刀片服务器架构，机架式服务器和刀片服务器的区别

***：刀片服务器有独特架构。与机架式服务器相比，存在多方面区别。在外形上，刀片服务器更为紧凑，多个刀片可插在一个刀箱中；而机架式服务器是单独个体安装在机架上。在扩展性方面，刀片服务器通过刀箱扩展相对便捷，机架式服务器扩展则是增加单个服务器数量。在资源共享上，刀片服务器能共享刀箱的电源、散热等资源，机架式服务器则各自独立配备这些资源。

《深度解析：机架式服务器与刀片服务器在架构等方面的区别》

一、引言

在当今的数据中心环境中，服务器的选择对于企业的IT基础设施建设至关重要，机架式服务器和刀片服务器是两种常见的服务器类型，它们各自有着独特的架构和特点，适用于不同的应用场景，了解它们之间的区别，有助于企业根据自身需求做出合理的选择。

二、刀片服务器架构

（一）刀片服务器的基本结构

1、刀片单元

- 刀片服务器中的刀片单元是其核心组成部分，每个刀片单元本质上是一个独立的服务器主板，它集成了处理器、内存、硬盘（部分刀片可能采用共享存储或者外接存储设备）等基本组件，一个典型的刀片单元可能配备了英特尔至强系列处理器，具备多核心和高频率的特点，能够提供强大的计算能力。

- 这些刀片单元的尺寸通常遵循特定的工业标准，以便能够插入到刀片服务器的机箱中，刀片单元的设计非常紧凑，以实现高密度的服务器部署。

2、机箱与背板

- 刀片服务器机箱是容纳刀片单元的物理外壳，机箱内部有一个背板，这个背板起着连接各个刀片单元的关键作用，背板提供了高速的数据传输通道，使得刀片单元之间能够进行快速的数据交互，背板可以支持高速的以太网连接，速率可以达到10Gb/s甚至更高，同时还可能支持光纤通道等其他高速接口，用于存储区域网络（SAN）的连接。

- 机箱还配备了电源模块和散热系统，电源模块需要为多个刀片单元提供稳定的电力供应，通常采用冗余设计，以确保在某个电源模块出现故障时，刀片服务器仍然能够正常运行，散热系统则通过风扇或者液冷等方式，有效地散发刀片单元运行过程中产生的热量，保证服务器在适宜的温度环境下工作。

3、管理模块

- 刀片服务器通常配备了专门的管理模块，这个管理模块可以对整个刀片服务器进行集中管理，它能够监控各个刀片单元的运行状态，包括处理器利用率、内存使用情况、硬盘健康状态等。

- 通过管理模块，管理员可以远程启动、关闭或者重启单个刀片单元或者整个刀片服务器，管理模块还可以与数据中心的管理系统集成，实现对整个数据中心的统一管理，提高管理效率，降低管理成本。

（二）刀片服务器的网络架构

1、内部网络连接

- 在刀片服务器内部，刀片单元之间的网络连接主要依赖于机箱背板，除了前面提到的高速以太网连接，还有可能采用Infiniband等高性能网络技术，Infiniband网络能够提供低延迟、高带宽的网络连接，适合于高性能计算（HPC）等对网络性能要求极高的应用场景。

- 这种内部网络连接方式使得刀片单元之间的数据传输非常迅速，例如在一个集群计算环境中，多个刀片单元之间可以快速地共享数据，协同完成复杂的计算任务。

2、外部网络连接

- 刀片服务器的外部网络连接通常通过机箱上的网络接口模块实现，这些网络接口模块可以连接到数据中心的局域网（LAN）或者广域网（WAN），常见的网络接口包括千兆以太网接口、万兆以太网接口等。

- 为了提高网络的可靠性和可用性，外部网络连接也经常采用冗余设计，使用双网卡绑定技术，将两个网络接口绑定在一起，当其中一个接口出现故障时，另一个接口可以继续承担网络传输任务，确保服务器与外部网络的连接不中断。

（三）刀片服务器的存储架构

1、本地存储

- 部分刀片单元配备有本地硬盘，用于存储操作系统、应用程序和用户数据等，这些本地硬盘的类型可以是传统的机械硬盘（HDD）或者固态硬盘（SSD），固态硬盘在刀片服务器中的应用越来越广泛，因为它具有读写速度快、抗震性强等优点。

- 由于刀片单元的空间有限，本地存储的容量相对较小，在一些对存储容量要求较高的应用场景中，可能需要结合外部存储设备来满足需求。

2、外部存储连接

- 刀片服务器通常通过背板或者专门的存储接口连接外部存储设备，通过光纤通道连接存储区域网络（SAN）中的磁盘阵列，这种连接方式可以让刀片服务器共享大容量、高性能的存储资源。

