让应用选择服务器 浅析惠普Moonshot System

Moonshot System的未来猜想——OS与软件是否随之改变？

在HP于北京发布Moonshot System当天，我曾经发表过这样一条微博——我认为Moonshot的最大意义，并不是让Atom与ARM登上大雅之堂，而在于对应用负载平台的一种 全新认识，不管是应用优化也好，还是软件定义服务器也罢，都在于一个新思路——定制轻核心+精细物理颗粒+高密度分布式处理，但这需要时间的检验。在本 文，我认为这段话可以算是对Moonshot System未来带给业界影响的进一步猜想。

在传统的信息封闭时代，应用软件大多基于单机环境来运行，强调的是 Scale-Up纵向扩展的能力，CPU的核心数量越多、内存容量越大越好。然而，互联网的不断普及，引发了一系列的IT应用与技术变革，当人们越来越追 求便利、灵活、动态的IT环境时，Scale-Out横向扩展的能力也就愈加重要了，因为它在理论上可以带来无穷无尽的IT资源，以满足全球信息互联大环 境下的信息收集、处理与分发的需求。因此，如果说用户的需求引发了云计算、大数据等浪潮，那么从另一方面讲，Scale-Out也就是这一潮流的基础。在 这一环境下，更多的强调的是多机协同、集群分布式处理。俗话说“猛虎架不住群狼”，以数量众多的小机器，借助于横向扩展的能力，也可以与一台强调纵向扩展 的高性能大机器相抗衡。而在这种潮流下，应用自身也在转变，从单机环境向集群环境迁移，这就如同高性能计算领域的变迁——越来越多的HPC应用会构建于 MPI而不是OpenMP之上，因为后者是在单机环境下，再怎么Scale-Up又如何能与成千上万台服务器相比呢？虽然并不是所有的应用都适用于分布式 处理，但大部分应用均可以有效迁移至分布式环境已经是不争的事实。

现在，我们能在操作系统与越来越多的应用软件上看到了Scale-Out的 倾向，不过这仍然是一种通用层面上的调整。而Moonshot System的出现，则带给了我们另一种猜想——当硬件厂商以定制化的微服务器来应对指定的应用时，相关的操作系统与应用是否也将为这种新的轻核心、高密 度、分布式架构做出调整呢？

以当前第一代Moonshot System的设计，在4.3U的空间内，提供了45个微服务器，以Atom S1260的设计来看，则相当于90个核心、180个线程。这一密度在当前业界虽不算最高（DELL的PowerEdge C6145可以在2U空间里提供128个核心），但也相当引人瞩目，如果换成4x的版本，则将无人能及（Atom版本可达360核心、Calxeda版本 可达720核心）。而这种新的服务器形态，从资源管理、应用开发或部署理念上看，将可能带来一种新的思路。

以DELL的PowerEdge C6145为例，在2U的机箱内集成了两个4插槽计算节点，也就是说在4U空间（相当于Moonshot 1500机箱）里提供了16个处理器，它虽然有256个核心，可就节点与处理器数量来讲，颗粒度还是非常大的，如果想最大限度的利用资源，虚拟化是必需 的。而这就需要一个中间层（虚拟化层），在这层之上部署应用，并为应用分配相应的虚拟CPU、虚拟内存与虚拟I/O资源，可以说这是一个当前非常典型的应 用方式。而Moonshot System出现后，则提供了45个单独的计算节点与45个处理器，此时如果基于硬件分区的技术，即可以对这45个节点与处理器进行分割，颗粒度可以到2 个核心为一组（以Atom S1260为例）。到了今年下半年，一台Moonshot System即可达到180个处理器（4x节点的版本）与360核心（Atom）或720核心（ARM/Avoton）的规模，所以就整体的可管理性和硬 件资源的利用方面，无疑提供了一种新的理念——不借助软件层面的虚拟化，直接以硬件分区取可实现资源的快速调配，并且不影响硬件的性能。其实，硬件分区早 已在UNIX小型机上应用多年，但在x86领域还非常罕见，而Moonshot System这样的产品，可能会像开放式计算项目（OCP）那样，引发更多用户对软件虚拟化之外的资源利用方式的关注。

