Эбберс М. Введение в современные мейнфреймы: основы z/OS

Подождите немного. Документ загружается.

102 Глава3

• определение необходимости (и времени выполнения) свопинга адресных

пространств;

• препятствование созданию новых адресных пространств или изъятие страниц

при нехватке основной памяти;

• изменение диспетчерского приоритета адресных пространств, контролирую-

щего коэффициент использования системных ресурсов адресными про-

странствами;

• выбор устройств для распределения, если есть выбор между устройствами, для

балансировки использования устройств ввода-вывода.

Прочие компоненты z/OS, менеджеры транзакций и менеджеры баз данных могут

сообщить WLM об изменениях состояния определенного адресного пространства

(или системы в целом) или обратиться к функциям принятия решений, реализован-

ным в WLM.

Например, WLM уведомляется в следующих случаях:

• при подключении или отключении основной памяти в системе;

• при создании адресного пространства;

• при удалении адресного пространства;

• при запуске или завершении свопинга адресного пространства;

• при выборе подпрограммами распределения ресурсов устройств, выделяемых

для запроса.

До этого момента мы рассматривали WLM только в контексте одной системы z/OS.

На практике в клиентских инсталляциях часто используются кластеры из нескольких

взаимодействующих систем z/OS, совместно обрабатывающих сложные задачи.

Можно вспомнить приведенное выше обсуждение кластерных систем z/OS (сисп-

лекс).

Компонент WLM особенно хорошо подходит для использования в среде сисплек-

са. Он следит за использованием системы и достижением цели рабочей нагрузки по

всем системам в Parallel Sysplex и средах совместного использования данных. Напри-

мер, WLM может выбрать систему z/OS для выполнения пакетного задания, исходя из

доступности ресурсов для быстрой обработки задания.

352 Как используется WLM?

Мэйнфрейм-инсталляция может влиять почти на все решения, принимаемые WLM,

путем создания набора политик, позволяющих инсталляции связать системную про-

изводительность со своими бизнес-целями. Рабочей нагрузке назначаются цели (на-

пример, требуемое среднее время реагирования)

и важность (определяющая, насколько она важна

для предприятия, цели которого она выполняет).

До появления WLM единственный способ ин-

формирования z/OS о бизнес-целях компании со-

стоял в том, чтобы системный программист пере-

вел абстрактные цели в сугубо технические тер-

Соглашениеобуровне

сервиса(SLA)–



письменноесоглашение

обобслуживании,

предоставляемое

пользователям

вычислительнойсистемы

 Общиесведенияоz/OS 103

мины, понимаемые системой. Такой перевод требовал высококвалифицированных

специалистов и при этом был длительным, подверженным ошибкам, и в конечном

итоге противоречил действительным бизнес-целям.

Кроме того, часто бывало сложно предсказать результаты необходимых измене-

ний параметров системы, например после увеличения мощности системы. Это может

вызвать несбалансированное выделение ресурсов, при котором задача будет лишена

критических системных ресурсов. Такой режим работы, называвшийся режимом

совместимости, становился неуправляемым при добавлении новых задач и совмест-

ном управлении несколькими системами.

При работе системы в целевом режиме WLM обеспечивает меньшее количество

более простых и более согласованных внешних параметров системы, отражающих

цели для задачи, выраженные в терминах, используемых для описания бизнес-целей;

при этом WLM и менеджер управления ресурсами (System Resource Manager, SRM)

выполняют сопоставление ресурсов для достижения этих целей путем постоянного

мониторинга и подстройки системы. Менеджер управления рабочей нагрузкой пред-

ставляет собой метод управления распределением рабочей нагрузки, балансировки

рабочей нагрузки и распределения ресурсов между соревнующимися задачами.

Политики WLM часто основаны на соглашении об уровне сервиса (service level

agreement, SLA), представляющим собой письменное соглашение об обслуживании

информационных систем, предоставляемое пользователям вычислительной системы.

WLM стремится достичь целей рабочих задач (времени реагирования), описанных в

SLA, пытаясь достичь надлежащего распределения ресурсов без их чрезмерного вы-

деления. В то же время WLM максимизирует использование системы (пропускную

способность) для получения максимальной пользы от установленного оборудования

и программной платформы.

