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第 4 章 网络服务器技术 章
网络资源设备的集成是网络系统集成项目 中至关重要的内容。 中至关重要的内容。本
章重点介绍网络资 源设备中的服务器系统， 源设备中的服务器系统，包括网络服务器 和网
络操作系统、网络打印机。 和网络操作系统、网络打印机。
本章主要内容
1 2 3 网络服务器 网络操作系统 网络打印技术
网络服务器
网络服务器是最重要的网络资源设备，对整个 网络上的用户提供诸如文件共享、打印共
享、 数据库、WWW、E-mail 等一系列服务是网络 服务器的重要功能。 服务器定义：在网
络环境下提供网上客户机共 享资源（包括查询、存储、计算等）的设备。 广义而言，网络
系统中凡能为某类应用提供服 务的设备或部件（软/硬件）都可以被视为服 务器。不论是巨
型计算机、大型计算机和中小 型计算机，还是工作站、台式机或微处理器， 都可以扮演服
务器的角色。
网络服务器的分类（1）
按用途划分
文件打印服务器：通常文件打印服务器运行的操作系统有 NetWare 和 NT，也有少数用
户使用 UNIX 系统提供文件打印服务。 网络服务器：网络服务器是一台为网络提供多种服务
的计算机系统， 包括因特网服务器、Web 服务器和电子邮件服务器等，提供磁盘阵 列、打
印机、绘图仪等硬件和各种大型软件、数据库等各种网络资 源，并负责管理和协调网络用户
对资源的访问。它是计算机网络系 统的核心。 数据库服务器：数据库服务器通常运行 UNIX
或 NT 操作系统，需要 配合数据库来使用。 文件服务器：文件服务器的处理速度必须能够
满足多个用户的需要。 文件服务器的性能由其部件决定，如网络适配器、内存、CPU 及总
线。一般来说，用速度较快的服务器作为文件服务器，会使网络访 问速度有明显的改观。
网络服务器的分类（2）
按处理器类型划分
CISC 服务器：CISC（复杂指令集计算）CPU 结构从 1964 年 IBM360 系统开始， 基于
CISC 处理器的服务器大都是 Intel 架构（IA）的 PC 服务器，包括 Intel X86 列处理器和 IA-32
架构的 Pentium（Pro）、PentiumⅡ、Pentium Ⅱ（Xeon） 等。基于 CISC 处理器的 Intel 架构
（IA）PC 服务器根据安装结构可以分为机座 式服务器和机架式服务器。 RISC 服务器：RISC
（精简指令集计算）概念是 IBM 在 70 年代提出的。RISC 技 术大幅度减少指令的数量，用
简单指令组合代替过去的复杂指令，通过优化 指令系统来提高运行速度。RISC 技术采用了
更加简单和统一的指令格式、固 定的指令长度以及优化的寻址方式，使整个计算机体系更加
合理。指令系统 的简化使得系统指令译码器的设计复杂程度也大大简化了，并使完全由硬件
逻辑实现指令译码成为可能，而尽量减少使用内嵌微代码来完成译码操作， 大大提高了指令
的执行速度。RISC 处理器比同等的 CISC 处理器性能提高 50％ ~75％，因此各种大中小型计
算机和超级服务器都采用 RISC 架构的处理器， RISC 处理器已经逐渐成为高性能计算机的
代名词。RISC 体系结构的服务器的 代表有 DEC 的 Alpha Server 系列、HP 的 HP 9000 系列、
SUN 的 Sparc Center 和 Ultra Enterprise 系列、IBM 的 RS 6000 和 AS 400 系列等。 小型机服
务器：由于 RISC 架构服务器技术和性能的进步，现在除了一些特大 型的企业级服务器或特
别密集的数据库应用（如机场管理、售火车票、人口 普查等）外，一般难觅小型机服务器的
踪影。
网络服务器的分类（3）
按网络应用规模划分
入门级服务器：通常只有 l 个 CPU，适用于在几个办公室之间完成文件共享和打 印服务，
也可以完成简单数据库处理、Internet 接入等需求。 工作组级服务器：一般支持 1~2 个 CPU
（SMP 对称多处理器结构），配置了小 型服务器所必备的各种特性，如采用 SCSI 总线的 I/O
系统、可选装 RAID、热插 拔硬盘、热插拨电源和增强服务器管理功能的 SM 总线等。功能
全面、可管理 性强、易于维护，具有高可用性特性。可满足中型网络用户的数据处理、文件
共享、Internet 接入以及中型数据库应用的需求。 部门级服务器：一般支持 2~4 个 CPU（SMP
对称多处理器结构），具有较高的 可靠性、可用性、可扩展性和可管理性。通常标准配置有
热插拔硬盘、热插拨 电源和 RAID。这类服务器的另一些普遍特点是：具有差错检测和改正
（ECC） 的存储器，维护了存于磁盘和内存 RAM 中数据的完整性，具有智能驱动控制器
和冗余子系统；数据处理能力较强、易于维护管理，是面向大型网络的产品。 企业级服务器：
通常支持 4~16 个或更多的 CPU、最新 CPU 技术及关键部件热插 拔技术，使得系统性能、
系统连续运行时间均得到最大的提升。支持无磁盘柜 集群方式，拥有独立的双 PCI 通道和
内存扩展板设计，具有高内存带宽，大容 量热插拔硬盘和热插拨电源，具有超强的数据处理
能力，同时系统的监控管理 也得到很大简化。这类产品具有高度的容错能力及优良的扩展性
能，可作为替 代传统小型机的大型企业级网络的数据库服务器。适合运行在需要处理大量数
据、高处理速度，以及对可靠性要求极高的金融、证券、交通、邮电和通信等 行业中。
网络服务器的分类（4）
按系统体系结构划分
UMA 体系结构：UMA（Uniform Memory Access，通用内存访问）， 即 SMP（Symmetry
Multi-Processor，对称多处理器）体系结构采 用共享内存，所有 CPU 访问内存的时间是一致
的，处理器与处理器 之间通过总线或高速交叉开关相连，运行一个操作系统。这种结构 的
优点是易于管理和资源的有效利用，但缺点是比较昂贵和扩展性 差。在 SMP 中，共享存储
