7. Configuration matérielle d'un Serveur informatique

7.1. Introduction aux serveurs - 7.2. Spécificités externes - 7.3. Spécificités internes - 7.4. Configuration de base d'un serveur - 7.5. Mémoires serveurs - 7.6. Ports internes - 7.7. Les microprocesseurs - 7.8. Techniques multi-processeurs

7.1. Introduction aux serveurs réseaux

Un réseau informatique de type Windows NT, Windows 2000-2003, Linux ou Novell Netware utilise un ou plusieurs ordinateur(s) spécifique (s). Ces ordinateurs peuvent être de tous types, y compris mainframe, mais nous ne nous intéresserons qu'aux serveurs réseaux de type PC X86. Un serveur peut-être un PC normal dans le cas d'un petit réseau et un vrai serveur peut être utilisé comme station de travail de haut de gamme. Néanmoins, les caractéristiques de ces ordinateurs doivent répondre à divers critères liés à la sécurités des données et des applications installées sur le serveur, ainsi qu'à la vitesse de traitement.

L'informatique en réseau prenant un rôle de plus en plus primordial dans les entreprises, le moindre arrêt de l'installation provoque immédiatement l'arrêt de l'usine. Que cet arrêt soit de type problème logiciel, lié à un défaut de fonctionnement d'un serveur ou même à un switch récalcitrant est sans réelle importance. Le résultat est le même: perte de production, perte de données, ... Une installation réseau ne doit pas s'arrêter. S'il a fait son travail de préparation des pannes possibles (et des solutions immédiates), un bon technicien de maintenance doit "se promener", pas courir.

Au chapitre suivant, nous ferons un tour du côté des disques durs: types SCSI et leurs regroupement (RAID). Néanmoins, les serveurs de grosses puissances ne se limitent pas à des disques durs ou des protections externes. L'architecture interne est différente d'un PC. Si un serveur ne doit jamais s'arrêter, il faut également que sa puissance soit suffisante pour l'application. La charge moyenne d'un serveur ne doit pas dépasser 10 %, sinon, les utilisateurs seront automatiquement ralentis. Ceci n'entraîne pas forcément des serveurs musclés. Le serveur doit être choisi en fonction du type d'application (fichier, imprimante, programme), du nombre d'utilisateurs connectés simultanément, ...

7.2. Spécificités externes

Les protection externes pour éviter l'arrêt d'un serveur par une main indélicate existent sur les modèles de haute gamme.

• Blocage par clefs des interrupteurs d'allumage, reset, accès au lecteur de disquette, ... bien que ceci n'est pas le plus important.

• Câbles de raccordement, doivent être fixés sur le boîtier ou dans un chemin de câble, pour éviter que les câbles ne s'arrachent par traction, ... Les câbles doivent être étiquetés.

7.3. Spécificités internes

• Disques durs rapides pour envoyer les informations le plus tôt possible après une requête d'un client connecté, si possible multi-sessions, ce qui implique des liaisons SCSI.

• sécurité des données en cas de panne complète d'un disque dur: connexion via des modes RAID

• sécurité des données en cas de panne d'alimentation ou de baisse de tension: onduleur

• sécurité des données en cas de panne complète d'un ordinateur (sauvegarde quotidienne)

• installation de disques, cartes électroniques "à chaud" (Hot Plug)., le périphérique peut être remplacé alors que l'ordinateur est en fonctionnement.

Ceci ne paraît pas trop compliqué. Evitons l'aspect externe. Ceci est lié au boîtier d'une part et ... aux techniciens, administrateurs réseaux pour le câblage: pas de câbles dans le passage. De plus, les salles informatiques conçues pour les serveurs réseaux sont généralement installées avec un faux plancher, ce qui permet de passer les câbles en-dessous et munies d'un système anti-feux avec des bonbonnes de gaz au halon, un gaz inerte. Au prix d'une bonbonne, évitez d'allumer votre cigarette dans ces salles. Ces salles sont généralement sous température de 18° contrôlées.

Chaque serveur est connecté à un UPS (onduleur). L'onduleur est de plus capable de contrôler le serveur (de l'éteindre) en cas de panne de courant ou de baisse de tension. C'est également souvent le cas des HUBS et switch et périphériques externes annexes.