36 Ввод-вывод и управление данными

Почти вся работа в системе предполагает ввод или вывод данных. В мэйнфрейме ис-

пользованием устройств ввода-вывода (например, дисков, накопителей на магнитных

лентах и принтеров) управляет канальная подсистема. Операционная система долж-

на связывать данные определенной задачи с устройством и управлять созданием,

размещением, мониторингом, миграцией, резервным копированием, возвратом, вос-

становлением и удалением файлов.

Эти операции по управлению данными можно выполнять либо вручную, либо

с использованием автоматизированных процессов. При автоматизированном управ

лении данными система определяет размещение объектов и автоматически управля-

ет резервным копированием, перемещением, пространством и безопасностью объ-

ектов. Стандартная рабочая система z/OS включает как ручные, так и автоматизиро-

ванные процессы управления данными.

В зависимости от настройки системы z/OS и ее устройств хранения пользователь

или программа может напрямую контролировать многие аспекты управления дан-

ными, и на заре развития операционных систем пользователи были обязаны это де-

лать. Однако в настоящее время инсталляции z/OS все больше полагаются на пара-

метры управления данными и ресурсами, характерные для инсталляции, а также на

104 Глава3

дополнительные средства управления хранением, автоматизирующие использование

хранилищ. Основным средством управления хранением в z/OS является компонент

DFSMS, рассматриваемый в главе 5, «Работа с наборами данных».

37 Наблюдение за выполнением задач в системе

Для обеспечения мультипрограммирования z/OS требует использования множества

средств наблюдения, в частности следующих:

• Средств обработки прерываний.

Мультипрограммирование требует использования определенного метода пе-

реключения управления от одной программы к другой, чтобы, например, когда

программа A ожидает выполнения запроса ввода-вывода, могла выполняться

программа B. В z/OS такое переключение обеспечивается путем прерываний

(interrupts), представляющих собой события, изменяющие последовательность

выполнения инструкций процессором. При возникновении прерывания сис-

тема сохраняет состояние выполнения прерванной подпрограммы, после чего

анализирует и обрабатывает прерывание.

• Создания диспетчеризуемых единиц работы (dispatchable units of work).

Для идентификации и отслеживания своей работы операционная система z/OS

представляет каждую единицу работы управляющим блоком. Диспетчеризуемые

единицы работы представлены двумя типами управляющих блоков: блоками уп-

равления задачами (task control blocks, TCB), представляющими задачи, выполня-

ющиеся в адресном пространстве; блоками запросов обслуживания (service request

blocks, SRB), представляющими системные службы с более высоким приоритетом.

• Диспетчеризации работы.

После обработки прерываний операционная система определяет, какая еди-

ница работы (из всех единиц работы в системе) готова к выполнению и имеет

наивысший приоритет, и передает управление этой единице работы.

• Синхронизации использования ресурсов.

В системе мультипрограммирования почти любую последовательность инс-

трукций можно прервать с последующим возобновлением выполнения. Если

этот набор инструкций осуществляет управление или изменение ресурса (на-

пример, управляющего блока или файла данных), операционная система

должна не допустить использования ресурса другими программами до тех

пор, пока прерванная программа не завершит работу с ресурсом.

Существует несколько методов синхронизации использования ресурсов; наиболее

распространенными являются организация очередей (enqueuing) и блокировка (lock-

ing); третий метод называется фиксацией (latching). Организация очередей доступна

для всех пользователей, тогда как блокировка для синхронизации использования ре-

сурсов доступна только подпрограммам с соответствующими полномочиями.

371 Что такое обработка прерываний?

Прерывание представляет собой событие, изменяющее последовательность выпол-

нения инструкций процессором. Прерывание может быть запланированным (специ-

 Общиесведенияоz/OS 105

ально запрошенным выполняющейся программой) или незапланированным (вы-

званным событием, связанным или не связанным с выполняющейся программой);

z/OS использует шесть типов прерываний, в частности:

• Вызовы супервизора или SVC-прерывания.

Возникают, когда программа выдает SVC-прерывание для запрашивания опре-

деленной системной службы. SVC прерывает выполняемую программу и пере-

дает управление супервизору, чтобы он мог выполнять обслуживание. Про-

граммы запрашивают эти службы через макросы, такие, как OPEN (открытие

файла), GETMAIN (получение памяти) или WTO (отправление сообщения опе-

ратору системы).

• Прерывания ввода-вывода.

Эти прерывания возникают, когда канальная подсистема сигнализирует об из-

менении состояния, например о завершении операции ввода-вывода, возник-

новении ошибки или готовности устройства ввода-вывода (например, принте-

ра) к работе.