器以及存储器总线是系统性能的瓶颈。 SMP 不具有高可扩展能力，因为它使用竞争总线和
集中式共享存储 器。同时，单操作系统映像（SSI）及共享存储器是两个潜在的单 失效点，
会降低 SMP 的可用性。 NUMA 体系结构：NUMA（Non-Uniform Memory Access，非通用
内存访问）体系结构也称为分布式内存结构，每个处理器访问内存 的时间是可变的，处理器
与处理器之间通过以太网或专用网络连接， 运行多个操作系统拷贝，内存和 IIO 都是分布式
资源。这种体系结 构的优点是比较便宜、扩展性能好，但缺点是难于管理和资源使用 效率
低。分布式存储器结构和高带宽交叉开关网络解决了 SMP 系统 中通常存在的许多瓶颈问题，
减轻了并行计算机程序设计的复杂度； 系统能进行灵活的多处理，从而实现较高的工作效率。
影响服务器性能和稳定 的因素
影响服务器性能和稳定的因素主要有：
中央处理器（CPU） 系统内存 硬盘和硬盘控制器 随机存取存储器（RAM） 系统总线
等
影响服务器性能和稳定 的因素（续 1）
中央处理器（CPU）
CPU 的数据总线宽度。数据总线的宽度决定 CPU 在一个处理周 期内能存取的信息量，
总线越宽，性能越好。 CPU 的时钟速度。 高速缓冲存储器（Cache）。高速缓冲存储器容量
越大，CPU 传递信息的效率越高。多数 CPU 都有某种形式的 Cache，内嵌 在 CPU 中的 Cache
常称之为第 1 级高速缓存（L1 Cache）；另 有一些放在 CPU 之外的 Cache，称作 L2 Cache
或 L3 Cache。在 设计 Cache 时使用了两种新技术：一种是总线监听规程，它使 CPU 在查到
自己的 Cache 故障后可以访问保存在另一个 CPU Cache 中的数据；另一种是管道技术，在数
据从主存取出时， 可以避免 CPU 不必要的等待。按工作原理通常将 Cache 分为四 种：
通过 Cache 完成写操作。 回写式 Cache。 直接映射式 Cache。 双向相连 Cache。
影响服务器性能和稳定 的因素（续 2）
系统内存
由于 CPU 速度的不断提高，对于高性能系统的需求也不断增加。采用先 进的内存技术
如同步模式（SDRAM）、DDR 技术，及采用较大的内存容 量可以提高整个服务器的性能。
硬盘和硬盘控制器
硬盘是文件服务器中最容易出故障的部分。服务器的硬盘配置对服务器 的总体效率和可
靠性具有关键性的影响。选择硬盘主要从硬盘的容量、 性能、价格以及硬盘的接口等几个方
面考虑。如果考虑冗错，硬盘的个 数还要增加。 硬盘的性能主要由以下因素决定：
旋转速率：服务器硬盘中的磁盘的旋转速率至少是每分钟 7200 转，一般为每 分钟 10000
转或 10000 转以上； 平均寻道时间； 平均存取时间； 数据传输率：数据传输率主要由硬盘
驱动器与系统的接口决定，依赖于系统 总线、硬盘控制器的支持和所用的数据传输模式。服
务器的硬盘控制器一般 选用速度很快的 SCSI（小型计算机系统接口）控制器，传输速率在
10Mbit/s 以上。
影响服务器性能和稳定 的因素（续 3）
随机存取存储器
存储器性能：
CPU 数据总线的时钟速度； CPU 数据总线的宽度； 等待状态的数目； 存储器芯片的
速度。
存储器故障检验与校正（ECC）。
系统总线
服务器中的系统总线分为服务器内部 I/O 总线和服务器外部 I/O 总线。服务 器的内部 I/O
总线主要有 ISA、EISA、VL-Bus 和 PCI 等 4 种总线。现在最常用 的是 PCI 总线。硬盘与主
机的连接是通过外部 I/O 总线实现的。目前常用的 I/O 总线主要有 ATA/EIDE 和 SCSI 两种。
系统总线对提高服务器传递信息的效率起重要作用，原则上是越高越好。 影响系统总线性能
的因素有两个：
系统总线的宽度 系统总线的时钟频率。
影响服务器性能和稳定 的因素（续 4）
综上所述，Cache 系统用来管理对内存的 访问，以使 CPU 能得到充足的指令或数据 供
应。总线控制的 I/O 设备也要竞争对内 存的访问，但它运行速率比 CPU 低得多。 高性能的
服务器应该使 CPU 和 I/O 设备能 同时访问内存，得到最大的并行运行和 最小的竞争。
PC 服务器与台式机的区别
可靠性的要求不同：作为网络的中枢，要求服务器具有较高的可靠 性。因为，如果一台
台式机出了故障，只影响到它本身，而如果一 台服务器出了故障，则会造成整个网络的瘫痪。
所以，在服务器的 设计上，充分考虑了对可靠性的要求，并且往往有一些监控的手段 （如
监控服务器内的电压、温度等），内存至少使用奇偶校验内存， 甚至使用能够自动纠错的 ECC
内存，硬盘一般也采用可靠性比较高 的热插拔硬盘。 扩展性要求不同：由于服务器的可扩
展性要求较高，因此服务器一 般都是塔式机箱，能够提供的设备安装托架比台式机要多，
如 PC 服 务器一般要求有 6 个左右的硬盘托架，而台式机只要求 2 个左右。 对外设访问的
速度和连接外设的数量要求不同：由于服务器往往连 接大容量的硬盘，并且需要频繁地进行
硬盘的读写，所以服务器一 般使用高速的 SCSI 接口，并且往往把 SCSI 控制器集成在主板
上。而 台式机一般采用 IDE 或 EIDE 接口。另外，服务器一般采用 PCI+EISA 的总线结构
以与以前开发的一些高速 EISA 接口的 RAID 卡、网卡等 兼容，而台式机一般采用 PCI+ISA
的总线结构。
服务器系统中的主要技术
对称多处理技术 分区技术 负载均衡技术 集群高可用性技术 磁盘阵列和热插拔 ECC
内存 ISC 服务器控制技术 EMP 应急管理端口 智能输入/输出（I2O）技术
对称多处理技术
对称多处理（SMP）是为了弥补单个 CPU 处理能力不足而引入的一种体系 结构，是指
在一个计算机上汇集了一组处理器（多 CPU），各 CPU 之间共 享内存子系统以及总线结构。
虽然同时使用多个 CPU，但是从管理的角 度来看，它们的表现就像一台单机一样。系统将
任务队列对称地分布于 多个 CPU 之上，从而极大地提高了整个系统的数据处理能力。内存
