第2章 计算机工作原理

1.1 学习的知识点

1     硬件基础

2     电脑主机的组成

3     IO各层次性能汇总

4     计算机的工作原理

5     DELL阵列卡（RAID卡）

2.1 具体内容

2.1.1 初识电脑硬件

       1）笔记本电脑；

       2）家用台式电脑；

       3）网站PC服务器；

             

2.1.2 电脑主机的组成

       一台电脑是有许多的零部件组成，只有这些零部件组合在一起协调的工作，才能称之为电脑。电脑发展到现在，其零部件都有了很大的变化，但其工作原理却没有改变，其中包括主板、CPU、内存、硬盘、显卡、声卡等等。

       在运维的工作中CPU、内存、硬盘是最为日常工作中重要的维护部分。

 

2.1.2.1 电源

功能：保障电脑的电源供应；

作用：在服务器领域，电源的作用更加的重要，因此，服务器一般单个服务器都用双电源。还有一些公司是使用双路电（AB路）。 如果是集群（一堆机器做一件事，一个机器挂了用户访问不影响！）的情况可以不用双电源。

比喻为：人体心脏

 

2.1.2.2 主板

功能：所有板卡必须通过主板发挥作用，主板的性能和质量的好坏直接影响到整个系统。

作用：在服务器领域，不是太重要。

比喻为：人体骨架

 

2.1.2.3 主板芯片组

功能：主板芯片组是主板上的重要的部件，主板的功能主要取决于芯片组。芯片组负责管理CPU和内存、各种总线扩展以及外设的支持。

作用：在服务器领域，不是太重要。

 

2.1.2.4 BIOS芯片组

功能：BISO芯片（CMOS芯片）负责主板通电后各部分自检，设置，保存，一切正常后才能启动操作系统。记录了电脑最基本的信息，是软件与硬件打交道地最基础的桥梁，没有它电脑就不能工作。

常见的3种BIOS：Award、AMI、Phoenix。

作用：在服务器领域，负责主板通电后各部分自检，设置，保存，一切正常后才能启动操作系统。

*面试题：Linux操作系统的启动流程？

1）开机；2）加载BIOS

 

2.1.2.5 CPU

功能：负责运算和控制的控制中心，运算重要部件，是电脑的核心的部件。CPU比计算机中任何都更能决定计算机的工作速度和效率。

作用：在服务器领域，至关重要。

比喻为：人体大脑

应用：企业2-4颗，单颗CPU是4核。内存总量一般是16-256G（常见的是32G、64G）；

如果是虚拟的4-8颗，内存总量一般是·48-128G，6-10个虚拟机。

 

2.1.2.6 CPU风扇

功能：为CPU降温，如果风扇坏了，CUP可能就完了。

作用：在服务器领域，维护的服务器，一旦发现死机了，经常性的重启，可能就是CPU的温度过高了，其中一个原可能就是风扇不转了。

 

2.1.2.7 硬盘

功能：也被称之为磁盘，简单的说就是一个大容量存储器，存储视频、文本、音频等各种数据，成为电脑不可缺少的配件。

作用：由于计算机在工作时，CPU、输入输出设备与存储器之间要大量的交换数据，因此，存储器的存取速度和容量，也是影响计算机运行速度的主要因素之一。在服务器领域，特别是在服务器优化场景，硬盘的性能是决定网站的性能的重要因素。

性能：（3.5英寸盘；机械硬盘；性能不高）SATA接口<SAS<SSD (电子设备，不是机械设备)

       价格：SSD>SAS>SATA

       企业级服务器应用：

1) 线下的业务可选择SATA（7200-10000 w/m）。例如：备份服务。

SATA特点：容量大，价格便宜，但是速度比较慢。

2) 常规正式工作场景（线上的业务）主选SAS。

SAS特点：结合SATA和SCSI的优点，硬盘（转速15000w/m），机械硬盘转速高、性能好。

3）高并发，数据总量小的业务选择SSD。

SSD特点：速度快，价格高。

 

2.1.2.6 内存

功能：CPU和硬盘之间的缓冲设备；是电脑的一个临时存储器，它指负责电脑数据的中转而不能永久保存。它的容量和处理速度直接决定了电脑数据传输的快慢，和CPU、硬盘一起并称为电脑的三大件。

一般程序运行的时候会被调度到内存中执行，服务器关闭或程序关闭之后，数据自动从内存中释放掉。

作用：内存是CPU能够直接访问的·存储器，CPU从内存中读取操作指令和数据，又把运算或处理结果送回内存。在服务器领域，会把用户想用、经常使用的数据存放到内存中，提高用户使用时的体验。

 

一些基本概念：

程序：c/php/java，代码文件，静态的，放在硬盘里的数据。

进程：正在执行着的程序，进程运行就是，系统把程序放在内存里执行。

守护进程：持续保持运行着的程序。

 

2.1.2.7 显卡

略过；

 

2.1.2.8 光驱（光盘驱动器）

略过；

COBBLER无人值守安装：

http://blog.oldboyedu.com/autoinstall-kickstart/

 

KICKSTART无人值守安装：

http://blog.oldboyedu.com/autoinstall-cobbler/

 

2.1.2.9远程控制卡

作用：开关服务器，并可以查看服务器开关的过程等信息。快速恢复服务。

自带：可以关机、开机，但是看不到开关的显示过程。

选择独立的远程管理卡，可以看到开关机的显示过程。

大客户有KVM远程管理，特大客户会有自己的人员驻扎在机房。

 