• Внешние прерывания.

Могут указывать на некоторые события, например на завершение временного

интервала, нажатие оператором клавиши прерывания на консоли или на полу-

чение процессором сигнала от другого процессора.

• Прерывания рестарта.

Возникают при выборе оператором команды рестарта на консоли или при полу-

чении инструкции перезапуска (SIGP, signal processor) от другого процессора.

• Программные прерывания.

Вызываются ошибками программы (например, если программа пытается вы-

полнить недопустимую операцию), событиями отсутствия страницы (если

программа обращается к странице, отсутствующей в основной памяти) или

запросами мониторинга события.

• Прерывания от схем контроля работы машины.

Вызываются неисправностями машины.

При возникновении прерывания аппаратные средства сохраняют нужную ин-

формацию о прерванной программе и, если возможно, отключает реагирование

процессора на последующие прерывания такого же типа. Затем аппаратные средства

передают управление соответствующей подпрограмме обработки прерываний. Ос-

новным ресурсом в этом процессе является слово состояния программы.

Каким образом используется слово состояния программы?

Слово состояния программы (program status word, PSW) представляет собой 128-раз-

рядную область данных в процессоре, которая наряду со множеством других типов

регистров (управляющих регистров, регистров времени и регистров префикса), со-

держит сведения, критически важные как для аппаратного, так и для программного

обеспечения. Текущее слово состояния программы содержит адрес следующей про-

граммной инструкции и контрольную информацию о выполняющейся программе.

Каждый процессор имеет только одно текущее слово состояния программы. Таким

образом, процессор может одновременно выполнять только одну задачу.

106 Глава3

PSW контролирует порядок подачи инструкций в процессор и отображает состо-

яние системы относительно текущей выполняющейся программы. Несмотря на то

что каждый процессор имеет только одно слово состояния программы, для понима-

ния обработки прерываний полезно рассматривать три типа PSW:

• текущее PSW,

• новое PSW,

• старое PSW.

Текущее PSW указывает следующую выполняемую инструкцию. Оно также указы-

вает, включена ли в процессоре поддержка прерываний ввода-вывода, внешних пре-

рываний, прерываний от схем контроля работы машины и некоторых программных

прерываний. Если поддержка прерываний включена, могут возникать эти прерыва-

ния. Если поддержка прерываний отключена, эти прерывания игнорируются или ос-

таются в режиме ожидания.

Существуют также новое PSW и старое PSW, связанные с каждым из шести типов

прерываний. Новое PSW содержит адрес подпрограммы, которая может обрабаты-

вать соответствующее прерывание. Если в процессоре включена поддержка прерыва-

ний, тогда при возникновении прерывания происходит переключение PSW с ис-

пользованием следующего метода:

1. Сохранение текущего PSW в старом PSW, связанном с типом возникшего преры

вания.

2. Загрузка содержимого нового PSW для возникшего прерывания в текущее PSW.

Текущее PSW, указывающее следующую выполняемую инструкцию, теперь содержит

адрес требуемой подпрограммы для обработки прерывания. Это переключение вы-

зывает передачу управления требуемой подпрограмме обработки прерываний.

Регистры и PSW

Архитектура мэйнфрейма содержит регистры для слежения за происходящими со-

бытиями. PSW, например, представляет собой регистр, используемый для записи ин-

формации, необходимой для выполнения текущей активной программы. Мэйнфрей-

мы содержат и другие регистры, в частности:

• регистры доступа (access registers) – используются для определения адресного

пространства, в котором находятся данные;

• общие регистры (general registers) – используются для адресации данных в па-

мяти, а также для хранения пользовательских данных;

• регистры с плавающей точкой (floating point registers) – используются для

хранения численных данных в формате с плавающей точкой;

• управляющие регистры (control registers) – используются самой операционной

системой, например для ссылки на таблицы трансляции.

Дополнительные сведения. Подробное описание аппаратных средств пере-

ключения состояния системы, включая состояния CPU, режимы управления, PSW

и управляющие регистры, см. в руководстве

z/Architecture Principles of Operation. Эту

и другие публикации IBM можно найти на веб-сайте z/OS Internet Library

http://www.ibm.com/servers/eserver/zseries/zos/bkserv/

 Общиесведенияоz/OS 107

372 Создание диспетчеризуемых единиц работы

В z/OS диспетчеризуемые единицы работы представлены двумя видами управляющих

блоков:

• блоками управления задачами (task control blocks, TCB).