中只 需要一个操作系统的副本，任务可以在任何一个 CPU 上运行，对上层软 件而言是透明
的。它可以利用多个 CPU 的并行工作来提高整体的系统性 能以及系统的可靠性。目前常见
的 SMP 有两种结构： 共享 Cache 结构：实现起来比较容易。一般两个 CPU 插槽都做在主板
上， 但是两个 CPU 比一个 CPU 的性能提高只有 20%~30%。目前市场上声称能 够支持两
个 CPU 的服务器一般都是这种结构，如 IBM 的 320 系列、 Compaq 的 1500 系列、长城的
S900/ES 等。 独立 Cache 结构：独立 Cache 的 SMP 结构实现起来比较复杂。一般采用单 独
的 CPU 卡来做，但是性能提高很多，两个 CPU 比一个 CPU 性能可以提高 80%~90%。一般
只有高档的服务器才采用这种结构。这种结构下的服 务器一般能够支持 1~4 个或更多的 CPU，
增加一个 CPU 时价格会有较大的 增加。
分区技术（1）
系统分区可以分为物理分区和逻辑分区。 早在上个世纪七十年代，IBM 在大主机上 发
明了分区（Partition）技术。随着时间 的推移，技术在不断进步，分区技术经 历了从物理分
区到逻辑分区的进化，发 展到今天已经能做到多个逻辑分区共用 一个物理资源，并且能做
到负载均衡。
分区技术（2）
物理分区：物理分区是在一个大型的 SMP 系统中，硬 件资源如 CPU、内存和 I/O 等被
组织为一个物理单元。 这样的物理单元结合在一起，运行一个操作系统映像。 如图 4-1 所
示，在三个物理单元上运行两个操作系统映 像。
分区技术（3）
逻辑分区：逻辑分区是将 SMP 系统中的硬件资源（如 CPU、内存 和 I/O 等）逻辑的进
行划分。它不依赖于任何的物理单元。如图 42 所示，8 个 CPU 分属于三个逻辑分区中（其
中一个 CPU 未属于任 何分区）。
分区技术（4） ——分区技术的优点
服务器集中。服务器的集中 管理和应用模式的集中可以 减少总拥有成本（TCO）。 隔
离生产环境和测试环境。 在一台物理的机器上，可以 把一个分区作为生产环境； 另一个分
区作为测试环境。 它们有各自独立的系统环境， 互不干扰。这是一个很诱人 的工作模式。
提高硬件的使用率。当一个 较大的应用实例不能充分发 挥整个机器的硬件能力时， 可考虑
将其划分成若干个较 小的应用实例，运行在机器 不同的逻辑分区上，以提高 整体的处理能
力。 隔离不同的应用环境。如果 应用程序需要不同的系统环 境（例如时钟）时，可将其
运行在不同的逻辑分区上。 提高硬件资源分配的灵活性。 在业务高峰时，为该应用分 配更
多的系统资源（如 CPU、 内存等）。这通过调整不同 逻辑分区之间的硬件资源来 实现。
提高硬件资源的可靠性。即 使在某个分区内发生了不可 自动修复的硬件故障，也只 能造成
这一分区的系统停止， 而不会影响到其他分区内的 系统。已经将硬件故障造成 整个系统瘫
痪的可能性降到 了最低点。
负载均衡技术
在多处理器、多任务应用环境和异构系统平台中，由 于系统访问和数据请求频繁，对服
务器的处理速度将 会造成很大压力，用户的响应时间延长，从而降低整 个系统的性能。 负
载均衡技术指的是采用一种对访问服务器的负载进 行均衡（或者说分担）的措施，使两个或
两个以上的 服务器为客户提供相同的服务。 随着技术的发展，负载均衡从结构上分为本地
负载均 衡和地域负载均衡（全局负载均衡），前一种是指对 本地的服务器集群做负载均衡，
后一种是指对分别放 置在不同的地理位置、在不同的网络及服务器群集之 间作负载均衡。
负载均衡可以通过设置多台服务器或通过软件方式实 现。
负载均衡技术（续 1）
多主机负载均衡：每个主机运行一个所需服务器程序 的独立拷贝，诸如 Web、FTP、E-mail
服务器程序。对 于某些服务（如运行在 Web 服务器上的那些服务）而 言，程序的一个拷贝
运行在群集内所有的主机上，而 网络负载均衡则将工作负载在这些主机问进行分配。 对于
其他服务（例如 E-mail），只有一台生机处理工作 负载，针对这些服务，网络负载均衡允许
网络通信量 流到一个主机上，并在该主机发生故障时将通信量移 至其他主机。在 UNIX 系
统管理中，用户可以设置一台 生服务器，指定一台或多台服务器作为从服务器，一 方面可
以分担系统访问流量，另一方面可以提高整个 系统的安全可用性。 软件技术：一些软件公
司提供了专门的负载管理软件， 其中包括 Platform Computing 公司的 LSF 软件。
负载均衡技术（续 2）
服务代理和内容分发技术
使用代理服务器，可以将请求转发给内部的服务器，使用这种加速 模式显然可以提升静
态网页的访问速度。然而，也可以考虑这样一 种技术，使用代理服务器将请求均匀转发给多
台服务器，从而达到 负载均衡的目的。 这种代理方式与普通的代理方式有所不同，标准代
理方式是客户使 用代理访问多个外部服务器，而这种代理方式是代理多个客户访问 内部服
务器，因此也被称为反向代理模式。虽然实现这个任务并不 是特别复杂，然而由于要求特别
高的效率，实现起来并不简单。 使用反向代理的好处是，可以将负载均衡和代理服务器的高
速缓存 技术结合在一起，提供有益的性能。然而它本身也存在一些问题， 首先就是必须为
每一种服务都专门开发一个反向代理服务器，这就 不是一个轻松的任务。代理服务器本身虽
然可以达到很高效率，但 是针对每一次代理，代理服务器就必须维护两个连接：一个对外的
连接，一个对内的连接。因此对于特别高的连接请求，代理服务器 的负载也就非常之大。反
向代理方式下能应用优化的负载均衡策略， 每次访问最空闲的内部服务器来提供服务。但是
随着并发连接数量 的增加，代理服务器本身的负载也变得非常大，最后反向代理服务 器本
身更会成为服务的瓶颈。
集群高可用性技术
集群技术是将一组相互独立的计算机通过高速的通信网络而组成的一 个单一的计算机系
统，并以单一系统的模式加以管理。其出发点是提 供高可靠性、可扩充性和抗灾难性。 一