La technologie interne est plus complexe: les disques durs sont généralement SCSI. Ce type de liaison n'est guère plus performant en station que des disques durs E-IDE, à part un meilleur temps d'accès. Par contre, les disques durs SCSI sont nettement plus performantes en multi-read. En cas de crash disque, on utilise des systèmes redondant des disques. On écrit les données sur chaque disques (de manière équivalente), mais on ne lit que sur un disque. En cas de crash, on continue sur le deuxième disque. En cas de crash serveur, on peut coupler en permanence 2 serveurs de la même manière que les disques ci-dessus. Tous ces systèmes sont dits RAID. Pour l'alimentation, on peut utiliser 2 alimentations couplées. En cas de panne d'une, on continue sur l'autre. Chacune doit donc être ne mesure d'alimenter l'électronique du serveur individuellement. Pour les cartes électroniques, le PCI-X permet d'enlever ou d'insérer une carte sans couper la machine, à condition que le serveur soit installé avec un système d'exploitation qui accepte cette fonction (par exemple Win2000). Le dédoublement de chaque partie d'une installation informatique pour garantir que si l'une tombe en panne, la deuxième partie prenne immédiatement la place s'appelle la redondance des équipements.

Au niveau des périphériques, nous en connaissons déjà quelques uns. Les bandes de sauvegarde sont toujours utilisées, mais pas vraiment comme petite sauvegarde au cas où, avec des vitesses de transfert nettement plus rapides que les bandes de types QIC de première année. De plus, on retrouve en externe des boîtiers contenant les disques durs par exemple, toujours en RAID.

7.4. La configuration de base d'un serveur.

Avant de rentrer dans des solutions purement techniques, voyons un peu l'utilisation d'un serveur. Par définition, un serveur n'est pas une station de travail. Résultat, la carte graphique, le lecteur CD-ROM et le lecteur de disquette ne sont pas des composants improtants. L'écran ne doit pas non plus être un modèle multimédia de haute gamme. Le moniteur du serveur est généralement un 15" (voire un 14 noir et blanc) qui tourne "à vide". On ne s'intéresse à l'affichage que dans les cas critiques. Le lecteur CD-ROM n'est généralement pas non plus de type SCSI mais bien E-IDE, vu sa faible utilisation. Selon le système d'exploitation, on peut (ou on doit) le configurer via une station.

La mémoire doit quand à elle être suffisante, les disques de capacités doubles, voire triples par rapport à la capacité maximum que vous utiliserez sur cette machine. Je parle ici de la capacité effective, utilisable, sans rentrer dans la technologie RAID

7.5. Mémoire serveur.

Première distinction avec les mémoires traditionnelles, les mémoires utilisées sont de même type que dans les PC traditionnels. Seule distinction, les serveurs actuels utilisent également des mémoires ECC (Error Checking and Correcting ou Error Correction Code). Cette technologie utilise plusieurs bits de contrôle (parité) pour la vérification des données en mémoire. Ces mémoires sont auto-correctives. Cette mémoire peut détecter 4 erreurs et en corriger une sans arrêter le système. Un nouveau type de mémoires avec correction d'erreur AECC (Advanced Error Correcting Code) peut détecter 4 erreurs et en corriger 4 sans arrêter le système. Forcément, ces mécanismes ralentissent un peu le système.

7.6. Les ports internes. 

En bureautique, les ports courants sont ISA (quoi que), PCI 32 bits et AGP. Suffisants pour un PC bureautique, ils ne s'adaptent pas trop dans le cas d'un serveur: 

• Pas déconnectables à chaud (Hot plug). Le remplacement d'une carte nécessite l'arrêt du serveur. Dans les petits serveurs, ceci ne pose pas de problèmes en pratiques. En effet, comme chaque fonction est exécutée par une seule carte, le serveur n'assure de toute façon plus sa fonction en cas de panne de carte. Par contre, dans les serveurs de haute gamme, toutes les cartes sont redondantes (dédoublées). En cas de panne d'une carte, la fonction se poursuit sur la deuxième carte équivalente, en plus de l'avantage de Load Balancing. Ceci permet de "réparer le serveur" sans l'arrêter.