Представляют задачи, выполняющиеся в адресном пространстве, в частности

пользовательские программы и системные программы, поддерживающие

пользовательские программы.

• блоками запросов обслуживания (service request blocks, SRB).

Представляют запросы на выполнение подпрограммы системного сервиса.

SRB обычно создаются, когда одно адресное пространство обнаруживает со-

бытие, влияющее на другое адресное пространство; они обеспечивают единый

механизм связи между адресными пространствами.

Что такое TCB?

TCB – управляющий блок, представляющий задачу, например вашу программу, при ее

выполнении в адресном пространстве. TCB содержит информацию о запущенной

задаче, в частности адрес всех созданных ею областей памяти. Не путайте термин

16 регистров доступа

(32-разрядные)

16 общих регистров

(64-разрядные)

16 регистров с плавающей

точкой (64-разрядные)

какое адресное

пространство?

адрес данных

числовые

данные

адресное пространство

виртуальной памяти

MVC B,A

MVC C,B

MVC

основная память

виртуальный адрес

инструкции

(64-разрядный)

какие таблицы?

слово состояния программы (PSW)

16 управляющих

регистров

(64-разрядные)

Инструкция перемещения (MVC) – перемещает содержимое второго операнда в расположение первого операнда

До 5 уровней

таблиц трансляции

Рис 310 РегистрыиPSW

108 Глава3

TCB, используемый в z/OS, со структурой данных PCB (process control block; блок

управления процессом) в UNIX.

TCB создаются в ответ на макрос ATTACH. Выдавая макрос ATTACH, пользователь-

ская программа или системная подпрограмма начинает выполнение программы,

указанной в макросе ATTACH, в качестве подзадачи задачи, выдавшей ATTACH. Как

подзадача данная программа может соревноваться за процессорное время и исполь-

зовать некоторые ресурсы, уже выделенные для задачи, выдавшей ATTACH.

Задача управления регионом (region control task, RCT), отвечающая за подготовку

адресного пространства к загрузке и выгрузке, является задачей наивысшего приори-

тета в адресном пространстве. Все задачи в адресном пространстве являются подза-

дачами RCT.

Что такое SRB?

SRB – управляющий блок, представляющий подпрограмму, выполняющую опреде-

ленную функцию или службу в заданном адресном пространстве. Обычно SRB созда-

ется, когда выполняется одно адресное пространство и возникает событие, воздейс-

твующее на другое адресное пространство.

Подпрограмма, выполняющая функцию или службу, называется SRB-подпрограм-

мой (SRB routine); инициация процесса называется планированием SRB (scheduling an

SRB); SRB-подпрограмма выполняется в операционном режиме, называемом режи-

мом SRB (SRB mode).

SRB подобен TCB в том, что он определяет единицу работы в системе. В отличие

от TCB SRB не может «владеть» областями памяти. SRB-подпрограммы могут получать,

обращаться, использовать и освобождать области памяти, но этими областями дол-

жен владеть TCB. В многопроцессорной среде SRB-подпрограмма после планирова-

ния может быть передана на другой процессор и выполняться одновременно с про-

граммой, ее запланировавшей. Программа, запланировавшая SRB, может продолжать

выполнять обработку других задач параллельно с подпрограммой SRB. Как говори-

лось выше, SRB представляет средство асинхронной связи между адресными про-

странствами для программ, выполняющихся в z/OS.

SRB могут создавать только программы, работающие в режиме более высокой ав-

торизации, называемом супервизорным режимом (supervisor state). Такие авторизо-

ванные программы получают память и инициализируют управляющий блок с такими

элементами, как идентификатор целевого адресного пространства и указатели на

код, обрабатывающий запрос. Программа, создающая SRB, затем выдает макрос

SCHEDULE и указывает, имеет ли SRB глобальный (в масштабе системы) или локаль-

ный (в масштабе адресного пространства) приоритет. Система помещает SRB в нуж-

ную очередь диспетчера, где он остается до тех пор, пока не станет заданием с на-

ивысшим приоритетом в очереди.