个服务器集群包含多台拥有共享数据存储空间的服务器，各服务器 之间通过内部局域网进行
相互通信。 在集群系统中运行的服务器并不一定是高档产品，但服务器的集群却 可以提供
相当高性能的不停机服务；每一台服务器都可承担部分计算 任务，并且由于群集了多台服务
器的性能，整体系统的计算能力将有 所提高；同时，每台服务器还能承担一定的容错任务，
当其中某台服 务器出现故障时，系统可以在专用软件的支持下将这台服务器与系统 隔离，
并通过各服务器之间的负载转移机制实现新的负载平衡，同时 向系统管理员发出报警信号。
集群系统通过功能整合和故障过渡技术实现系统的高可用性和高可靠 性，集群技术还能够提
供相对低廉的总体拥有成本和强大灵活的系统 扩充能力。 集群高可用性技术可用两种方法
来实现：
双机容错 多机集群
双机容错技术（1）
双机系统是由两台服务器和共享存储子系统组成的。 在双机系统中，每台主机都有自己
的系统盘，安装操作系统和应 用程序；每台主机至少安装两块网卡，一块连接到网络上，对
外 提供服务，另一块相互与另一台主机连接，用于侦测对方的工作 状况；每台主机都连接
在共享磁盘子系统上，共享磁盘子系统通 常均为有容错功能的磁盘阵列，各种应用所需的数
据均储存在磁 盘阵列子系统上。 双机容错系统有两种工作模式：
Active/Standby 模式下，两台服务器一主一备。系统正常运行时，主 服务器处于工作状
态（Active），另一台服务器则处于备用 （standby）状态；当主服务器出现故障不能提供相
关服务时，由各 用服务器接替主服务器工作，从而实现容错功能。 在 Active/Active 模式下，
正常运行时，两台服务器都处于工作状态， 提供相同的或不同的服务：当其中任何一台服务
器出现故障时，它 所承担的工作被对方所接替，使服务不被中断。
在双机容错系统的配置中，双机软件是必不可少的。
双机容错技术（2）
双机容错系统物理连接图
集群技术
近年来，SMP 系统常被作为一个节点构成更大的并行巨 型机系统，这就是 Cluster SMP
（CSMP，集群 SMP）系 统。在集群系统中，所有节点可一起工作，如同一个单 一集成的
计算资源；每个节点都有自己的操作系统，并 能通过共享磁盘来共享关系数据库管理系统。
对于 CSMP 系统来说，扩展能力只是增加更多的处理器、磁 盘、存储器、I/O 带宽或另一
个节点。 CSMP 虽然在技术上比传统的 SMP 系统更复杂，但却有很 多好处，如容易编程、
硬件自动容错、动态联机后备、 动态批量负载平衡等，且可用性通常比其他结构高。因 此，
CSMP 代表了未来巨型机结构技术的重要方向。 集群技术的关键是一个结构独立的集群软件，
可以是独 立的软件厂家的产品，它为多台应用服务群的高可用性 管理提供了解决方案。
磁盘阵列和热插拔
磁盘阵列一般指的是 RAID 磁盘阵列，也就是采用多余 的磁盘来对信息进行冗余保存，
从而提高磁盘系统的 可靠性。当某个硬盘发生故障时，可以通过保存在其 他硬盘上的冗余
信息把故障硬盘上的数据全部恢复出 来。 热插拔是一种不停机恢复故障硬盘的技术，一般
需要 和磁盘阵列配合使用。当磁盘发生故障时，可以在不 停机的情况下更换故障硬盘并恢
复故障硬盘中的数据， 而此时系统正常工作仍在继续。这种技术只有在发生 故障时也不允
许服务中断的某些关键场合才需要。但 是这种技术只解决了磁盘子系统的故障问题，当系统
发生其他故障时还是需要停机处理，所以在可靠性要 求更高的场合还有双机热备份等技术。
ECC 内存
内存是一种很重要的部件，程序需要在内存中保存并 运行，所有的数据也都需要在内存
中处理，内存出错 肯定会引起数据错误甚至造成系统死机。在服务器上 一般采用奇偶校验
内存，它能够检测到内存 1 位的错误。 在可靠性要求较高的场合，特别是当采用的内存量较
大的时候，应该采用 ECC 内存。ECC 内存能够检测并自 动纠正错误。一般能够检测 2 位错
误，自动纠正任何 1 位错误。ECC 内存的实现在服务器上也有两种形式：一 种是内存的插
槽与普通内存一样，为工业标准的 SIMM 插槽，内存采用特殊的 ECC 内存条，错误检测和
纠正功 能在内存条上实现，低档服务器一般都采用这种方法； 另一种方法是采用特殊的 ECC
内存卡，多条 SIMM 内存 条插在内存卡上，内存卡上有电路来实现错误的检测 和纠正，高
档服务器一般采用这种方法。
ISC 服务器控制技术
ISC（Intel Server Control）是一种网络监控技术，只 适用于使用 Intel 架构的带有集成管
理功能主权的服务 器。采用这种技术后，用户在一台普通的客户机上， 就可以监测网络上
所有使用 Intel 主板的服务器，监控 和判断服务器是否正常。 一旦服务器中机箱、电源、风
扇、内存、处理器、系 统信息、温度、电压或第三方硬件中的任何一项出现 错误，就会报
警提示管理人员。值得一提的是，监测 端和服务器端之间的网络可以是局域网也可以是广域
网，可直接通过网络对服务器进行启动、关闭或重新 置位，极大地方便了管理和维护工作。
EMP 应急管理端口
EMP（Emergency Management Port）是服务器主板 上所带的一个用于远程管理服务器的
接口。远程控制 机可以通过 Modem 与服务器相连，控制软件安装于控 制机上。远程控制
机通过 EMP Console 控制界面可以对 服务器进行下列工作：
打开或关闭服务器的电源。 重新设置服务器，甚至包括主权 BIOS 和 CMOS 的参数。
监测服务器内部情况，如温度、电压、风扇情况等。
以上功能可以使技术支持人员在远地通过 Modem 和电 话线及时解决服务器的许多硬件
故障。这是一种很好 的实现快速服务和节省维护费用的技术手段。通过 ISC 和 EMP 两种技
术可以实现对服务器的远程监控管理。
智能输入/输出（I2O）技术
随着处理器性能的飞速提高，服务器系统的 作用越来越大，一旦作为网络中心设备后，
其数据传输量会大大增加，因而 I/O 数据传输 经常会成为整个系统的瓶颈。 智能输入/输出
（I2O）技术把任务分配给智 能 I/O 系统，在这些子系统中，专用的 I/O 处 理器将负责中断