- 在企业级数据中心中，使用外部存储设备还可以方便地进行数据备份、恢复和容灾等操作，通过将数据存储在独立的存储设备上，可以提高数据的安全性和可用性。

三、机架式服务器架构

（一）机架式服务器的基本结构

1、服务器机箱

- 机架式服务器的机箱是一个独立的、相对较大的金属外壳，机箱内包含了主板、处理器、内存、硬盘等组件，与刀片服务器的刀片单元相比，机架式服务器机箱有更多的空间用于组件的布局。

- 机架式服务器机箱可以容纳多个硬盘托架，能够安装更多的大容量硬盘，以满足企业对存储容量的需求，机箱内的散热系统也有更多的空间来设计风道，提高散热效率。

2、主板与组件布局

- 机架式服务器的主板上集成了处理器插槽、内存插槽、扩展插槽等组件，处理器插槽通常可以支持多个处理器的安装，一些高端的机架式服务器可以支持双路或者四路英特尔至强处理器，提供强大的计算能力。

- 内存插槽的数量也比较多，可以根据需求插入大量的内存模块，扩展插槽则可以用于安装各种扩展卡，如网卡、显卡（在某些特殊应用场景下）、磁盘阵列卡等，以满足不同的功能需求。

3、电源与散热

- 机架式服务器的电源供应通常采用独立的电源模块，功率根据服务器的配置而定，电源模块也经常采用冗余设计，以确保服务器的稳定运行。

- 散热方面，机架式服务器通常采用风扇散热系统，在机箱内部设计有合理的风道，通过多个风扇协同工作，将服务器内部的热量排出机箱，一些高端的机架式服务器还可能采用液冷技术，以提高散热效率，特别是在高负载的应用场景下。

（二）机架式服务器的网络架构

1、网卡配置

- 机架式服务器的网络连接主要依靠网卡，网卡的类型和数量可以根据服务器的需求进行配置，常见的网卡有千兆以太网网卡、万兆以太网网卡等。

- 在一些需要高网络带宽和低延迟的应用场景中，还可以安装InfiniBand网卡，机架式服务器可以根据实际应用场景灵活选择网卡的类型和数量，在网络服务器中可能需要多个千兆以太网网卡来满足大量用户的并发访问需求。

2、网络布线与连接

- 机架式服务器在数据中心中通常安装在机架上，网络布线相对较为复杂，服务器的网络接口通过网线连接到数据中心的网络交换机，为了便于管理和维护，网络布线需要遵循一定的规范，如采用结构化布线系统。

- 在大规模数据中心中，网络连接的可靠性至关重要，通常会采用冗余的网络交换机和冗余的网络布线，以确保服务器与网络的连接不中断。

（三）机架式服务器的存储架构

1、内部存储

- 机架式服务器内部的存储主要依赖于硬盘，如前所述，机架式服务器机箱内有多个硬盘托架，可以安装大量的硬盘，这些硬盘可以组成磁盘阵列，如RAID 0、RAID 1、RAID 5等，以提高数据的读写速度、可靠性和安全性。

- 对于对存储性能要求较高的应用场景，可以采用固态硬盘作为系统盘或者缓存盘，与机械硬盘组成混合存储系统，既能发挥固态硬盘的速度优势，又能利用机械硬盘的大容量优势。

2、外部存储连接

- 机架式服务器也可以连接外部存储设备，如网络附属存储（NAS）或者存储区域网络（SAN），通过网络接口或者专门的存储接口（如光纤通道接口）连接到外部存储设备，实现数据的共享和存储扩展。

- 在企业级应用中，连接外部存储设备可以方便地进行集中式的数据管理和备份，提高数据的可用性和安全性。

四、刀片服务器与机架式服务器的区别

（一）空间占用与密度

1、刀片服务器

- 刀片服务器的最大优势之一就是其高密度的部署能力，由于刀片单元的紧凑设计和机箱的模块化结构，在相同的空间内，可以容纳更多的服务器单元，一个标准的19英寸机架式机箱中，如果采用刀片服务器，可以容纳多达几十台刀片单元，而如果采用机架式服务器，可能只能容纳几台。

- 这种高密度的特性使得刀片服务器非常适合于数据中心空间有限，但需要大量计算资源的场景，如云计算数据中心、大型互联网企业的数据中心等。

2、机架式服务器

- 机架式服务器相对来说体积较大，每个服务器都需要独立的机箱、电源、散热等系统，在相同的空间内，能够部署的机架式服务器数量要少于刀片服务器。

- 机架式服务器的每个服务器都是独立的个体，在一些对服务器独立性要求较高，或者对服务器定制化有需求的场景下，机架式服务器更有优势。

（二）成本

1、初始采购成本

- 刀片服务器的初始采购成本相对较高，刀片服务器的机箱、背板等基础设施的价格较贵，而且刀片单元本身的价格也不低，刀片服务器需要特定的管理模块等配套设备，这些都会增加初始采购成本。