2.1.3 IO各层次性能汇总

以下图片可以清晰的解释IO的运行效率：

 

以下图片运行速度对比：

2.1.4 计算机的工作原理

2.1.5 DELL阵列卡（RAID卡）

1 byte = 8 bit; 1K = 1024 byte; 1 M = 1024K; 1 G = 1024 M; 1 T = 1024 G; 1 PB = 1024 T

作用：网站数据量很大的时候，单块硬盘装不下了，购买多块盘，有了RAID卡后，一般硬盘就会插到RAID卡上，而不是直接插到主板上。

功能：

1）把所有的硬盘整合成一个大硬盘，再在这个大硬盘上分区（虚拟硬盘）存放数据。

2)    多块盘放在一起可以有冗余（备份）。

RAID有多种整合方式：（常见的： RAID 01 5 10）

常规：会购买独立的RAID卡

RAID 0：至少1块硬盘最多是n块硬盘进行组合，RAID 0=1+2+3+n，组合后存储量没有损失，没有冗余（备份），速度快。

RAID 1：只能有2块硬盘，大小可以不一样，但是取得是小的硬盘的存储量，有100%的冗余（备份），速度慢，成本高。

RAID 5：至少是3块硬盘，奇偶校验数据，RAID 5= 单盘存储量*（n-1）；最多可以坏1块盘；读稍微好一点，写不太好，读写性能在RAID 0和RAID 1之间，。

RAID 10：至少是4块硬盘，RAID 0和 RAID 1的组合；最多可以坏2块硬盘；读写性能好，成本高。

冗余从好到坏：RAID1RAID10RAID5RAID0

性能从好到坏：RAID0RAID10RAID5RAID1

成本从低到高：RAID0RAID5RAID1RAID10

 

互联网公司：

       单台服务器，很重要，盘不多，系统盘 RAID 1；

       数据库 / 存储服务器：主库RAID10；从库 RAID5\RAID0(为了维护本，RAID10)；

       Web服务器：如果没有太多数据的话，RAID5、RAID0(单盘)；

       多台，监控/应用服务器，RAID0，RAID5。

 

       核心：根据存储和访问的需求，去选择RAID级别。

3.1 面试题

1）你们公司用的是什么服务器品牌？

互联网公司PC服务器的品牌及型号：

DELL（大多数公司）、HP、IBM（百度）、浪潮、联想、航天联志。

DELL服务器：

2010年以前 1u 1850,1950；2u 2850,2950

2010-2013年：1uR410 R610； 2uR710

2014-2016年：1u R420/430、R620/630； 2u R720/R730

 

注：U是一种表示服务器外部尺寸的单位

1U=1.75英寸=44.45毫米

规定的尺寸是服务器的宽（48.26cm＝19英寸）与高（4.445cm的倍数）。

厚度以4.445cm为基本单位。

1U就是4.445cm，2U则是1U的2倍为8.89cm。

 

2）程序和进程的区别？

A片放在硬盘里就是程序，看片放到内存里就相当于进程。

程序（开发的代码）与进程（运行的程序）；

3）buffer和cache有什么区别？

写入数据到内存里，这个数据的内存空间称为缓冲区（Buffer）。

从内存读取数据，这个数据的内存空间称为缓存区（Cache）。

 

4.1 企业案例

1）门户极端案例：大并发写入（淘宝的11.11、强红包、微博大量转载）

高并发、大数据量写入数据：会把数据先写到内存中，达到（积累）一定的量后，然后再定时或者定量的写到硬盘中（减少硬盘的IO（Input/Output）），最终还是会把数据加载到内存中再对外提供访问。

       优点：数据写到内存中，性能高、速度快（微博、微信、SNS、秒杀）。

       缺点：可能丢失一部分存在内存中还没有及时转存入硬盘中的数据。

              解决数据不丢失的方法：

                     1）服务器主板上安装蓄电池，在断电的瞬间把内存中的数据回写到硬盘中。

                     2）UPS（一组蓄电池）不间断供电（持续供电10分钟，IDC数据UPS 1小时）。

3）选择双路电的机房，使用双电源、分别接不同路的电，服务器放到不同的机柜、不同的地区。

 

2）大、中、小企业案例：

       由于99%的网站都是读取为主，写入为辅，读写比例至少10:1，所以并发写入一般不是问题。

       对于并发不是很大、数据量也不是特别大的网站，常见的都是读多写少的业务。

       会先把数据写到硬盘中，然后再通过程序把写到硬盘的数据读入到内存里，再对外通过读内存提供访问服务。

 

注意：这里提到的内存和硬盘，是由多台机器组成的集群架构环境 memcahced（纯内存）/ redis（内存加硬盘）。

 

3） 淘宝、新浪、各大新闻网站存储方式案例：

服务器会把SATA和SSD结合起来使，SSD装系统+SATA存储。“热点存储”，通过程序来调度，“非热点再转到SATA”运维人员的价值。

      

       对于企业网站来讲，都会尽量让用户从内存中读取数据，而不是硬盘。

       几乎企业运维和架构师的网站、服务器、软件优化他们的核心，都是硬盘和内存的使用比例优化。

 

5.1 总结

运维的工作职责：

1）网站7*24都能正常工作；

2）数据不能丢失；

3）用户体验尽量好。

运维人员的主要优化对象集中在CPU、硬盘、内存进行优化。

 

缓存无处不在！ 在所有的硬件设备之间，一般都有缓存设备存在（内存）。