处理、缓冲存取以及数据传 输等繁琐的任务，这样，系统的吞吐能力就 得到了提高，服务
器的主处理器也能被解放 出来去处理更为重要的任务。
网络操作系统
操作系统是最基本的系统软件，它是控制和管理计算机硬件与软 件资源、合理地组织计
算机的工作流程，以及方便用户使用计算 机系统的众多程序的集合。从用户的观点看，它是
用户和计算机 之间的接口；从资源管理观点看，它是控制和管理计算机资源的 软件。操作
系统通常管理文件、存储器、程序的加载和运行、设 备、输入/输出、多个程序之间的 CPU
调度等多种资源。 网络操作系统（NOS，Network Operating System NOS Network System）
就是通常所 说的服务器操作系统，是网络的核心。网络操作系统通常安装在 中央控制节点
——服务器上，提供网络操作的基本环境，除了具 有常规操作系统的处理器管理、存储器管
理、设备管理、文件管 理、作业管理等功能之外，还具有多协议支持、网络互联、容错、
网络用户管理、网络资源管理、网络运行状况统计、网络安全性 的建立、网络信息通信等其
它网络服务管理功能。 网络操作系统都是多任务、多用户的操作系统。 目前网络操作系统
种类极少，常用的有：UNIX/Linux 系列，如 SCO 公司和 Solaris 公司的 UNIX 系统、Turbo
Linux 等；微软公司的 Windows NT/2000；Novell 公司的 NetWare 等。
网络操作系统概述 ——网络操作系统的分类
按照不同的分类方法，网络操作系统可分为不同的类别
按联网范围分类：网络操作系统可分为广域网络操作系统和局 域网络操作系统。随着计
算机网络互联技术和各种网络协议、 通信协议的发展，计算机网络技术的地域界限将变得模
糊起来。 按网络通信协议和传输协议分类：网络操作系统可分为支持 TCP/IP 的网络操作系
统，支持 SPX/IPX 的网络操作系统，支持 SNA 的网络操作系统，支持 NET BIOS 的网络操
作系统，支持 SMB 的网络操作系统，支持 NFS 的网络操作系统以及支持 Apple Talk 的网络
操作系统等等。 按网络操作系统模块分类：网络操作系统包括很多模块，如果 它们均等地
分布在多个工作站上，由各个节点分担局域网的资 源管理和分配，这种网络称为对等型网络。
则称该系统为对等 式网络操作系统；若其中的部分模块驻留在服务器上，作为服 务器软件，
而另有一部分模块安装在网络工作站等有关设备上， 这样的系统被称为客户机/服务器型操
作系统。
网络操作系统的特点
从体系结构的角度看
当今的网络操作系统可能不同于一般网络协议所需的完整的 协议通信传输功能，但具有
所有操作系统的职能，如任务管 理、缓冲区管理、文件管理及磁盘、打印机等外设管理。
从操作系统的观点看
网络操作系统大多是围绕核心调度的多用户共享资源的操作 系统，包括磁盘处理、打印
机处理、网络通信处理等面向用 户的处理程序和多用户的系统核心调度程序。
从网络的观点看
可以将网络操作系统与标准的网络层次模型作一比较，见下 表：
网络操作系统的特点（续 1）
网络操作系统与 ISO/OSI 参考模型的关系
OSI 7. 应用层 6. 表示层 5. 会话层 4. 传输层 3. 网络层 2. 数据链路层 1. 物理层 网
络操作系统 应用程序：如文件、电子邮件等 子网协议：如 NCP、SMB、NET BIOS 等
SPP、SPX、TCP 等 IP、IDP、IPX 网络接口驱动程序
网络操作系统的特点（续 2）
在物理层和链路层，一般网络操作系统支持多种网卡，其中有基 于总线的，也有基于令
牌环的网卡及支持星型网络的网卡。因此， 从拓扑结构来看，网络操作系统可以运行于总线
型、环型、星型 等多种形式的网络之上。换句话说，网络操作系统独立于网络的 拓扑结构。
为了提供网络的互联性，一般网络操作系统提供了多 种复杂的桥接、路由功能，可以将具有
相同或不同的网卡、协议、 拓扑结构的网络连接起来。 OSI 模型的第 3~5 层的网络软件主
要对应于以下两种功能：Ⅱ支持 高层服务。如建立客户与一个应用程序的服务器之间的对话
或者 是用户逻辑名和网络资源的联系等；Ⅱ支持有效的、可靠的网络 数据的传输，不考虑
物理位置。一般来说，网络操作系统的应用 程序范围可以认为在第 7 层和第 6 层内。 当今
的网络操作系统一般将网络通信协议作为内置的功能来实现， 因而其范围包括了整个或大
部分 OSI 模型的网络体系层次。
网络操作系统的特点（续 3）
应具有可扩充性、良好的系统使用性能和丰富 的应用程序
网络操作系统还应具有可扩充性，如实现即插即用。 网络操作系统应具有良好的系统使
用性能，能够在 系统的安全、容错及吞吐量之间寻求一个平衡。一 个成熟的网络操作系统，
会有众多的软件厂商为它 开发应用软件，因此拥有丰富的应用程序。通常这 些应用软件包
含了如电子邮件系统、系统备份软件、 防病毒软件等等。
网络操作系统的特征
一个典型的网络操作系统，大都具有以下特征：
硬件独立：网络操作系统可以在不同的网络硬件上运 行。 网桥/路由连接：可以通过网
桥、路由功能与别的网络 / 连接。 多用户支持：在多用户环境下、网络操作系统给应用 程
序以及数据文件提供了足够的、标准化的保护。 网络管理：支持网络实用程序及其管理功能，
如系统 备份、安全管理、容错、性能控制等。 安全性和存取控制：对用户资源进行控制，
并提供控 制用户对网络访问的方法。 用户界面：网络操作系统会给用户提供丰富的界面功
能，具有多种网络控制方式。
NetWare 网络操作系统
NetWare 是美国 Novell 公司开发的一种高性能局域网操 作系统，是 Novell 网的技术核
心。 NetWare 的系统结构
NetWare 最重要的特性是基于基本模块设计思想的开放式系统 结构。NetWare 是一个开
放的网络服务器平台，可以方便地对 其进行扩充。NetWare 系统对不同的工作平台、不同的
网络协 议环境以及各种工作站操作系统提供了一致的服务。 使用 NetWare 的可安装模块
