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La formation hardware 2: réseaux et communications |
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7. Configuration des Serveurs réseaux en informatique.
1. Caractéristiques externes - 2. Caractéristiques internes - 3. Configuration de base d'un serveur - 4. Mémoires Ram des serveurs - 5. Les ports internes - 6. Les processeurs - 7. Les techniques multi-processeurs
L'utilisation d'un réseau informatique local lourd de type Windows 2000 / 2003 / 2008 / 2012, Linux ou Novell Netware utilise un ou plusieurs ordinateur(s) dédié(s) appelé serveur réseau. Ces machines peuvent être de tous types, y compris mainframe ou même consoles de jeux. Je ne vois dans ce chapitre que les composants des serveurs compatibles X86, basés sur des processeurs Opteron, Xeon ou itanium. Un ordinateur utilisé comme serveur peut-être un ordinateur standard (petit réseau utilisé en PME) et un ordinateur spécicialisé peut être utilisé comme machine bureautique de haut de gamme. Pourtant, la majorité des ordinateurs utilisés reprennent plusieurs différences liées à la vitesse et à la quantité de mamoire mais surtout aux composants et technologies spécifiques pour sécuriser les données.
On distingue trois types de machines suivant l'application: serveurs de fichiers (souvent remplacés par des NAS ou même des ordinateurs en Cloud), serveur d'impression (en pratique, plus utilisés depuis les imprimantes partageables en réseau) et serveur dédiés pour des applications. Ce sont ces derniers qui nous intéressent. Leur puissance doit être suffisante pour l'application au quelle ils sont dédiés. La charge de ces ordinateurs ne doit pas dépasser 10 % de charge en moyenne. Dans le cas contraire, l'application centrale va ralentir avec des désagréments pour les utilisateurs. Selon le programme et le nombre d'utilisateurs simultanés, la machine doit être sélectionnée en conséquence: pas forcément trop grosse (prix).
Avec la progression de l'informatique en entreprise, la moindre panne du serveur (ou du réseau) provoque immédiatement l'arrêt de l'entreprise. Que la panne soit logicielle, matérielle ou même par un membre du personnel informatique n'est pas importante. Un réseau ne doit pas s'arrêter. On va donc aussi parler de techniciens de maintenance et d'administrateur: les pannes possibles doivent être préparées d'avance avec des solutions de rechange rapides à mettre en oeuvre: un bon technicien de maintenance "se promène" dans l'entreprise: un câble qui pend provoquera tôt ou tard un arrêt.
1. Caractéristiques externes
Pour les serveurs d'applications, plusieurs différences matérielles externes par rapport aux ordinateurs bureautiques:
- Protection des boutons de démarrage, reset, accès au lecteur CD, ... par clés pour interdire des erreurs de manipulations ou interventions non autorisées.
- Utilisation de rack 19" qui réduisent l'encombrement mais ausi un câblage plus propre. Chaque câble doit être étiquetés.
- Serveur lame (Blade en anglais): une carte globale de type "panier" reprend des bus (connecteurs) dans les quels se connectent des cartes filles reprenant toutes les fonctionnalités d'un ordinateur complet: différents éléments sont partagés comme la connexion Eternet, la carte graphique, l'alimentation, ...
Les salles informatiques dédiés aux serveurs sont également spécifiques: un faux plancher permet le passage des câbles par exemple. Elles sont protégées contre les incendies par un système anti-feu: anciennement gaz halon - gaz inerte mais toxique - interdit en 2004, actuellement par gaz Inergen (52% d’azote, 40% d’argon et 8% de dioxyde de carbone). La température est stabilisée à 18°.
Les branchements électriques sont reliés à des UPS (onduleur) en cas de coupures de faible durée (quelques minutes) et en supplément pour les grosses salles (data center pour serveurs Internet par exemple) à des groupes électrogènes pour les pannes supérieures à 5 minutes. Les switchs et routeurs peuvent aussi être protégés.
2. Caractéristiques internes des serveurs
- technologies de disques durs spécifiques: SCSI et SAS le plus souvent, S-ATA pour les plus petits. Les serveurs sont livrés généralement SANS disques durs.
- sécurisation des données en cas de "crash disk" avec disques configurés en RAID
- Sauvegarde quotidiennes des données des données par bandes ou disques durs externes
- Périphériques internes remplacables à "à chaud" (hot plug): disques durs, cartes réseaux, alimentations, ... ou même dédoublés (on dit redondants. Ces deux techniques permettent de remplacer un composant en panne sans arrêter l'ordinateur dans quelques cas.
