本節書摘來自異步社群《思科ucs伺服器統一計算》一書中的第1章，第1.2節，作者【美】silvano gai，tommi salli， roger andersson，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視
思科ucs伺服器統一計算
本節介紹資料中心伺服器架構的演變。
也稱為離散伺服器，它們是具有專有外觀尺寸的獨立伺服器，可能包含從桌面pc到大型主機的任何計算機。它們都有如圖1-3所示的基本元件，但處理器、記憶體、i/o容量、擴充槽和內建存儲的數量可能不同。
最大型的獨立伺服器可以運作多個不同應用程式，且支援大量使用者。通常，它們使用某種形式的虛拟化軟體來同時運作多個作業系統。但是，無論一台伺服器的性能多強大，在實體限制和用于運作特定應用程式的作業系統方面都存在擴充性問題。
為了克服擴充性限制，可采用兩種不同的方法：向上擴充和向外擴充。
向上擴充，也稱為垂直擴充，該術語用于指一種基于增加單個伺服器計算能力的擴充政策，方法是增加伺服器資源，包括更多的處理器、記憶體和i/o裝置等。
這種對現有系統的垂直擴充還支援它們更有效地利用虛拟化技術，因為它為托管的作業系統和應用程式提供了更多資源。
向上擴充減少了管理點的數量，可能會使安全政策執行變得更簡單。
雖然對某些應用程式很有吸引力，但是大多數資料中心更願意使用标準元件并采用向外擴充方法。
向外擴充，也稱為水準擴充，該術語用于指基于增加伺服器數量的擴充政策。其最大優點是管理者能夠更輕松地根據需要重新調整計算。
向外擴充政策通常用于intel x86伺服器。近年來，這些基于pc架構的伺服器類型價格持續下降但性能卻不斷提高。現在，這些“通用”系統已具備足夠的計算能力來運作資料中心中出現的大多數應用程式。還可将它們互聯成叢集來執行高性能計算（high performance computing，hpc）應用程式，比如在模組化與仿真、石油和天然氣、抗震分析和生物技術等科學領域，這些計算以前隻能在大型機或超級計算機上運作。
向外擴充模型刺激了有非常高i/o性能的共享資料存儲的增長，特别是當需要處理大量資料時，比如資料庫。
在這兩種模型之間需要權衡。
向上擴充要求專用且更加昂貴的硬體，并且提供的作業系統環境數量有限，此外，對伺服器可支援的總負載量也有限制。其優點是管理點少和對資源的使用率高，因而在功率和冷卻的效率方面往往要比向外擴充高。
向外擴充将每台伺服器專門用于特定應用程式。每款應用程式受到單個節點能力的限制，但是每台伺服器都可運作最适合應用程式的作業系統，且能夠應用合适的更新檔。此外，應用程式不會互相幹擾，應用程式的性能是非常确定的。這個方法明顯增加了伺服器數量，并且增加了管理的複雜性。
由于向外擴充不斷地增加伺服器數量，是以明顯需要優化其規模、空氣流動、連接配接，并進行合理化安裝。
機架優化的伺服器是解決這一問題的初次嘗試（參見圖1-4）。他們也稱為機架安裝伺服器，能裝進19英寸寬的機架，其高度以機架機關（rack unit，ru）來定義，一個機架機關為1.75英寸（44.45mm）高。典型的基于intel的伺服器高度為一個ru且大約耗電500w。機架通常為42 ru高，但是其功率和冷卻不足以滿足整個機架伺服器的需要。
一個典型的資料中心為每個機架提供5kw～10kw的功率和冷卻能力，因而每個機架中可安裝10到20台伺服器。剩下的空間裝上配線架。有時安裝tor交換機來彙聚相鄰的幾個機架中伺服器所産生的流量。在其他設計中，則使用更大型的eor交換機來以列方式和混合使用tor/eor的方式連接配接所有伺服器。
這種方法的好處是合理的空間使用率和高度的靈活性：相對較大的伺服器支援采用最新的處理器和更大的記憶體，以及多個i/o插槽。缺點是缺乏合理布線、不易于維修，以及缺乏有效的功率和冷卻，因為每個伺服器有自己的電源和風扇。
機架安裝伺服器隻是在某些方面對傳統伺服器的簡單重新包裝，這使得可在資料中心地闆的每平方英尺上安裝更多的伺服器，但是功能上沒有太大不同。
編寫本書時（2010年3月，下同），機架優化的伺服器數量大約占市場上所有伺服器的50%。
與機架安裝伺服器相比，刀片伺服器是作為優化伺服器布線和電源效率的方法而引入的。刀片伺服器機箱為6～12 ru高，可包含6～16個計算刀片，外加不同的i/o子產品、電源、風扇和機箱管理cpu（參見圖1-5）。
刀片伺服器的優點是共享的機箱基礎架構（主要是電源和冷卻）、合理的布線，以及監控共享基礎架構的能力。管理點的數量從每個伺服器一個降到每個機架一個，但是機箱通常是額外的人工彙聚點。
圖1-5 刀片伺服器
機箱的概念不是最重要的，例如，當将伺服器池定義為用于特定應用程式或用于虛拟化時。
刀片伺服器不能安裝一般的pci卡，而是需要有專門規格的“夾層卡”。與機架安裝伺服器相比，這限制了i/o選項。
編寫本書時，刀片伺服器占整個伺服器市場大約10%，但是其使用量正在逐漸增加，并且這一比例正在迅速增長。
目前，大多數伺服器在每台伺服器上隻運作一個作業系統（通常是某種windows或linux）和一個應用程式（參見圖1-6）。這種部署模型導緻“伺服器蔓延”，即cpu使用率極低的伺服器數量的不斷增加，平均使用率僅有5%～10%。這意味着大量空間、電力和冷卻系統的浪費。
圖1-6 每台伺服器上一個作業系統/應用程式
這種部署模型的好處是獨立（每個應用程式有确定的資源）、靈活（通常可在任意伺服器上啟動任意作業系統/應用程式）且簡單（每個應用程式有專門的伺服器和最适合的作業系統版本）。每台伺服器都是一個管理對象，因為每台伺服器運作一個應用程式，因而每個應用程式都是一個管理對象。
此架構允許為不同應用程式應用一緻的差異化政策設定。網絡為每個應用程式提供一個（或多個）實體端口，并且在該端口上，可確定qos、acl和安全等。這與交換機是否在刀片伺服器内這一事實無關。
盡管如此，由于空間、電力和冷卻的浪費，伺服器蔓延正迅速變得難以接受。此外，管理所有這些伺服器是管理者的惡夢，而且花費巨大。
虛拟化是用于減少伺服器蔓延的關鍵技術之一，為世界各地的機構所廣泛采用。相對于機箱作為容器，通過虛拟化，伺服器可成為多個邏輯伺服器的容器（參見圖1-7和圖1-8）。虛拟化軟體包含等同于機箱中實體交換機的軟體交換機。伺服器虛拟化的優點是使用率、移動性和可用性，缺點是缺乏分布式政策、安全性、診斷和性能可預測性。
目前為止介紹的伺服器演進主要着眼于“規模的演進”，而不是模型的顯著變化。向上擴充意味着更大型的伺服器；向外擴充意味着更多的伺服器，是以有更多網絡基礎架構。例如，圖1-9顯示了安裝在機架中、由外部交換機互聯的運作虛拟化的3台刀片伺服器。
通常是事後才考慮管理工具：它們隻是應用于伺服器，而沒有深度內建。這使得管理同一組伺服器的工具數量增加，通常也會難以維護政策的一緻性，難以確定安全并進行擴充。