• Vitesse des ports: un port PCI 33 bureautique est capable de transmettre 132 MB/s maximum sur l'ensemble des ports PCI. Vérifions par exemple une carte réseau en base 1000. Comme les liaisons réseau sont de type série, on peut diviser le taux de transfert par 10, ce qui nous fait pour une carte GIGABIT un taux de transfert de 100 MB/s. Vous pensez peut-être qu'il reste de la marche, mais ... les disques durs sont également connectés via une interface sur le port PCI. Prenons par exemple, une connexion disque dur Wide Ultra 3 SCSI (Ultra 160/m) qui est capable de transférer 160 MB/s: 100 MB/s + 160 MB/s =260 MB/s, largement supérieur aux 132 MB/s du port PCI 32 bits.

Tous serveur digne de ce nom utilise des bus internes plus rapides. Développé conjointement par les principaux acteur de l'hardware informatique, les serveurs utilisent des liaisons PCI-X sur 64 bits (le taux de transfert est donc doublé). De plus, le port PCI commun utilise une vitesse de 33 Mhz. Les ports PCI-X vont jusqu'à 133 MHz. Ceci nous donne un taux de transfert de 132 MB/s * 2 (port 64 bits) * 4 (bus à 133 Mhz)= 1056 MB/s pour l'ensemble du bus PCI. Généralement, un serveur accepte également 1 ou 2 port PCI 32 bits (carte écran par exemple ou Ethernet 100 de réserve). Pour rappel, les ports 64 bits acceptent généralement uniquement les cartes 32 bits fonctionnant en 3,3 V. Pour reconnaître les ports 64 bits qui acceptent les cartes PC 32 bits, il suffit de vérifier s'il y a 2 encoches (uniquement cartes 3,3 V) ou 1 encoche (accepte les cartes 3.3 et 5V) dans la partie 32 bit du bus PCI 64 bits.

Avec les ports PCI-X, nous obtenons la rapidité et le Hot plug (si le driver de la carte le permet). Malheureusement, ces cartes et l'implantation de ces bus sur les cartes mères sont chères. Chaque serveur n'inclue pas d'office un PCI-X à 133 Mhz. Il existe des cartes à 33, 66, 100 et 133 Mhz. Le nombre de ports PCI-X est de 3 maximum.

Un PC bureautique ne peut servir de serveur réseau dans une application industrielle.

7.7. Les processeurs.

7.7.1. Introduction

Un processeur serveur n'est pas forcément une bête de compétition: pas d'applications multimédia, jeux, .... Sauf pour les serveurs d'application, les processeurs sont généralement "faible". Un serveur de Web peut à l'aise se contenter d'un Pentium III, voire d'un CELERON.

Par contre, dans les applications lourdes, les fabricants de processeurs se sont dirigés vers deux directions: les processeurs spécialisés et le multiprocesseur. Les deux sont souvent liés, les processeurs dédiés permettant le multi processeur.

Les processeurs actuels sont 32 bits. Ceci signifie que les instructions en assembleur qu'ils lisent sont codées sur 32 bits. Avec les chauffards de l'informatique, pour augmenter les performances d'un processeur, vous pouvez soit augmenter la vitesse, soit doubler le nombre d'instructions par cycle d'horloge. Cette solution a déjà utilisée, mais les processeurs 64 bits utilisent cette possibilité différemment. En effet, comme les processeurs actuels, les programmes sont écrits en 32 bits . Un processeur 64 bits ne peut donc lire des instructions 32 bits et vis versa. INTEL avec son processeur 64 bits ITANIUM sorti en Juillet 2001 a contourné le problème en n'acceptant pas les anciennes instructions 32 bits (celle que nous connaissons). Ceci a nécessité de réécrire les programmes et systèmes d'exploitation ou plutôt de les recompiler, c'est à dire de reconvertir le programme assembleur 32 bits en 64 bits. Windows 64 bits existe pour ces processeurs, mais peu de programmes sont réellement sur le marché. Ceci réduit l'utilisation des Itanium à celle de serveur ou de station de très haute gamme. AMD a choisi le chemin inverse. Tout en créant un processeur 64 bits a gardé des compatibilités 32 bits. Les AMD 64 bits exécutent donc autant les applications actuelles que les applications 64 bits.

En dernier, l'utilisation en bi-processeur et supérieur nécessite un système d'exploitation adapté. Windows NT, 2000 et XP Pro sont vendus de manière spécifiques. Novell oblige une option supplémentaire. UNIX est natif multi-processeurs, si la fonction est implantée en fonction de la carte mère / OS. L'utilisation d'une version "home" des systèmes d'exploitation Microsoft (Win95,98, Me et XP Home) n'utilisera pas le multi-processeur.