- Faible carte graphique (intégrée à la carte mère), et pas de carte son.
Nous reparlerons dans le chapitre suivant des technologies spécifiques utilisées dans les serveurs (SCSI ou SAS et connexions en RAID) En Raid, les données sont écrites sur plusieurs disques durs simultanément et un seul pour la lecture. De la même manière, il est possible d'équilibrer la charge sur plusieurs ordinateurs
En
photo,
l'intérieur d'un vieux Compaq utilisant un Pentium 1 avec une carte fille
reprenant le processeur, la mémoire et le chipset qui se connecte par un
bus dédié sur la carte mère avec un contrôleur SCSI intégré.
Pour l'alimentation, 2 alimentations redondantes (dédoublées) sont également possibles. Chacune peut alimenter l'ensemble de manière autonome. Pour les cartes internes, le PCI-X 64 est hot plug, une carte peut-être remplacée sans éteindre la machine, le système d'exploitation doit accepter cette fonction (en pratique, tous les systèmes d'exploitation dédiés comme Windows 2003). Le dédoublement permet la continuité de l'application en cas de panne d'un composant. En informatique, celà s'appelle la redondance.
Au niveau des sauvegardes, les bandes de sauvegarde sont encore souvent employées mais plus souvent remplacées par des disques durs en NAS ou des sauvegardes utilisant le Cloud sur Internet
3. Configuration de base d'un serveur.
Par définition, un serveur n'est pas dédié aux jeux ou aux traitements graphiques: la carte écran et le lecteur CD / DVD ne sont pas des composants primordiaux. L'écran est souvent de petite taille (pour l'encombrement): le plus souvent un 15". De toute façon, le serveur est souvent configuré via une station connectée sur le réseau.
La Ram doit être suffisante (limitée à 4 GB pour les systèmes d'exploitation 32 bits), les disques durs ont souvent des capacités doubles ou plus par rapport à la capacité maximum utilisées.
4. Mémoire serveur.
Par rapport aux mémoires Ram traditionnelles, les barrettes utilisent les mêmes technologies (par exemple DDR-3) mais en intégrant la détectionet correction d'erreur. La plus courante est l'ECC (abréviation de"Error Corrction coding" ou "Error Checking and Correcting") avec plusieurs bits de parité pour contrôler les données. Les mémoires ECC sont aussi auto-correctives: elles détectent jusque 4 erreurs mais en corrigent une au maximum automatiquement. La technologie AECC (Advanced Error Correcting Code) en détectent et en corrigent 4, en pratique jamais utilisées.
Les mémoires registered (utilisés obligatoirement par quelques processeurs AMD) ne sont pas forcément dédiées aux serveurs mais permettent d'adresser des quantités de mémoires supérieures.
5. Bus internes.
Dans un ordinateur bureautique, les bus internes sont en PCI 32 bits et en PCI-Express. Ces bus ont quelques limitations:
- premièrement, ils ne sont pas Hot plug: remplacer ou ajouter une carte oblige à éteindre la machine. En pratique, cette fonction est inutile pour les petits serveurs mais pas pour des applications industrielles. En haut de gamme, les cartes (principalement Ethernet) sont souvent redondantes pour l'équilibrage de charge.
- deuxièmement, le taux de transfert sur un bus PCI est limité à 133 MO/s sur l'ensemble des cartes. Une carte Giga Ethernet (1000 Gb/s) utilise à elle seule prêt de 100 MO/s (en fait le double puisqu'Ethernet est bi-directionnel et full duplex). A elle seule, cette carte va saturer le bus. De même, une connexion en SCSI 160 va utiliser ... 160 MB/s. Ce n'est plus forcément le cas avec PCI-e 3.0 qui permet jusque 985 MO/s par canal (32 maximum).
Développé à partir du bus PCI par les principaux fabricants de serveurs (IBM, HP, Intel, Compaq, ...), le bus PCI-X peut utiliser suivant la version une largeur de bus de données de 32 ou 64 bits (comme les processeurs actuels) avec des fréquences d'horloges supérieures (66 à 533 Mhz) alors que PCI ne permet que 33 Mhz sur 32 bits. Les bus PCI-X sont en plus déconnectable à chaud et intégrés dans le Northbridge du chipset, d'où des cartes mères (et chipsets) spécifiques.
