一种低功耗热数据服务器.pdf

本发明公开了一种低功耗热数据服务器，包括主板单元，主板单元上设有中央处理器单元、内存单元、通讯单元、存储单元、USB接口单元、串口单元、电源单元、时钟单元。本发明经济效益突出，采购成本低，低功耗服务器的生产成本远低于高性能服务器；节能环保，低功耗服务器消耗电量少，节能环保突出；产出效益高，多台低功耗服务器集群，能按线性提升数据吞吐量，达成远高于高性能服务器的效益。

权利要求书
1.  一种低功耗热数据服务器，其特征在于包括主板单元，同时主板单元上设有中央处理器单元、内存单元、通讯单元、存储单元、USB接口单元、串口单元、电源单元、时钟单元；其中，中央处理器单元与内存单元、通讯单元、存储单元、USB接口单元、串口单元、电源单元相连；中央处理器单元对数据进行运算和进行信息处理；内存单元存放中央处理器单元的运算数据；存储单元保存内存单元的镜像数据；通讯单元进行内外信息交互，分担负载；USB接口外接键盘、鼠标及优盘。

2.  根据权利要求1所述的低功耗热数据服务器，其特征在于所述的中央处理器单元为X86的IntelAtom处理器。

3.  根据权利要求1所述的低功耗热数据服务器，其特征在于所述的内存单元为DDR3L内存。

4.  根据权利要求1所述的低功耗热数据服务器，其特征在于所述的存储单元支持RAID 1，设有两个SATA2/3标准的接口。

5.  根据权利要求4所述的低功耗热数据服务器，其特征在于所述的存储单元的两个接口分别外接两个256GB固态硬盘，所述固态硬盘的读取速度为500MB/S，写入速度为400MB/S，缓存256MB，平均寻道时间0.2ms。