7.7.2. INTEL

Chez INTEL, les processeurs spécialisés 32 BITS sont de type XEON (plus l'ancien Pentium Pro). Par rapport aux Pentium normaux (Pentium III, Pentium IV), INTEL insère généralement des caches L1 et L2 plus importants. Pour parfaire le travail, le socket et les chipsets sont différents. Néanmoins, les Pentium III pourraient être utilisés en bi-processeur. Intel a supprimer cette possibilité de manière interne, mais pas dans la majorité des CELERON. Le XEON sort courant 2004 en version 32-64 bits hybride, au même titre que l'opteron.

Les Itanium et Itanium II sont réservés aux réseaux exigeants puisqu'ils travaillent en 64 bits.

Remarque, ajouter un deuxième processeur (sur une carte mère qui l'accepte) nécessite un processeur de même vitesse et (en pratique) de même série de fabrication. Ceci n'est pas toujours facile à obtenir.

Une dernière remarque, avec les Pentium IV à 3.06 Ghz, INTEL inclue désormais, l’hypertreading. Cette technique permet d’émuler deux processeurs logiciels dans un seul core. L’avantage serait lié à la vitesse mais les résultats des différents tests sont assez mitigés, notamment parce que l’application doit être reprogrammée pour tirer parti de cette solution. Cette fonction est également implantée dans les ITANIUM et XEON.

La dernière évolution vient du Dual Core (2005) où 2 processeurs sont intégrés dans le même circuit électronique, ou même quadri-core comme les Xeon sortis en novembre 2007.

7.7.3. AMD

AMD produit depuis septembre 2001 des processeurs Athlon spécifiques capables de travailler en bi-processeurs, avec un chipset lui aussi spécifique. Ce sont les Athlons de type MP (multi-processeurs). L'opteron (version serveur de l'Athlon 64 bits) utilisera jusqu'à 8 processeurs simultanément.

 AMD développe 2 versions de son processeur 64 bits: l'Opteron et l'Athlon 64 bits. L'Opteron, sorti en avril 2003, est la version serveur – station informatique de haute gamme, au même titre que l'Itanium et son successeur l'Itanium II. L'Athlon 64 bits pour stations ne sortira selon les prévisions qu'en septembre 2003

Les principales modifications par rapport au K7 (Athlon 32 bits) vient du nombre et de la taille des registres internes qui acceptent à la fois les nouvelles instructions AMD64 d'AMD et SSE d'INTEL.

Les Opteron sont gravés en 0,13 µ, tout comme les Athlons actuels, et utilisent un socket spécifique de type 940. Le cache L2 passe de 512K à 1 MB. La gestion mémoire n'est plus dévolue au chipset, mais bien directement au processeur qui gère 2 bancs (32 bits) de DDR333.

L'Opteron utilise 3 bus Hypertransports qui peuvent être reliés directement à un autre processeur (3,2 GB/s en bidirectionnel) soit à une puce gérant le PCI-X ou l'AGP.

L'Opteron est décliné en 3 versions: 100, 200 et 800 avec respectivement 0, 1 et 3 bus hypertransport pouvant être utilisés pour des ordinateurs utilisant 1,2 et 8 opteron. Chaque version est décliné en différentes vitesses. La version 200 est actuellement la seule disponible avec des vitesses de 1,4, 1,6 et 1,8 Ghz.

7.8. Les techniques multi-processeurs.

Travailler avec plusieurs processeurs simultanément (dans la même machine) nécessite forcément une carte mère qui l'accepte. Le principe doit permettre de partager la mémoire, les accès disques et en règle générale tous les bus internes. Intéressons-nous aux technologies utilisées. Deux technologies sont utilisées actuellement: le SMP à bus commuté (Symetric multiprocessing) et le multi-processing Numa. La différence entre les deux commencent à se réduire, tout simplement parce que les fabricants mélangent de plus en plus les deux techniques, quoique le principe de fonctionnement est différent.

Le SMP est utilisé pour des petits systèmes multi processeurs, la méthode Numa s'adapte mieux à un nombre de processeurs important.

7.8.1. SMP, type UMA (Uniform Memory Access)

L'architecture SMP regroupe plusieurs processeurs exploités par un seul système d'exploitation, la mémoire Ram et les bus d'entrées/sorties sont partagés entre tous. A la suite de plusieurs avancées technologiques, les limites de ce principe ont été repoussées. En effet, partager ne veut pas dire utilisation en même temps.