（NLMs）可以建立及扩充一个文 件服务器。 作为一个 NOS 的环境，NetWare 规定了与 OSI
参考模型相应的 五层协议，提供文件和打印机共享，支持诸如电子邮件传输 和数据库访问
等应用。下图 4 为 NetWare 的主要协议和 OSI 参 考模式的对应关系。
NetWare 协议和 ISO/OSI 参考模 型的对应关系
UNIX 系列操作系统
UNIX 是一个多用户、多任务的操作系统，1969 年诞生 于美国 AT&T 公司的贝尔实验
室。UNIX 已发展为两个重 要的分支：一是 AT&T 公司的 UNIX System V，在微机 上主要
采用该版本；另一个是加州大学伯克利分校计 算机系统研究小组（CSRG）将 UNIX 改进后
的 BSD UNIX（Berkeley Software Distribution），简称伯克利 版本（BSD），主要运行于大、
中型机上。 UNIX 是一组操作系统标准，现有几十种不同版本，可 以运行在从 PC 到超级计
算机的非常广泛的服务器平台 上，具有大型服务器操作系统的功能，并支持网络文 件系统
（NFS）和提供数据库应用，在广域网中应用比 较广泛。
UNIX 的系统结构
UNIX 操作系统在层次结构上分为两个层次：一个层次是操作系统 内核（核心层），它
提供最基本的系统能力，如设备驱动、进程 调度、资源管理等；另一个层次是系统应用程序
（实用层），包 括一组外部命令、软件开发环境、窗口系统等。二者之间是单向 依赖关系，
应用程序只有通过内核才能访问各种硬件资源，内核 的作用在于隐藏硬件技术细节，向应用
程序提供通用的、功能增 强的界面，如图所示。
核外
系统应用程序
程序员界面
内核
操作系统内核 硬件
UNIX 的 TCP/IP 协议与 OSI/RM 模型的对应关系
OSI/RM 7. 应用层 6. 表示层 5. 会话层 4. 传输层 3. 网络层 2. 数据链路层 1. 物理层
ICMP、ARP、RARP LAN/WAN 物理层 IP TCP 或 UDP UNIX TCP/IP TELNET、FTP、
TFTP、SNMP、DNS
Linux 操作系统
近两年，Linux 系统异军突起。作为类 UNIX 操作系统，Linux 以 UNIX 的品质和独有
的开放性向传统的 NOS 提出了强有力的挑战， 目前 Linux 的装机量与市场份额在稳步增加。
常见的 Linux 系统有 Red Hat 和 Xteam。 Linux 可以在网络服务器上运行，也可以在客户机
上运行。它具有 以下基本特征：是一个多用户、多任务操作系统；符合 POSTX （可移植操
作系统接口）标准；提供具有内置安全措施的分层的 文件系统、提供 Shell 命令解释程序
（如 Cohell、Bash）和编程语 言（如 C、C++等）、提供强大的网络管理如远程管理功能； Linux
还具有内核的编程接口和图形用户接口，及大量的实用程序 和通信、联网工具，并具有面向
屏幕的编辑软件。 除此之外，Linux 还具有以下独特之处，即它的内核源代码是公开 的，
任何人都可以通过 Internet 下载它、修改它，并公布修改结 果；它还可以在多种硬件平台上
运行，而且还支持对称多处理器 （SMP）的服务器；它还可以仿真多种操作系统软件环境，
如 DOS、Windows、Windows NT 等。
Windows NT 系列操作系统
Microsoft 公司于 1988 年推出 Windows NT。“NT”意指 “New Technology”，它把多任务和
存储管理的功能与 Windows 95 的优美的用户界面统一起来，是一个现代 化的、模块化的、
32 位的可移植的操作系统。 Windows NT 具有工作站及小型机的操作系统中所具有 的强大
功能，这包括强大的文件系统、带有优先权的 多任务/多线程环境。Windows NT 具有高性能
的应用 程序接口（API）通信功能及管理工具，支持对称多处 理器，与 DCE 兼容的远程过
程调用，支持 POSIX 及 TCP 协议的网络功能，而且还独立于硬件平台。
Windows NT 的系统结构
Windows NT 的结构可以分为两部分：
系统用户态部分（Windows NT 保护子系统）：是由诸客户进程和 服务器进程所构成的，
其结构关系为客户/服务器模型。Windows NT 有两类保护子系统：
环境子系统：每个环境子系统是一个用户态服务器，为特定的操作系 统提供一个 API。
它为客户进程提供如下服务：当一个应用程序调用 其相应的某个 API 时，一个消息通过执
行体的本地过程调用 LPC 工具， 发送给完成该 API 程序的服务器——环境子系统；子系统
执行 API 例程， 并通过 LPC 将结果返回应用程序进程。用户态的每一个环境子系统都 可以
支持多个客户应用程序同时运行。 集成子系统：是完成重要操作系统功能的服务器。
系统核心态部分（NT 执行体）：NT 的执行体的结构是层次式与微 内核的结合。它由
一组部件构成，这些部件形成了层次结构：
最上面一层是由系统服务下面的几个部件构成，如对象管理程序、安 全调用监视程序、
进程管理程序等； 中间层为 NT 内核； 最底下的一层是硬件抽象层，它将 NT 执行体的其
余部分与运行机器 的硬件特性隔离开来。
OSI/RM 模型与 NT 的网络协议 体系模型
SMB：Server Message Block 服务器报文块 TDI：Time Delay Indicator 延时指示器
NDIS：Network Drive Interface Specification 网络驱动程序接口说明
Windows NT 的网络功能特点（1）
多种网络支持：Windows NT 扩展了网络功能：支持对等网络、 客户/服务器型网络；可
以在网络中共享文件与资源；Windows NT 支持与 NetWare、UNIX 服务器之间的多种协议会
话；支持远程 过程调用（RPC）。 安全性：Windows NT 有极高的安全性：Windows NT 要