6.  根据权利要求1所述的低功耗热数据服务器，其特征在于所述的通讯单元为两路千兆以太网形成的网卡冗余阵列。

说明书一种低功耗热数据服务器
技术领域
本发明属于计算机基础设施中的低功耗数据服务器技术领域，尤其涉及一种将低功耗服务器在热数据方面进行应用的低功耗热数据服务器。
背景技术
随着技术进步，以及社会活动的频繁，相应的数据研究也因为包含极大的经济及社会价值而得到更多的关注，而数据的处理则离不开计算机。在现有行业中，将那些活动频繁、被访问次数多的数据称为热数据，反之，则可以定义那些活动不频繁，很少访问的数据为冷数据。
随着计算机技术及互联网的发展，之前的方式都是采用高性能服务器作为核心数据处理服务器，但是在面对海量数据，需要越来越快速响应的计算要求的时代，这种方式显得越来越不适应。
其中最突出的不足表现在以下几点：
IO存取速度成为阻塞点；
应用的高并发，要求数据库或者数据文件的IO存取速度快，吞吐量大，虽然可以采用固态硬盘、FC-SAN等高速设施，但还是不能满足应用增长的需求。
闲置的CPU计算资源；
相比IO能力来说，CPU计算资源的闲置能力过高，除数据库服务器外，大量以计算为主的应用服务器，CPU占用率都不超过10%，因此利用率极低。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。
本发明提出一种基于Memcached和Redis的应用场景的大内存低功耗服务器，用于解决缓存命中概率高的热数据，降低和减少对磁盘的存取次数，提升系统响应速度。
具体的，为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
低功耗热数据服务器，包括主板单元，主板单元上设有中央处理器单元、内存单元、通讯单元、存储单元、USB接口单元、串口单元、电源单元、时钟单元。
中央处理器单元同时与内存单元、通讯单元、存储单元、USB接口单元、串口单元、电源单元相连。
中央处理器单元对数据进行运算和进行信息处理；内存单元存放中央处理器单元的运算数据；存储单元负责保存内存单元的镜像数据；通讯单元进行内外信息交互，分担负载；USB接口外接键盘、鼠标或优盘等外接设备。
中央处理器单元为X86的IntelAtom处理器。
内存单元为DDR3L内存。
存储单元支持RAID 1，设有两个SATA2/3标准的接口，存储单元的两个接口分别外接两个256GB固态硬盘，所述固态硬盘的读取速度为500MB/S，写入速度为400MB/S，缓存256MB，平均寻道时间0.2ms。
通讯单元为两路千兆以太网形成的网卡冗余阵列。
本发明采用大内存的低功耗服务器，来满足高IO存取速度要求，其优势体现在：
高IO存取速度和吞吐量：内存的访问速度远高于固态硬盘和FC-SAN存储，单台低功耗服务器能提供3-5万笔/秒的存取访问要求。
计算能力要求低：作为内存数据库职责的服务器，CPU计算能力要求不高，低功耗CPU能完全满足需要。
经济效益突出：采购成本低，低功耗服务器的生产成本远低于高性能服务器。
节能环保：低功耗服务器消耗电量少，节能环保突出。
产出效益高：多台低功耗服务器集群，能按线性提升数据吞吐量，达成远高于高性能服务器的效益。
附图说明
图1为本发明的拓扑结构示意图；
图2为本发明所涉及的memagent代理实现的原理示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面将结合本发明中的说明书附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明较佳实施例的一种低功耗热数据服务器，包括主板单元，主板单元上设有中央处理器单元、内存单元、通讯单元、存储单元、USB接口单元、串口单元、电源单元、时钟单元，其中，中央处理器单元与内存单元、通讯单元、存储单元、USB接口单元、串口单元、电源单元相连；实际当中，除主板单元外的所有单元均可以嵌入固化在主板单元上。
中央处理器单元负责对数据进行运算和进行信息处理，中央处理器单元采用X86系列的Intel面向微型服务器领域的超低功耗Atom处理器，该处理器使用22nm工艺、Silvermont CPU乱序架构，拥有8颗核心，主频为1.7GHZ，支持SSE4、AES指令集和大量电源管理技术，二级缓存4MB，并整合DDR3、PCI-E 2.0控制器等模块，SoC单芯片系统，支持64位运算，支持虚拟化技术，热设计功耗只有12W，本发明中央处理器单元采用的处理器，比使用传统的同性能服务器可以功耗节省60%以上。
内存单元负责存放中央处理器单元的运算数据，在Memcached和Redis的应用场景中，数据库所有数据存放于内存单元中，与磁盘数据管理的传统方式不同，数据处理速度比传统数据库的数据处理速度要快10倍以上。内存单元采用低功耗的DDR3L内存，标准配置32GB，最大支持64GB，支持ECC功能。
实际当中，半导体芯片的功耗与晶体管数成正比，与工作电压的平方成正比，所以电压对其功耗与发热的影响最大。和CPU/GPU的发展类似，内存在提高频率和容量的同时，电压也在不断的降低。DDR1的标准电压为2.5V、DDR2下降至1.8V、DDR3则进一步压缩至1.5V，而DDR3L内存根据JEDEC的规范标准设计，通过提升硅晶圆芯片制造工艺，把早期的6Xnm工艺变为5Xnm工艺，从而降低电压的，电压为1.35V，在同等性能和负载下DDR3L相比标准版DDR3功耗可降低15％或者更多，从表面上看，DDR3L相对于DDR3降低能耗并不是很多，但对于大规模部署内存的服务器以及数据中心来说，可以节省的电能经累积就会变得相当可观。
存储单元负责保存内存单元的镜像数据，因内存单元内的数据容量有限，因此存储单元所需的容量并不大。本发明中的存储单元需要支持RAID 1，设有2个SATA2/3标准的接口，该两个接口分别接两个256GB固态硬盘，固态硬盘读取速度为500MB/S，写入速度为400MB/S，缓存256MB，平均寻道时间0.2ms。
通讯单元负责进行内外信息交互，通讯单元为2路千兆以太网形成的网卡冗余阵列，可以分担负载。
USB接口单元用于外接键盘、鼠标、优盘等设备。
本发明以内存单元作为数据存储点，从而提供高性能的低功耗服务器，因此其应用较佳的适用于热数据特征明显的场景。而且受制于内存的成本往往高于固态硬盘和存储，热数据的总量不能偏大。本发明的应用包括但不限于以下场景：热点新闻或者微博，在短期内访问量大，访问率高；作为辅助消费的二维码，商家上节假日有针对的推广活动，生命周期短（几天或者几周），使用率高。
本发明所涉及的Memcache为高性能的分布式的内存对象缓存系统，通过在内存里维护一个统一的巨大的hash表，它能够用来存储各种格式的数据，包括图像、视频、文件以及数据库检索的结果等，简单的说就是将数据调用到内存中，然后从内存中读取，从而大大提高读取速度。Memcached是以守护程序方式运行于一个或多个服务器中，随时会接收客户端的连接和操作。
Memcache自身并没有实现集群功能，如果想用Memcahce实现集群需要借助第三方软件或者自己设计编程实现，第三方采用memagent代理实现，memagent又名magent。
如图2所示，可以看到有两个magent节点，两个memcached节点，每个magent节点又分别代理两个memcached节点，应用系统端使用magent pool来调用memcache进行存储。硬件结构可以为两台linux服务器，每台服务器上分别安装magent和memcached服务，并设为开机启动。这样做的好处是任何一台服务器宕机后都不影响magent pool获取memcache信息，即实现了memcached的高可用（HA），当然，也可以用三台、四台或者更多服务器来提高高可用(HA)。
此外，关于Redis数据库，redis是一个key-value存储系统。和Memcached类似，它支持存储的value类型相对更多，包括string(字符串)、list(链表)、set(集合)、zset(sorted set —有序集合)和hash（哈希类型）。这些数据类型都支持push/pop、add/remove及取交集并集和差集及更丰富的操作，而且这些操作都是原子性的。在此基础上，redis支持各种不同方式的排序。与memcached一样，为了保证效率，数据都是缓存在内存中，区别的是redis会周期性的把更新的数据写入磁盘或者把修改操作写入追加的记录文件，并且在此基础上实现了master-slave(主从)同步。
Redis是一个高性能的key-value数据库。redis的出现，很大程度补偿了memcached这类key/value存储的不足，在部分场合可以对关系数据库起到很好的补充作用，它提供了Java，C/C++，C#，PHP，JavaScript，Perl，Object-C，Python，Ruby，Erlang等客户端，使用很方便。
Redis对事务的支持目前还比较简单，redis只能保证一个client发起的事务中的命令可以连续的执行，而中间不会插入其他client的命令。由于redis是单线程来处理所有client的请求的所以做到这点是很容易的。
Redis支持主从同步。数据可以从主服务器向任意数量的从服务器上同步，从服务器可以是关联其他从服务器的主服务器。这使得Redis可执行单层树复制。从盘可以有意无意的对数据进行写操作。由于完全实现了发布/订阅机制，使得从数据库在任何地方同步树时，可订阅一个频道并接收主服务器完整的消息发布记录。同步对读取操作的可扩展性和数据冗余很有帮助。
综上所述，即为本发明实施例内容，而显然本发明的实施方式并不仅限于此，其可根据不同应用环境，利用本发明的功能性实现相应的需求。