Le bus système a été longtemps le point faible du SMP. Ainsi, les premiers multiprocesseurs faisaient communiquer les processeurs entre-eux par l'intermédiaire de bus systèmes partagés. Ceux-ci devenaient rapidement saturés au-delà de quelques processeurs. L'augmentation de la mémoire cache et l'augmentation de la fréquence de travail de ce bus ont permit d'améliorer les performances. Néanmoins, les possibilités d'évolution de ces bus sont faibles, la bande passante restant dans tous les cas constante.

Pour élaborer des plates-formes évolutives, les constructeurs travaillent sur des architectures à bus commutés. Ceci permet de créer des infrastructures d'interconnexion dont la bande passante pouvait être augmentée par paliers, grâce à des commutateurs supplémentaires. Ce type de connexion est à la base de systèmes modulaires. Les composants élémentaires ne sont plus les processeurs, mais des cartes filles bi ou quadri processeurs insérées dans des connecteurs sur une carte centrale au fond. C'est Sun qui a utilisé cette technique le premier avec une machine capable d'exploiter jusque 64 processeurs simultanément. La carte accueillant les cartes filles permet un débit de 12,8 GB/s et permet d'enficher 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. Dans le système SUN, la mémoire est localisée sur chaque carte fille. Elle apparaît donc comme réservée par carte. En fait, le bus central a été conçu pour que tous les accès mémoire se fassent par lui, que l'accès soit sur la même carte fille ou sur une autre. Par ce principe, la technique SUN ressemble à une technique SMP. Chaque constructeur utilise actuellement une technique si pas identique, du moins équivalente. Certaines firmes ont néanmoins insérer un contrôleur local sur chaque carte fille.

Dans le monde PC, c'est INTEL (via des rachats) qui même le jeux. INTEL utilise un contrôleur de commutation de 2 bus d'accès mémoire, de 2 bus d'accès à des modules quadri-processeurs (le total est donc limité à deux cartes, soit 8 processeurs) et 1 bus d'entrées / sorties. Le tout est complété par des accélérateurs de cache.

Une autre solution, actuellement déployée par Unisys consiste à utiliser un système d'exploitation par processeur. Ceci permet actuellement d'utiliser jusqu'à 32 processeurs simultanément, avec les systèmes d'exploitation dédiés Windows 2000-2003-2008, Netware ou UnixWare.

7.8.2. Multi-processing de type Numa (No Uniform memory access)

L'architecture NUMA permet d'utiliser plus de processeurs. La technologie permet de regrouper des groupes de processeurs, utilisant leur propre mémoire locale, et de les relier entre-eux par des bus capable de délivrer plusieurs giga Octets par seconde. Par accès non uniforme à la mémoire, il faut comprendre ici qu'un processeur n'accédera pas dans les mêmes délais à une donnée en mémoire si celle-ci fait partie d'une mémoire locale ou distante. Cette différence de délais s'amenuise néanmoins, regroupant ainsi les architectures UMA et NUMA. La mémoire est néanmoins partagée sur par l'ensemble des processeurs. Ceci implique que le système NUMA exploite une gestion des cohérences de la mémoire cache capable de prendre en compte l'ensemble des processeurs attachés à la plate-forme.

La technologie multi-processeur ne s'appuie néanmoins pas uniquement sur la gestion des bus de connexion. Le communications sur les bus d'inter-connexion doivent également permettre de maximaliser le traitement des tâches entre les processeurs.

Une dernière remarque, l'architecture NUMA oblige que chaque processeur fasse tourner son propre système d'exploitation, alors qu'en SMP, un seul système d'exploitation est exploité par l'ensemble des microprocesseurs du serveur informatique. Ceci dédie NUMA pour les serveurs sous UNIX ou propriétaires et SMP pour l'architecture INTEL compatibles. Seul exception, les opterons sont de type NUMA. Ceci s'explique par l'architecture mémoire spécifique de ces processeurs: la mémoire est directement raccordée sur le microprocesseur, sans passer par un northbridge.

La suite de la formation matériel réseau: > 8. Raid et SCSI

La formation "Hardware 1": PC et périphériques, la formation "Hardware 2": Réseau, serveurs et communication.