求用户使 用口令登录，并可以定义对文件和打印机等资源的存取控制。 管理方便：Windows
NT 采用图形用户界面，并提供了一系列有 关系统设置、文件系统、管理工具的应用程序，
简单易用。在上 述的应用程序中也包含了很多有关网络配置、网络管理的应用， 使得网络
用户和网络管理员可在更友好的界面下管理、使用网络。 自动连接：自动重新连接为用户提
供了极大的方便。如果网络出 现瞬时故障，当服务器恢复正常工作后，Windows NT 可以自
动 建立起网络连接，用户甚至不知道服务器曾经停止过工作。 系统容错能力：Windows NT
有内在的容错能力，包括驱动器双 工、磁盘镜像等功能，保证网络在出现故障时仍能正常工
作。
Windows NT 的网络功能特点（2）
内装网络功能：通常的网络操作系统是在传统操作系统之上附加 上具有网络功能的软件。
但 Windows NT 不是这样，它把网络功 能做在操作系统之中，称之为内装，而且是作为该操
作系统执行 体的输入/输出（I/O）系统的一部分。
NT 内装网络的工作过程是：当用户态软件（例如 Win32 I/O API）通 过调用本机 NT I/O
服务子程序发出 I/O 请求（如向对方写盘）时， I/O 管理程序为它创建一个 I/O 请求包
（IRP），并将其传送给 Windows NT 重定向程序（文件系统的一个驱动程序）；重定向程序
将请求包提交给传输驱动程序，传输驱动程序对请求包进行处理， 并将其放在网络上；当请
求到达 Windows NT 的目的地时，由传输驱 动程序接收并复制数据到缓冲区，然后调用文件
系统驱动程序，发 出 I/O 命令写盘。 由上述内装网络工作过程可以看出，NT 的内装网络功
能有如下特点： Ⅱ将联网能力加入到操作系统中，使之成为操作系统功能的一个组 成部分；Ⅱ
NT 系统支持文件复制、电子邮件和远程打印，而无需用 户在机器上再安装任何的网络服务
器软件；Ⅱ内装网络包含很多部 件，最主要的是重定向程序、服务器和传输驱动程序；ⅡNT
支持多 个网络协议；Ⅱ内装网络是开放式结构，不仅重定向程序、服务器 和传输驱动程序
可以被动态地装入和卸出，而且很多不同的部件可 以并存。
Windows NT Server 操作系统
Windows NT Server 作为 Windows NT 的服务器 版本（简称 NTS ），支持对称
多处理器和多种类型 的 CPU，具有 32 位地址空间，提供了支持 4GB（2GB＋ 2GB）的内
存空间，其中 2GB 供操作系统使用，另外 2GB 供应用程序使用，NTS 拥有新一代文件
管理系 统 NTFS，使文件系统的稳定性、安全性、可靠性都得 到了提高；同时它具有 Windows
95/98 的界面，支持 多种传输协议，并与 Netware、UNIX 等多种网络兼容； 它还对所有应
用提供多线程、抢先多任务处理的支持， 具有强大的通信和网络服务功能。
Windows 2000 操作系统
Windows 2000 的新特性：Windows 2000 是基于 Windows NT 技术、并把 Windows 98
与 Windows NT 完 善结合的千禧年网络操作系统。它内置了 IE 浏览器， 是纯 32 位的系
统内核，能够运行绝大多数的 Windows 95/98/NT 的程序。
Windows 2000 的新特性主要包括：Ⅱ多种风格的个人界面设 计；Ⅱ更新的系统保障和安
全系统；Ⅱ精简的网络通信协议； Ⅱ封装了 PCanywhere 远端控制软件，并将此作为自带功
能； Ⅱ全面的多媒体应用手段，支持目前所有的视频、音频格式； Ⅱ支持最新的 DVD 刻录
技术；Ⅱ完整的 DVD 解码、播放和压缩 功能。这些新特性增强了系统安全，提升了网络效
率，并拓 宽了服务范围。
Windows 2000 的四个版本（1）
Windows 2000 有四个版本，由低到高依次是 Windows 2000 Professional、Windows 2000
Server、Windows 2000 Advanced Server 及 Windows Data Center。每一个版本都包含了 前面
版本的功能。 四个版本可以分成两个等级： 专业版（Professional），适合个人使用。 服务
器版（Server、Advanced Server、Data Center Server），适合架设网站。
Windows 2000 的四个版本（2）
Windows 2000 专业版
是给 Windows 95/98 用户和 Windows NT Workstation 用户升级使用的。因为 Windows 98
的 稳定性和安全性较差，而在 Windows NT 网络工作 站上使用的 Windows NT Workstation
到现在仍普及 得不够好，因此 Windows 2000 Professional 的出现 将全面提升个人用户或 NT
工作站用户计算机的稳定 性和安全性。
Windows 2000 的四个版本（3）
Windows 2000 服务器版
从网络服务的观点来看，专业版是在客户（Client）端，而服务器 版是在网络服务器
（Server）端，有许多服务项目如网管功能、大 型数据库存取功能、数据存储及实时网上交
易处理等都是 Windows 2000 Server 等级以上的版本才提供。Windows 2000 的新增功能主 要
有： Active Directory 目录服务。通过 Active Directory 目录服务，在一部 计算机中就可以控
制网络中所有的服务器以及用户账号等。 网络地址转换协议（Network Address Translation，
NAT）。 Windows 2000 Server 能够支持路由及远程访问服务。路由可以把 Windows 2000
Server 当成是一部路由器，做 NAT 工作，以解决 IP 地址不足的问题，可以使多台计算机利
用一个 IP 地址同时上网。 服务器集群（Clustering）方式。可将几台计算机当成同一台服务