而在应用开发方面，由传统的通用核心向轻量级、定制、优化的核心迁移，也将会是一种可行的趋势。它将带来更低的复杂度、更小的能耗与空间占用，以及更少的成 本。根据HP的测试，采用Atom S1260的Moonshot System，在其专注的Web前端应用领域，相比传统服务器复杂度降低97%，节约能耗89%，节省空间80%，成本减少78%。相类似的，我们可以想 像在未来Moonshot System不同类别的服务器模组之上，与之对应的应用又会有怎样的表现呢？另一方面，如果我们将Moonshot System中的计算节点（现在是45个，未来可达180个），更为细化的对应应用的线程，就会发现每个线程所拥有的独立内存与I/O资源，与传统的服务 器架构就有了很大的不同，假如分布式编程得当，相信每个线程的执行效率也将有显著的提升。相对于传统的通用设计的服务器，它将让应用开发者更好地有的放 矢。

这种应用定义化的微服务器集群，虽然每个核心的处理效能不可与当前主流的通用服务器的CPU相比，但借助于这种高密度的分布式处理架构，配合相应的应用优 化，也将起到意想不到的效果。因此，从某种角度上讲，Moonshot System可以认为是一组服务器集群，也可以认为是一台特殊的应用服务器，就看应用如何针对其优化和使用了。

也许有人会说，分布式处理、高密度集群早已经不是新鲜东西，但关键在于以往 的这些平台大都采用的是主流通用处理器平台，比如至强、皓龙等，而Moonshot System的创新在于引入了更丰富的处理器类型，从x86到ARM，再到GPU、DSP、FPGA等ASIC，以应对更多特定属性的应用，在当前还没有 哪个主流服务器厂商这么做，因此其对于整个业界的影响不能忽视。这就好像GPU进入HPC领域一样，当越来越多的定制化微服务器出现，并以高密度集群、分 布式的形态呈现在用户眼前时，也就为我们打开了更多的想像空间。那时，也许Moonshot System这类的服务器，也不再会是被大型、巨型企业所独享，而会像刀片服务器那样，在更多的市场与领域展露拳脚。

一个好的硬件平台，离不开丰富的硬件与软件合作伙伴支持，惠普也希望借助自身的影响力，带动越来越多的伙伴投入到Moonshot System的市场开拓中，而这对于Moonshot System也至关重要。在这一合作过程中，也许就会引发新的应用开发思路甚至应用平台的变革

当然，我们也必须承认，就如某些应用并不适用分布式处理一样，肯定不是所有 的应用都适用于Moonshot System这样的产品，至少以现在的处理平台规划而言不会，传统的主流通用处理器仍然有强大的生命力（如果Moonshot System未来真有E3、E5的服务器模组则会大大扩展其应用范围），毕竟还有很多传统的应用在服役。而且就算是分布式处理环境，不同的应用对于每个核 心的性能要求也各不相同，这就需要用户进行具体的权衡，就好比一个由新兵组成的连队，和一个由老兵组成的连队，战斗力肯定不可相比一样。如果只是日常的巡 逻，新兵连队就能胜任，但如果是抢滩登陆，恐怕就非老兵连队莫属了。

因此，我认为Moonshot System可能会开启一种新的服务器潮流，并会引发软件产业相应的变化，但绝不会一手遮天。HP的发言人，曾经将Moonshot System比作十几年前的刀片服务器诞生（2001年5月由康柏投资的子公司RXL发布了业界第一款刀片服务器，一年后康柏被HP收购，因此HP认为自 己是刀片服务器的创始者），认为它会引领一个新的计算形态，不过时至今日，刀片并没有成为绝对主流，传统的机架服务器仍有旺盛的生命力。所以在我看 来，Moonshot System是针对当前超大规模、超高密度、定制化应用的一次尝试，就如同当初刀片服务器应对的高密度数据中心需求一样，而并非服务器的统一形态。

展望未来，Moonshot System是否会像刀片服务器那样，最后得以发扬光大，我不好判断。但是，Moonshot System的这次尝试无疑带给了我们某些新的启发，其中最重要的就是由应用的视角选择为之优化的服务器，打破了对通用、标准化服务器的传统认知，同时应 用也将针对新的服务器形态产生可能的变化。而这种启发与认知一旦形成规模，将会带来更为重大的变革，我想这才是HP发布Moonshot System的最大意义之所在——阿姆斯特朗在登上月球时留下了人类的足迹，标志了人类对外太空认识有了重大进步，40多年来，通过不断的积累，如今人类 已经开始向更遥远的火星进发……IT产业何尝不是在永无止境地前进呢？我认为，这应该就是HP用Moonshot来命名该服务器研发计划的原因吧……