Sorti en 1999, la norme PCI-X 1.0 est proposée en 6 versions.
| Fréquence (Mhz) | Tension | largeur du bus de données (bits) | bande passante |
| 66 | 3,3 V | 32 | 264 MO/s |
| 64 | 528 MO/s | ||
| 100 | 3,3 V | 32 | 400 MO/s |
| 64 | 800 MO/s | ||
| 133 | 3,3 V | 32 | 532 MO/s |
| 64 | 1064 MO/s |
PCX-2.0 (2002), peut aussi être alimentée en 1,5 Volts dans les dernières versions.
| Fréquence du bus (Mhz) | Tension | largeur du bus de données (bits) | bande passante (MO/s) |
| 66 | 3,3 V | 32 | 264 |
| 64 | 528 | ||
| 100 | 3,3 V | 32 | 400 |
| 64 | 800 | ||
| 133 | 3,3 V | 32 | 532 |
| 64 | 1064 | ||
| 266 | 3,3 ou 1,5 V | 32 | 1064 |
| 64 | 2128 | ||
| 533 | 3,3 ou 1,5 V | 32 | 2128 |
| 64 | 4256 |
Les cartes
PCI-X en 32 bits peuvent utiliser un bus 64 bits (mais pas
l'inverse). Généralement, un serveur accepte également 1 ou 2 port
PCI 32 bits pour des cartes standards. L'implantation de ces bus sur les cartes
mères est chère: seuls quelques modèles utilisent PCI-X à 533 Mhz (jusque 3
séparés), souvent remplacés par du PCI-express.
6. Microprocesseurs dédiés.
Nous avons vu en première année les processeurs dédiés serveurs et Duals Cores. Cette partie ne reprend que les cas généraux.
6.1. Introduction
Le processeur n'est pas forcément une bête de compétition, au contraire. A part pour les serveurs de grosses applications, ils sont même plutôt "faibles": par exemple un I3 pour un serveur Internet. Pour monter en puissance, deux solutions sont utilisées en en parallèle: modèles spécialisés et multiprocesseurs.
Les processeurs actuels sont 64 bits (Itanium) ou utilisent les modes 32 /64 bits (Xeon, Opteron, I7, ...). Les processeurs 64 bits utilisent des instructions différentes: Itanium, uniquement 64 bits avec les instructions IA-64, n'est utilisé qu'avec des versions spacifiques de Windows serveurs: Data Center 2003 et 2008. Tous les autres processeurs actuels sont compatibles 32 et 64 bits. Le mode de fonctionnement dépend de la version du système d'exploitation. Le 64 bits permet d'optimaliser les performances mais surtout d'augmenter la capacité de RAM.
En deuxième, utiliser un deux processeurs séparés (ou plus) a plusieurs conséquence: d'abord des cartes mères spécifiques mais aussi un système d'exploitation compatible. Les versions Pro de Windows acceptent deux processeurs, les versions "Home" ou "familial" n'en permettent qu'un seul. Pour des nombres de processeurs supérieurs, seuls des versions serveurs spécifiquent les acceptent. Pour utiliser deux (ou plus) processeurs distincts sur une carte mère, ils doivent être identiques (y compris en fréquence) et en pratique de la même série de fabrication..
6.2. INTEL
Le XEON 32/64 bits est le modèle standard, seuls les caches L1 et L2 sont plus importants par rapport à l'I7. Le contrôleur mémoire , et la connexion PCI-Express sont directement intégrés avec l'hypertreading activé. Pour gérer la connexion de plusieurs processeurs sur une même carte mère, le socket et le chipset sont spécifiques. Les Itanium et Itanium II sont réservés à de très grosses applications.
6.3. AMD
Depuis septembre 2001, AMD fabrique des Athlon capables de travailler en bi-processeurs (Athlon MP), avec un chipset spécifique. L'opteron utilise les même architectures que les processeurs burautiques mais avec plus de connexions en hypertransport: bi-processeur avec la série 200 et 2 bus, quadri-processeur avec la série 300 et 3 bus, octo-processeur en utilisant un chipset spécifique.
En 2015, AMD développe 3 gammes de processeurs Opteron: une version standard,
une version avec contrôleur graphique intégré plutôt réservé aux grosses
stations de travail et gamers et une série ARM plutôt dédiée aux serveurs
WEB (hébergement, cloud, ...) et aux serveurs de fichiers.
