Entenda a anatomia de um servidor e as diferenças de outros computadores

Cada vez mais o mundo depende deles. Na verdade, parte significativa de tudo o que temos hoje em dia, não existiria se não existissem os servidores. Nós já falamos sobre o que é um servidor, as diferenças de servidores Linux e Windows para hospedagem, o que é um servidor VPS, e porque é vantajoso usar um dedicado, mas você sabe quais as diferenças de hardware entre um servidor e outros computadores?

A importância dos servidores

Entender a “anatomia” de um servidor, passa um pouco por entender o seu papel e importância e por isso vamos abordar brevemente um pouco da história e das situações em que um servidor tem importância.

Os servidores começaram a ganhar importância no ambiente empresarial, particularmente em empresas em que haviam redes locais, com muitos usuários interligados à rede e que tinham necessidades comuns. Em um primeiro momento, os servidores vieram para administrar as redes e substituir os pesados e caros mainframes. Um outro exemplo clássico, que veio tempos depois, foi o servidor de impressão.

Neste tipo de solução, ao invés de cada usuário ter sua própria impressora ligada ao seu computador de trabalho, quando há necessidade de se imprimir algum documento, manda-se a impressão através da rede para o servidor, o qual está conectado a uma ou mais impressoras e o servidor comanda a impressão. A vantagem deste modelo, é a economia e o controle que a empresa ganha.

Outro uso comum, também no âmbito organizacional, são os servidores de aplicações. Da mesma forma que ocorre no modelo acima, ao invés de ter aplicações instaladas em cada máquina de usuário, uma única aplicação é instalada no servidor e todos os usuários que necessitam utilizá-la, o fazem por acesso ao servidor.

No caso do servidor de aplicações, exige-se que a aplicação em questão disponha de versões para uso em servidor. Serviços de e-mail e bancos de dados, estão entre algumas das situações mais usuais deste modelo.

Mas a Internet definitivamente vem sendo o principal fator de expansão e disseminação do uso dos servidores, seja do ponto de vista da infraestrutura básica que permite que as redes conectem-se entre si, bem como ator principal, ao hospedar sites ou servir serviços diversos para usuários conectados ao redor do mundo.

O que há de comum nas situações acima e em todas as demais possibilidades em que um servidor é necessário, é que ele deva ser capaz de lidar com grandes volumes de dados, seja em termos de armazenamento ou de processamento e na quase totalidade dos casos, de forma ininterrupta. Bons servidores devem ser capazes de trabalhar 24 horas por dia, 7 dias por semana, durante anos, sem que seja necessário desligá-los!

Ou seja, como o nome indica, um servidor deve ser capaz de servir algo a alguém e para tanto, ele deve estar disponível sempre que necessário. Isso implica em resistência e confiabilidade para atender esta condição básica, bem como capacidade de atender a muitos usuários simultaneamente. Tudo isso só é possível se ele for composto de um hardware altamente especializado e robusto.

Anatomia do servidor

Os primeiros servidores pareciam-se externamente muito aos desktops que temos em casa ou no escritório. Eventualmente poderiam ter gabinetes maiores e com uma aparência mais cuidada e algumas diferenças em termos técnicos de hardware.

O tamanho e o aspecto eram reflexo do que havia dentro, que muitas vezes significava mais discos, mais memória, placas mãe também maiores para acomodar mais componentes, mais cabos, mais tudo! Por serem equipamentos mais caros, por vezes o fabricante caprichava também na aparência, para corresponder até visualmente ao valor pago.

Até alguns anos atrás, especialmente no Brasil, em que boa parte dos componentes são importados e, portanto, tornam equipamentos de informática mais caros, particularmente em funções de variações cambiais, era comum utilizar desktops como servidores, apenas equipando-os com processadores melhores, mais memória e mais armazenamento.

Mas com a evolução tecnológica, que permitiu a miniaturização dos componentes e com o aumento de demandas, que fez com fosse necessário usar um número maior de equipamentos, o formato dos gabinetes dos servidores mudou. Se não fosse assim, o espaço ocupado por duas dezenas de servidores, poderia ser bastante grande.

Especialmente em ambientes de data center, em que há muitos servidores, além da diminuição no tamanho, procurou-se por uma padronização de muitos aspectos relativos aos servidores nele alocados.

Vamos entender melhor os porquês de cada parte que compõe um servidor.

Gabinete do servidor

Além dos componentes internos naturalmente, o gabinete é dos itens de maior importância em um servidor moderno, especialmente se ele for destinado a um datacenter, isso porque espaço dentro de um datacenter é caríssimo e parte do que se paga para ter um servidor em regime de colocation, depende do tamanho do servidor.

A solução neste sentido, foi adotar um padrão mínimo de ocupação do espaço que um servidor consome dentro das estruturas em que eles são armazenados e que se chama de rack, que por sua vez consiste de uma espécie de armário que recebe instalação de cabos de energia e dados, para conexão aos servidores e que é construído para acomodar vários servidores.

