第2章 计算机工作原理
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第2章 计算机工作原理
Tomge008 发表于6个月前
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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:

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。

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 = 1024 K; 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 0 1 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:RAID1 RAID10 RAID5 RAID0

性能从好到坏:RAID0 RAID10 RAID5 RAID1

成本从低到高:RAID0 RAID5 RAID1 RAID10

 

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:1u R410 R610; 2u R710

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)。

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