7. Les techniques multiprocesseurs.
Distinguons d'abord un Dual-core d'une solution avec plusieurs processeurs séparés. En dual (ou plus), les différents coeurs sont repris dans un même boîtier. En multi-processeurs, ils sont complètement séparés mais utilisent une seule carte mère. Dans ce dernier cas, la mémoire RAM, accès disques, bus internes, ... vont être partagés par des circuits (et systèmes d'exploitation) spécifiques. Utiliser 2 microprocesseurs simultanément est un peu plus rapide que le dual-coeur (quelques %), mais nettement plus chères.
Pour le partage, deux techniques sont possibles: SMP (UMA) à bus commuté (Symetric multiprocessing) et le multi-processing Numa. La différence entre les deux diminue de plus an plus, les fabricants commencent à mélanger les deux en modifiant l'architecture interne. Dans les deux cas, le chalengue est d'optomaliser les transferts processeurs - mémoires.
SMP est utilisé dans un serveur avec un faible nombre de processeurs, Numa est mieux adapté à un grand nombre simultané comme pour les main frames et gros calculateurs.
7.8.1. SMP, type UMA (Uniform Memory Access)
L'architecture SMP utilise un seul système d'exploitation qui permet le partage de la mémoire vive et des périphériques internes par plusieurs processeurs. Un bus système partagé permet les accès à l'ensemble par les différents processeurs.
Architecture SMP type UMA
Ce bus système est le point faible de cette architecture en étant utilisé conjointement, même en augmentant la fréquence de l'horloge. L'utilisation de mémoires caches internes permet en partie de limiter son utilisation.
Pour concevoir des plates-formes évolutives (ajout de processeurs selon les besoins), les fabricants utilisent des architectures à bus commutés, créant des infrastructures d'interconnexion dont la bande passante peut être augmentée par paliers, grâce à des commutateurs supplémentaires. Les composants élémentaires sont des cartes filles intégrant 2 ou 4 processeurs connectées sur une carte centrale: technique utilisée le premier par Sun pour un main Frame avec 64 microprocesseurs. La carte mère centrale permet un débit de 12,8 GO/s et accepte jusque 16 cartes quadri-processeurs. Chaque ajout de cartes quadri-processeur voit l'ouverture de canaux d'interconnexion supplémentaire et donc une augmentation de la bande passante. Chez SUN, la RAM est intégrée sur chaque carte fille mais tous les accès mémoire utilisent le bus central (y compris par les microprocesseurs sur la mémoire intégrée à leur propre carte . Par ce principe, la technique SUN ressemble à une technique SMP. D'autres constructeurs utilisent des techniques équivalentes.
7.8.2. Multi-processeurs Numa (No Uniform memory access)
Architecture NUMA
La technologie NUMA reprend des groupes de processeurs avec leur propre mémoire et de relier ces groupes entre-eux par des bus capable de délivrer plusieurs giga bytes par seconde. Les temps d'accès mémoire ne sont pas identiques si la mémoire est sur la carte "processeur" ou sur une autre carte mais toute la mémoire est accessible.
Pour y arriver, une architecture NUMA utilise une gestion des cohérences de la mémoire cache capable de prendre en compte l'ensemble des processeurs attachés à la plate-forme.
Une dernière remarque, et de taille, en architecture NUMA, chaque processeur utilise son propre système d'exploitation, alors qu'en SMP, un seul système d'exploitation tourne pour l'ensemble des processeurs du serveur. Ceci dédie donc NUMA pour des serveurs multi-processeurs UNIX ou propriétaires et SMP pour les serveurs INTEL - Windows, même si l'Opteron et autres Xeon utilisent NUMA par leur architecture interne en intégrant le contrôleur mémoire.
En complément:
- Processeurs spécifiques pour serveurs, les microprocesseurs Intel et AMD spécifiques
- Exemple de configuration d'un disque dur Ethernet: paramétrage d'un NAS
- Technologies des lecteurs de bandes cours hardware, les sauvegardes sur bandes magnétiques
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La suite du cours Hardware 2 > Chapitre 8: Disque dur SCSI, RAID |
Révision: 25/01/2016
Le cours Hardware 1: PC et périphériques, le cours Hardware 2: Réseau, serveurs et communication.