Portanto, adotar um padrão em termos de tamanhos, permite que se possa cobrar pelo espaço consumido dentro do rack, bem como possibilita que servidores dos mais diversos sejam acomodados de forma a aproveitar maximizadamente o espaço disponível e ainda exista uma boa refrigeração entre eles, já que um servidor pode gerar boa quantidade de calor.

As medidas mínimas estabelecidas de acordo com o padrão, corresponde ao que é chamado de “U” e que vem de unity ou unidade em inglês. Assim, um servidor de “1U”, tem 43,4 cm de largura, 4,28 cm de altura e 65,8 cm de profundidade. Há a possibilidade da profundidade ser menor, mas nunca maior que 66 cm. Já altura e largura devem necessariamente ser estes.

Um servidor pode também ter o dobro da altura e neste caso, é chamado de servidor 2Us, pois tem duas vezes a altura de 1U. Há ainda servidores de 3Us e 4Us e até maiores e geralmente são servidores que abrigam mais componentes, como por exemplo, um servidor storage, que é um tipo de servidor para armazenamento de grandes volumes de dados. Assim, entre outros aspectos técnicos, um datacenter cobra pela quantidade de Us que os seus servidores ocupam em um rack.

Outro ponto comum aos gabinetes, são os pontos de fixação, já que um servidor é preso ao rack por parafusos próprios frontais. Eventualmente podem também ter afixado em suas laterais, trilhos metálicos que fazem com que eles possam ser retirados do rack da mesma forma que se abre uma gaveta. Isso facilita caso seja necessário fazer manutenção no hardware.

Por fim, os padrões estabelecem a disposição das conexões para dados e alimentação no painel traseiro, conexões USB, gavetas de HDs e displays no painel frontal. Graças a esta padronização, um rack padrão em um datacenter, tem capacidade de abrigar até 42 servidores de 1U!

Placa mãe do servidor

O papel da placa mãe do seu desktop ou notebook, é o mesmo cumprido por uma placa mãe de servidor, mas o tamanho e quantidade de componentes e slots é muito maior no segundo caso. Isso se deve ao fato de que na maior parte dos casos, um servidor tem vários processadores, muito mais memória, mais HDS e mais de outros componentes.

Se na maioria dos computadores pessoais há apenas um processador, não é raro encontrar servidores com 4 processadores de até 28 núcleos, 48 slots DIMM DDR4 de memória e 8 unidades SAS/SATA (HDD/SSD) de 2,5". Dispor todos estes componentes e outros que ainda são necessários para o funcionamento adequado do hardware, exige um placa mãe bem maior, altamente especializada e com o que há de mais moderno para poder gerenciar tudo adequadamente.

Memórias

A tecnologia evolui rápido e na mesma medida crescem as demandas em cima dos servidores, o que acarreta consumo de memória para atender as requisições feitas pela quantidade de usuários conectados e sempre na maior velocidade possível. Pentes de memória de 32 Gb já equipam muitos servidores e absurdas quantidade totais de 640 Gb de memória, não são difíceis de encontrar nos servidores mais potentes.

Processadores

Não é muito eficaz e muito menos coerente, mas há servidores que usam processadores similares aos que equipam computadores pessoais, no entanto, servidores que realmente são destinados ao uso que se espera deles, costumam usar linhas de processadores mais robustos, concebidos para multitarefa, operarem em conjunto com outros processadores, melhores padrões de segurança, capacidade de processar grandes volumes de dados, velocidades ainda maiores e, sobretudo, com confiabilidade e serem capazes de operar durante maior tempo.

Há uma corrida constante da indústria para oferecer sempre as melhores e mais modernas tecnologias, as quais sempre costumam valer alguns milhares de reais. Neste campo, lideram os processadores Intel Xeon, sendo que a AMD vem ao longo dos últimos anos buscando oferecer alternativas, através dos processadores Opteron e mais recentemente da linha Epyc, que promete ser efetivamente uma alternativa competitiva ao reinado da Intel.

Armazenamento (HDs)

Quando se fala de armazenamento, dois pontos são cruciais: quantidade de espaço e velocidade das unidades de armazenamento. Mas por algum tempo a indústria não forneceu grandes novidades em termos de tecnologias para armazenamento de dados.

Quando o assunto são servidores, o mais comum por questões de preço, era ver unidades de armazenamento SATA de 2,5”, operando a 7200 RPM, ligadas entre si através de RAID. Nos últimos anos, a diferença de valores para os HDs SAS - que têm velocidades de 15000 RPM e, portanto, são bem mais rápidos em termos de leitura e escrita dos dados - diminuiu e com isso a sua adoção em servidores aumentou, visto que não é raro encontrar servidores com 4 ou 8 unidades ou ainda mais e assim o custo final pode mudar bastante.

