在SPARC上拥有强大的处理能力和硬件支持,同时Inter x86上的的性能也

正在得到改善。

    2.Linux

    1) RedHat Enterprise Linux 

    2) CentOS

    3) SUSE Linux

    4) Debian Linux

    5) Ubuntu

3.4.3 服务器虚拟化

    1.Hypervisor模式

    在Hypervisor模式中,VMM首先是一根完备的操作系统,是为虚拟化而设计的,还具备虚拟化功能。从物理

资源上看,所有的物理资源都归VMM所有,VMM承担这管理物理资源的责任。其次,VMM需要向上提供虚拟机用于

运行客户机操作系统,负责虚拟化环境的创建和管理。

    2.宿主模式

    在宿主模型中,物理资源是由宿主机操作系统管理的。宿主机操作系统是传统操作系统,本身不具备虚拟化

功能,实际的操作系统由VMM来提供。

    3.混合模式

    混合模型是两种模式的混合体。VMM依然位于最底层,拥有所有的物理资源。VMM会将大部分I/O设备的控制权,

交给一个运行在特权虚拟机中的特权操作系统。VMM的虚拟化功能也被分担,处理器和内存的虚拟化依然由VMM来完成,

而I/O的虚拟化则由VMM和特权操作系统共同合作完成。


3.5 进程---资源聚合的抽象体

2.5.1 计算单元的构建

    1.通过配置管理工具构建

    2.通过镜像构建

    3.通过分离程序与进程构建

    4.通过容器构建

    容器可以理解为轻量级的虚拟机,它具有虚拟机的资源隔离性,但同时它又如同简单的进程一样在消耗最少的资源

的情况下准备好了一个独立的运行空间。同容器构建可和好地解决"分离程序与进程构建"的难点。


3.5.2 计算请求的拆解

    计算逻辑的构建是为了在任意节点都能够执行相同的逻辑、快速地复制、扩充计算能力。在计算的源头上,我们必须

有办法将请求拆分、分发到计算节点。要想拆分计算,则需要对计算类型进行归类。

    1.Service拆解

    服务型计算主要是指Web服务器在一定时间内响应用户的请求,返回计算结果。每一个请求的计算量并不大,但请求的

数量随着用户量、业务量的增加而增加。

    Service类型的源头由大量重复的单一请求构成,任务拆解方式是从前端依据请求属性进行任务分发。在请求的数据传输

路径上,有两个位置可以防止任务分发器。

    2.Batch拆解

    对于Batch批处理类型的计算,每一次任务要对整个数据集进行计算;相对于大数据而言,其真正的处理瓶颈在于计算能力
 
 的不足,直接原因是数据的不可拆分导致计算的不可并发执行。Batch批处理类型通常叫做离线任务,为了提升计算能力,我们

 会人为地对数据进行拆分,从而可以并发处理,提升计算能力。
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