- 当需要大规模部署服务器时，由于刀片服务器的高密度特性，可以减少对机房空间的需求，从而在一定程度上降低了机房建设成本（如机架购买、机房租赁等成本）。

2、运行成本

- 刀片服务器的运行成本主要包括电力成本和散热成本，由于刀片服务器的高密度，其电力消耗相对较大，特别是在满负载运行时，为了保证刀片服务器的正常散热，散热系统的运行成本也较高。

- 机架式服务器的运行成本相对较低，虽然单个机架式服务器的电力消耗和散热需求相对较低，但是在大规模部署时，由于需要更多的空间，机房的整体电力和散热成本可能会增加。

（三）可扩展性

1、刀片服务器

- 刀片服务器的可扩展性主要体现在刀片单元的添加，在机箱空间允许的情况下，可以方便地插入新的刀片单元来增加计算资源，刀片服务器的网络和存储接口通常是在机箱背板上统一规划的，新插入的刀片单元可以很容易地共享这些资源，具有较好的扩展性。

- 刀片服务器的扩展性也受到机箱容量的限制，一旦机箱装满，就需要购买新的机箱来继续扩展。

2、机架式服务器

- 机架式服务器的可扩展性相对较为灵活，可以根据需求单独购买新的机架式服务器添加到机架中，由于每个机架式服务器都是独立的，在扩展时可以根据实际需求选择不同配置的服务器，可以添加更高性能的处理器、更多的内存或者更大容量的硬盘。

- 不过，机架式服务器在扩展时需要考虑机房空间、网络布线、电源供应等多方面的因素，相对来说扩展的复杂性较高。

（四）管理与维护

1、刀片服务器

- 刀片服务器的管理相对较为集中，通过管理模块可以对整个刀片服务器中的所有刀片单元进行统一管理，包括系统安装、软件更新、故障监控等操作，这种集中管理方式可以大大提高管理效率，减少管理人员的工作量。

- 一旦管理模块出现故障，可能会影响到整个刀片服务器的管理，由于刀片单元的紧凑设计，在进行硬件维修和更换时，操作空间相对较小，难度较大。

2、机架式服务器

- 机架式服务器的管理相对分散，每个机架式服务器都需要单独进行管理，需要分别安装操作系统、配置网络等，这使得管理工作相对繁琐，需要更多的管理人员和时间。

- 不过，在进行硬件维修和更换时，由于机架式服务器的机箱空间较大，操作相对容易，而且单个服务器的故障不会影响到其他服务器的正常运行。

（五）性能

1、计算性能

- 在计算性能方面，刀片服务器和机架式服务器都可以根据需求配置高性能的处理器、大量的内存等组件，由于刀片服务器的高密度设计，在散热方面可能面临更大的挑战，如果散热不好，可能会影响处理器的性能发挥。

- 机架式服务器在散热方面相对有更多的空间和设计灵活性，能够更好地保证处理器在高负载下的性能稳定性。

2、网络性能

- 刀片服务器内部的网络连接通过背板实现高速数据传输，在刀片单元之间的数据交互方面具有一定的优势，刀片服务器可以方便地采用高速网络技术，如Infiniband，来提高整体的网络性能。

- 机架式服务器的网络性能则取决于网卡的配置和网络布线，在需要高网络带宽时，可以通过配置高性能网卡和优化网络布线来满足需求，但相对来说灵活性不如刀片服务器。

3、存储性能

- 刀片服务器如果采用本地存储，由于空间限制，存储容量和性能可能相对有限，但是通过连接外部存储设备，可以实现高性能的存储共享。

- 机架式服务器内部的存储可以根据需求灵活配置，通过组成磁盘阵列等方式提高存储性能，在连接外部存储设备时，也能够满足企业对存储容量和性能的要求。

五、结论

刀片服务器和机架式服务器在架构、空间占用、成本、可扩展性、管理与维护以及性能等方面存在着诸多区别，企业在选择服务器类型时，需要综合考虑自身的业务需求、预算、数据中心空间等因素，如果企业对空间密度要求极高、对集中管理有较高的要求，并且预算充足，刀片服务器可能是一个较好的选择，而如果企业对服务器的独立性、定制化、灵活性以及较低的运行成本更为关注，机架式服务器则可能更适合，通过深入了解这两种服务器的区别，企业能够构建出更适合自身发展的IT基础设施。