Embora em linhas gerais os HDs que equipam os servidores sejam bastante parecidos com aqueles que temos em nossos equipamentos domésticos, um SATA para servidor costuma ser significativamente mais caro que um equivalente para uso doméstico, visto que ele deve suportar cargas bem superiores de uso e durabilidade.

Mas após um período sem avanços significativos nas tecnologias relacionadas a armazenamento de dados, surgiu o padrão SSD, que baseia-se no armazenamento das informações em memórias flash, que trazem como vantagens em relação às tecnologias anteriores a velocidade substancialmente maior, a durabilidade e a confiabilidade. Na contramão, o custo por Gb armazenado, é bem superior, mas a diferença vem caindo rapidamente e já é possível encontrar servidores equipados com unidades SSD.

Outro ponto relacionado, é a capacidade que muitos servidores têm de possibilitar a troca de um dos HDs sem que o equipamento precise ser desligado. Esta funcionalidade é chamada de Hot Swap e consiste de uma vantagem, na medida em que o servidor continua operacional e servindo os usuários, mesmo durante o procedimento de troca.

Rede

Aqui não há muita diferença em relação aos equipamentos domésticos, principalmente quando o padrão de conexão utilizado é conexão de rede convencional. Muitas placas de rede para uso doméstico já usam o padrão de velocidades 10/100/1000, conhecidas como Gigabit, pela velocidade de transmissão de dados e que é o mais comum de se encontrar em muitos servidores.

Porém já existe tecnologia que deve em breve aposentar os cabos metálicos, com velocidades de transmissão de dados muito superiores, através de fibra ótica. Se as taxas de transmissão com cabos metálicos é da ordem de Gigabits, em rede óptica já há testes em que se alcançam taxas da ordem de centenas de Terabits por segundo.

Refrigeração

Este é outro ponto crítico em um servidor. Um processador Intel Xeon pode chegar próximo de 80ºC e um Opteron, perto de 100ºC, portanto, não é difícil imaginar o quanto pode atingir a temperatura interna de um servidor multiprocessado operando no máximo de sua capacidade por algum tempo.

Além dos processadores, a fonte de alimentação e as unidades de armazenamento SATA e SAS, também produzem alguma quantidade de calor importante e assim, servidores robustos geram quantidades de calor que se não forem adequadamente dissipadas, podem trazer problemas sérios.

Por esta razão um bom servidor tem uma arquitetura interna que favorece um bom fluxo de ar, que circula a partir do painel frontal em direção ao painel traseiro, fazendo com que o calor saia de dentro do gabinete.

Fonte de alimentação

Este também é um item cujas atenções devem ser especiais, afinal de nada adianta uma série de cuidados com vários itens do servidor e não haver energia para que tudo funcione como se espera.

Em relação a um desktop, uma fonte de servidor diferencia-se por diversos aspectos técnicos e de arquitetura. O primeiro ponto de grande diferenciação, é que há fontes inteligentes e redundantes, ou seja, elas consistem de 2 ou mais fontes alojadas em uma unidade e contam com um sistema que faz o monitoramento do fornecimento de energia constantemente e caso uma unidade falhe, a outra assume em seu lugar, garantindo que o servidor não desligue.

Fontes constituem outro componente que produz boas quantidades de calor e assim, da mesma forma que ocorre em relação aos processadores e discos, este calor deve ser removido de dentro do gabinete, mas ao contrário destes itens, a fonte tem um sistema próprio e independente de ventilação / refrigeração.

Lembrando que geralmente servidores têm muito mais componentes (ex: mais discos e mais fans) e que eles precisam de alimentação, há uma grande quantidade e variedade de cabos em relação a um fonte de desktop. Isso também implica que a fonte deve ter uma potência substancialmente maior e não é raro que ela chegue a quatro vezes mais que um desktop doméstico.

É de se esperar que em função de todos estes aspectos, uma fonte para servidor seja maior. De fato é, mas ao mesmo tempo ela precisa ser acomodável dentro de gabinetes de 1U ou 2Us, que são bem mais baixos e por esta razão, elas têm formatos alongados para a distribuição de todos os componentes internos. Ocasionalmente, também são acopladas em sistemas de gavetas, de modo a facilitar sua troca quando necessário.

Por fim, mas não menos importante, como todo mecanismo elétrico, existem perdas energéticas, o que é mensurável pela eficiência energética da fonte. Assim, uma fonte com 96% de eficiência, tem uma perda de apenas 4% dos KW/h que são consumidos em sua entrada, lembrando que a quantidade de energia fornecida em um rack inteiro, é muito grande e assim o nível de eficiência tem importância considerável.

Conclusão

Embora costuma-se dizer que um servidor nada mais é do que um computador, mas que tem uma capacidade maior de processar dados, na prática constata-se que é um computador com uma arquitetura especializada e desenvolvida para atender padrões e demandas bastantes específicas, usando das mais avançadas tecnologias a fim de garantir elevados níveis de durabilidade, sob exigências severas, sempre com muita confiabilidade.