器，即由这几台计算机共同分担服务器的工作量。 自带有 IIS（Internet Information Server）
版。IIS 主要用于网 站管理，支持续传功能。利用 IIS 可以轻松地管理 Web、FTP 站点。
其它操作系统
除了上面介绍的网络操作系统外，还有 一些其它的操作系统，如： IBM 公司的 OS/2
系列。 IBM 公司的 AIX 操作系统。 HP 公司为其小型机量身定作的 HP-UX 操 作系统。
适合于作嵌入式操作系统的 QNX、 Windows CE 等。
网络打印技术
自从打印机作为一种共享式的资源设备 进入网络以来，网络中的打印作业系统 经历了
三个阶段：
打印机共享 单立式打印服务器 网络打印机
打印机共享
打印机共享是网络打印的第一阶段。到目前为止，国 内大部分企业用户实现网络打印的
通常做法仍然是： 将一台打印机用并口直接连接到网络中的某一台装有 队列打印服务程序
或打印共享管理软件的 PC 或文件服 务器上，网络上的其他成员通过网络来共享这台打印
机。这种做法对于文件服务器或 PC 来讲，要求非常高， 一旦网络的规模增大或打印任务集
中时，打印的速度 和质量就要受到影响，无法满足高效办公的需求；而 且利用文件服务器
充当网络打印的连接，也会浪费很 多的 CPU 资源，造成主机性能下降。
单立式专用打印服务器
单立式专用打印服务器是网络打印的第三阶段。单立 式（俗称外置式）打印服务器与传
统的 PC 服务器的不 同之处主要体现在硬件上。因为以普通的 PC 服务器来 充当打印服务器，
不仅造成硬件资源浪费，而且设备 购置、维护管理的费用太贵。因此诞生的单立式打印 服
务器，内含固化网络打印软件，包括一个 10/100M 自适应 RJ-45 以太网接口，l-3 个并行打
印口或 USB 串口。 可实现多机打印，功能单一免维护，在硬件和软件配 置管理上都简单得
多，而且针对打印共享的功能做了 优化，所以性价比很高。但缺点是依然存在的，与第 一
阶段打印共享一样，发往打印机的数据使用串口， 比起现代打印机的处理能力和网络吞吐能
力而言，井 口 170Kbps 到 1Mbps 的传输速率显然是瓶颈。尽管如此， 易用性、多打印机并
行操作和高性价比依然是单立式 打印服务器的最大优势，它非常适合多台打印机。
网络打印机
网络打印机是把内置式打印服务器（可以看作是一块集成了网络 打印功能的网卡）安装
到任何带有 EIO 或者 MIO 插槽的打印机之中， 然后将打印机直接挂在网络上，由打印服务
器负责接收打印数据， 并交给打印机来输出。这种方案是真正意义上的网络打印，可以 实
现与硬件无关的高质量及高速打印，由于免去了较低传输带宽 的井口，而直接使用总线以网
络本身的速度处理和传输打印任务， 因此速度比单立式打印服务器要快，它能使单台网络打
印机的性 能发挥到极限。非常适合用于大型公司的办公网络，用来处理高 密度的打印业务。
可以说，第二至第三阶段的网络打印模式才能称得上是真正的 “网络打印”。至于用作网络打
印的打印机也经历了由针式打印 到激光打印的演变，目前激光打印以其最佳的质量、最快的
速度、 最低的噪音成为共享打印和网络打印最终的发展选择。 除硬件方面外，还必须要有
与之相配套的用来查看网络中的打印 机、打印服务器及打印作业的状态；更改打印机与打印
服务器的 配置、调整打印作业：甚至管理网络中网络打印机群、分担打印 任务的网络打印
管理软件。应当说：网络打印是“网络打印机+ 打印服务器+网络打印管理软件”的统一体。
网络打印主要相关技术
增强性输入/输出（EIO）结构新型外设接口技术：EIO 新技术有助于网络 激光打印机将
网络打印方案从工作组扩展到其他硬拷贝外设（如扫描仪） 上，其技术设计完全适应数据密
集型的网络打印作业。EIO 结构是基于高 性能的 32 位 PCI 数据总线设计的，与以往 16 位模
块化输入/输出（MIO） 技术相比，它提供了更高的带宽，因而可减小图形密集型打印作业
中出 现的大容量输入/输出数据瓶颈问题，为网络图形、彩色和高分辨率打印 作业提供了更
快的数据传输率。 集群打印技术：采用分布式计算技术将多台网络激光打印机组合成一个
打印机集群系统。在集群打印系统中，网络用户打印作业可在软件控制 下被平均分配到系统
中的多台网络打印机上打印输出，使整个集群打印 系统的打印速度可以达到 100ppm 这样极
高的打印输出速度，还可做到黑 白打印与彩色打印分别共同输出，在保证打印品质的前提下，
既可充分 利用各打印设备的优点，又可高度节约打印耗材。 RIP ONCE 技术：是指只还原
一次的意思。该功能允许打印作业在打印机 中一次性进行处理，它通过将打印作业建立一个
页面图像，然后将该页 面图像进行压缩后存入内存，当打印机安装了至少有 16MB 内存时，
RIP ONCE 即可启动。在页面打印时，页面图像解除压缩，而无需停顿以重新 处理打印作业，
由于压缩图像不依赖任何其他打印数据，因此打印作业 可始终保持一致，从而可大大节约成
本。
本章复习重点
网络服务器的分类及影响服务器性能和 稳定的因素 服务器系统中的主要技术 NetWare
网络操作系统的系统结构及网 络功能特点 UNIX 的系统结构 Windows NT 的系统结构及网
络功能特点 网络打印的主要相关技术
思考与练习题
1．简述网络服务器的分类。 2．影响服务器性能和稳定的 因素有哪些？ 3．简述 PC
服务器与台式机的 区别。 4．服务器系统中的主要技术 4 有哪些？ 5．服务器系统技术的
物理分 区和逻辑分区的区别是什么？ 6．什么是服务器的对称多处 理技术？什么是服务器
的负 载均衡技术？ 7．什么是集群高可用性技术？ 如何实现？ 8．简述 NetWare 网络操作
系 统的系统结构及网络功能特 点。 9．简述 UNIX 的系统结构。 10．简述 Windows NT 的
系统 结构及网络功能特点。 11．网络打印主要涉及哪些 相关技术？
第 4 章完！
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