當前物理CPU正遵循摩爾定律在穩(wěn)定的高速發(fā)展，然而人類對計算能力的要求更高，一方面應用對計算能力要求超過摩爾定律的速度，另外一方面要求提高計算能力的使用效率，這都離不開軟件的協(xié)助。虛擬化和分布式都是現(xiàn)在流行的架構，他們代表著兩個不同的發(fā)展方向：虛擬化--一臺機器分成多臺機器用；分布式--多臺機器合成一臺機器用。正可謂"天下大勢，分久必合，合久必分"。
一、分布式架構發(fā)展和現(xiàn)狀
1. 從SMP到MPP
從系統(tǒng)架構來看，目前的商用服務器主要分為三類，對稱多處理器結構SMP，非一致存儲訪問結構NUMA以及海量并行處理結構MPP。
● SMP（Symmetric Multi-Processor）
所謂對稱多處理器結構，是指服務器中多個CPU對稱工作，無主次或從屬關系。各CPU共享相同的物理內(nèi)存，每個CPU訪問內(nèi)存中的任何地址所需時間是相同的，因此SMP也被稱為一致存儲器訪問結構（UMA：Uniform Memory Access）。
SMP服務器的主要特征是共享，系統(tǒng)中所有資源（CPU、內(nèi)存、I/O等）都是共享的。也正是由于這種特征，導致了SMP服務器的主要問題，那就是它的擴展能力非常有限。
● NUMA（Non-Uniform Memory Access）
由于SMP在擴展能力上的限制，人們開始探究如何進行有效地擴展從而構建大型系統(tǒng)的技術，NUMA就是這種努力下的結果之一。利用NUMA技術，可以把幾十個CPU（甚至上百個CPU）組合在一個服務器內(nèi)。
NUMA服務器的基本特征是具有多個CPU模塊，每個CPU模塊由多個CPU（如4個）組成，并且具有獨立的本地內(nèi)存、I/O槽口等。由于其節(jié)點之間可以通過互聯(lián)模塊（如稱為Crossbar Switch）進行連接和信息交互，因此每個CPU可以訪問整個系統(tǒng)的內(nèi)存。顯然，訪問本地內(nèi)存的速度將遠遠高于訪問遠地內(nèi)存（系統(tǒng)內(nèi)其它節(jié)點的內(nèi)存）的速度，這也是非一致存儲訪問NUMA的由來。由于這個特點，為了更好地發(fā)揮系統(tǒng)性能，開發(fā)應用程序時需要盡量減少不同CPU模塊之間的信息交互。利用NUMA技術，可以較好地解決原來SMP系統(tǒng)的擴展問題，在一個物理服務器內(nèi)可以支持上百個CPU。比較典型的NUMA服務器的例子即我們常說的小機例如HP的Supterdome和IBM的Power服務器。
但NUMA的節(jié)點互聯(lián)機制是在同一個物理服務器內(nèi)部實現(xiàn)的，當某個CPU需要進行遠地內(nèi)存訪問時，它必須等待，這也是NUMA服務器無法實現(xiàn)CPU增加時性能線性擴展的主要原因。2013年年度備受矚目的"淘寶去IOE"的原因也在此。在IBM的小機和Oracle數(shù)據(jù)庫的組合下，淘寶通過硬件升級獲得的性能增長達到了瓶頸，無法滿足客戶的爆發(fā)性增長。
● MPP（Massive Parallel Processing）
和NUMA不同，MPP提供了另外一種進行系統(tǒng)擴展的方式，它由多個SMP服務器通過一定的節(jié)點互聯(lián)網(wǎng)絡進行連接，協(xié)同工作，完成相同的任務，從用戶的角度來看是一個服務器系統(tǒng)。其基本特征是由多個SMP服務器（每個SMP服務器稱節(jié)點）通過節(jié)點互聯(lián)網(wǎng)絡連接而成，每個節(jié)點只訪問自己的本地資源（內(nèi)存、存儲等），是一種完全無共享（Share Nothing）結構，因而擴展能力最好，理論上其擴展無限制（如圖1所示）。目前的技術可實現(xiàn)512個節(jié)點互聯(lián)，數(shù)千個CPU。目前業(yè)界對節(jié)點互聯(lián)網(wǎng)絡暫無標準，如 NCR的Bynet，IBM的SPSwitch，它們都采用了不同的內(nèi)部實現(xiàn)機制。但節(jié)點互聯(lián)網(wǎng)僅供MPP服務器內(nèi)部使用，對用戶而言是透明的。
在MPP系統(tǒng)中，每個SMP節(jié)點也可以運行自己的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等。但和NUMA不同的是，它不存在異地內(nèi)存訪問的問題。換言之，每個節(jié)點內(nèi)的CPU不能訪問另一個節(jié)點的內(nèi)存。節(jié)點之間的信息交互是通過節(jié)點互聯(lián)網(wǎng)絡實現(xiàn)的，這個過程一般稱為數(shù)據(jù)重分配（Data Redistribution）。
但是MPP服務器需要一種復雜的機制來調(diào)度和平衡各個節(jié)點的負載和并行處理過程。目前一些基于MPP技術的服務器往往通過系統(tǒng)級軟件（如數(shù)據(jù)庫）來屏蔽這種復雜性。例如NCR的Teradata就是基于MPP技術的一個關系數(shù)據(jù)庫軟件，基于此數(shù)據(jù)庫來開發(fā)應用時，不管后臺服務器由多少個節(jié)點組成，開發(fā)人員所面對的都是同一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而不需要考慮如何調(diào)度其中某幾個節(jié)點的負載。
MPP以其優(yōu)良的擴展架構成為了分布式架構的基礎。
圖1.MPP服務器架構圖
