電信級服務器軟件架構

作者：林朗 2013-01-22 13:23:01

電信級服務器是IT行業對性能、可用性和安全性要求最高的服務器，與一般服務器有本質區別。本文揭開電信級服務器的面紗，介紹了電信級服務器軟件設計的幾個主要考慮。

電信級服務器是電信運營商使用的網絡設備，是對性能、可用性和安全性要求最高的商用服務器，以交換機、路由器等核心網絡設備為代表，支撐著計算機網絡的發展，并隨著電信業務的不斷豐富，電信級服務器設備的類型也飛速地發展。

服務器與個人電腦一樣都是計算機，以處理器、硬盤、內存、系統總線等組成硬件平臺，在硬件平臺上運行軟件程序。不同之處在于是服務器是針對具體的網絡應用特別制定的，與微機在處理能力、穩定性、可靠性、安全性、可擴展性、可管理性等方面存在差異很大。隨著信息技術的進步，網絡的作用越來越明顯，服務器的功能也越來越復雜。而電信級服務器著主要體現在三個關鍵特征上

·高性能 電信級服務器是為大量的終端用戶服務的設備，在業務高峰期要處理海量的數據業務。例如春節前，國人通常會通過手機互發短信問候，對于1個千萬人口的國內大型城市，按2010年全國人均發送31條問候短信計算，該市短信系統一共發送3億1千萬短信，即使系統吞吐量峰值是5000條/秒，也需要連續工作17小時多才能發完。而10多個小時才能將短信發給親友，應該是不會有人滿意的，對于北京、上海等2～3千萬的特大型城市，系統吞吐量還必須成倍增加。

·高可用性 電信級服務器的要求是 7 x 24 小時不間斷服務，滿足99.999％的高可用性，這意味著一年內的計劃外停機時間只有5分鐘。任何時候，一次服務中斷對于電信業務來說都是非常嚴重的事故，以電話業務為例，如果服務器意外中斷，大量正在撥號的用戶將不能撥通好嗎，而大量正在通話的用戶的電話會突然中斷，這將造成無法估量的損失。

·高安全性 電信級服務器承擔著互聯網業務數據傳輸的重要功能。互聯網浪潮發展到今天，已經深入了人們的日常生活，保護個人隱私，抵御惡意攻擊是電信級服務器的基本要求。以網上購物為例，2011年，淘寶平均每分鐘交易4.8萬件商品，單日交易額最高達43.8億元，如果服務器不能保證網上購物業務的安全性，后果是無法想象的。

辯證唯物主義哲學的三大規律之一，量變質變規律告訴我們，事物的量變會引起質變。建造承重300噸的大橋和建造承重30噸的大橋是不一樣的；開發可以運行1個小時的程序與開發可以連續運行7 x 24小時的程序是不同的；開發接入10個客戶端的服務器，和開發接入1萬個客戶端的服務器也是不同的。本文將從3個方面介紹電信級服務器軟件的設計。

軟件流程設計

由于電信業務的時間復雜度是指數級的，要擴大數據規模，提高硬件速度是沒有效果的，必須采用更優的計算模式。我們從數據流程的角度，將計算模式分為兩種，同步模式和異步模式。

同步模式下，數據是服務器一個一個地處理的，前一個數據處理完再處理下一個數據，對于多核和多CPU的平臺，可以同時并發處理n個數據(n是CPU數量)。假設A節點通過B服務器與C節點交互，同步模式的處理方式如下

同步模式的程序的邏輯簡單，軟件代碼量相對較少，異常處理考慮相對容易。但是對于電信級服務器來說，同步模式的性能是不夠的

異步模式下，服務器可以連續地處理數據，通過內部緩存數據處理的中間結果，記錄每個數據的處理狀態，直到處理完成。

根據我在電信行業十年多的經驗，異步模式下系統的吞吐量比同步模式高出一個數量級。但是異步模式程序就比同步模式復雜多了，需要用到內存表、狀態機、工作流等技術。而電信級服務器軟件一般都是采用異步模式實現。

硬件平臺

主流的電信級服務器的硬件平臺，經歷了由塔式服務器到機架服務器，再到刀片服務器的發展歷程。

塔式服務器

外形及結構都與普通的PC機差不多，主板擴展性較強，機箱內部往往會預留很多空間，以便進行硬盤，電源等的冗余擴展。缺點是體積較大，占用空間多，不方便管理。

機架服務器

外觀按照統一標準來設計，配合機柜統一使用。相比塔式服務器，占用空間小，便于統一管理，但由于內部空間限制，擴充性較受限制。

刀片服務器

是一種低成本服務器平臺，是專門為特殊應用行業和高密度計算機環境設計的，其主要結構為一大型主體機箱，內部可插上許多“刀片”，其中每一塊刀片實際上就是一塊系統母板，類似于一個個獨立的服務器，它們可以通過本地硬盤啟動自己的操作系統。刀片服務器比機架式服務器更節省空間，且擴展性較強。

目前電信級服務器的主流硬件平臺是刀片式服務器組成的集群，并以負載均衡、四層交換等技術為基礎實現高性能的業務數據的處理。

異常處理

要滿足5個9的高可用性要求，很多對于普通服務器來說出現幾率很小而可以忽略不計的異常情況，對電信級服務器來說則是必須應對的風險。

·存儲空間不足

由于電信級服務器需要不間斷處理海量數據，即使配置海量數據存儲設備，有定期的數據清理機制，也必須要考慮空間滿的情況，要慎重分析業務峰值的壓力，確保在空間不足的時候業務不會中斷。而相應的常采用的技術方案包括備用存儲、告警恢復等等。

·數據庫異常

即便是oracle和sybase等業內成熟的商用數據庫，支撐電信級服務器時也不能完全避免掛起、死鎖等問題。以我在電信行業工作十年的經歷，接近1/5的現網問題都和數據庫異常有關。所以電信級服務器必須要有在數據庫異常時確保業務不中斷的機制。

·硬件設備異常

電信級服務器最常出現問題的設備是磁盤/磁陣，我在工作中經常碰到磁陣掛起導致的現網問題。所以設計電信級服務器的時候，必須要有應急機制，避免因為硬件故障導致業務長時間中斷。

本文介紹了電信級服務器的三個重要特征：高性能、高可用性和高安全性，并從流程設計、硬件平臺和異常處理三個方面簡單介紹了電信級服務器的軟件設計。當然，電信級服務器軟件的架構需要考慮的方面遠不只這些，要成功開發的電信級服務器軟件，除了扎實地通信領域技術基礎，長期的軟件開發經驗積累，還需要特別能戰斗的團隊組織。

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