SRB с глобальным приоритетом имеют более высокий приоритет, чем SRB с при-

оритетом адресного пространства, независимо от действительного адресного про-

странства, в котором они выполняются. SRB с локальным приоритетом имеют при-

оритет, равный приоритету адресного пространства, в котором они выполняются, но

более высокий, чем любой TCB в этом адресном пространстве. Назначение глобаль-

 Общиесведенияоz/OS 109

ного или локального приоритета зависит от «важности» запроса; например, SRB пре-

рываний ввода-вывода планируются с глобальным приоритетом для минимизации

задержки ввода-вывода.

Дополнительные сведения. Описание использования SRB см. в руководстве

z/OS MVS Authorized Assembler Services Guide. Эту и другие публикации IBM можно

найти на веб-сайте z/OS Internet Library

http://www.ibm.com/servers/eserver/zseries/zos/bkserv/

373 Вытесняемые и невытесняемые единицы работы

То, какая подпрограмма получит управление после обработки прерывания, зависит от

того, была ли прерванная единица работы вытесняемой (preemptable). Если была, тогда

операционная система определяет, какую единицу работы нужно выполнять следую-

щей. Другими словами, система определяет, какая единица работы из всей работы

в системе имеет наивысший приоритет, и передает управление в эту единицу работы.

Невытесняемая (non-preemptable) единица работы может быть прервана, но долж-

на получить управление после обработки прерывания. Например, SRB часто являются

невытесняемыми

. Другими словами, если подпрограмма, представленная невытесня-

емым SRB, прервана, после обработки прерывания она получит управление. С другой

стороны, подпрограммы, представленные TCB, например пользовательские програм-

мы, обычно являются вытесняемыми

. Если ее выполнение прерывается, тогда после

обработки прерывания управление возвращается операционной системе. Затем z/OS

определяет, какая задача из всех готовых задач будет выполняться следующей.

374 Что делает диспетчер?

Выбор новой работы происходит, например, когда задача была прервана или стала

недиспетчеризуемой (non-dispatchable) либо после выполнения SRB или его приос-

тановки (другими словами, если SRB приостановлен в связи с недоступностью требу-

емого ресурса).

В z/OS компонент диспетчера отвечает за передачу управления единице работы

с наивысшим приоритетом, готовой к выполнению. Процессы диспетчера работают

в следующем порядке:

1. Специальные «выходы».

Представляют собой «выходы» (exits) на подпрограммы, имеющие высокий при

оритет из-за особых условий в системе. Например, при отказе одного из процес-

соров в многопроцессорной системе вызывается процесс восстановления альтер-

нативного CPU посредством специального «выхода» для восстановления работы,

выполнявшейся на отказавшем процессоре.

2. SRB, имеющие глобальный приоритет.

3. Готовые адресные пространства в порядке приоритета.

Инициирующая программа может сделать SRB вытесняемым, что позволит задачам с равным или более

высоким приоритетом получить доступ к процессору. Кроме того, клиентские SRB и SRB «анклавов»

(enclave SRB) также являются вытесняемыми. Эти вопросы выходят за рамки данной книги.

TCB является невытесняемым, если он выполняет SVC.

110 Глава3

Адресное пространство готово к выполнению, если оно загружено и не ожидает за-

вершения какого-либо события. Приоритет адресного пространства определяется

диспетчерским приоритетом, определяемым пользователем или инсталляцией.

После выбора адресного пространства с наивысшим приоритетом z/OS (посредс-

твом диспетчера) сначала диспетчеризует SRB с локальным приоритетом, запланиро-

ванные для этого адресного пространства, и затем TCB в этом адресном пространстве.

Если в системе нет работы, готовой к выполнению, z/OS переходит в режим разре-

шенного ожидания (enabled wait) до тех пор, пока новая работа не поступит в систему.

Различные модели оборудования z/Series могут иметь от одного до 54 централь-

ных процессоров (CP)

. Все CP могут выполнять инструкции одновременно. Диспет-

черские приоритеты определяют, когда следует начать диспетчеризацию готовых

к выполнению адресных пространств.

Рис 311 Диспетчеризацияработы

Адресное пространство может находиться в одной из четырех очередей:

• IN-READY – находится в основной памяти и ожидает диспетчеризации;

• IN-WAIT – находится в основной памяти, но ожидает завершения некоторого

события;

• OUT-READY – готово к выполнению, но выгружено из основной памяти;

• OUT-WAIT – выгружено из основной памяти и ожидает завершения некоторо-

го события.

Только задачи в очереди IN-READY можно выбрать для диспетчеризации.

IBM z9-109 Model S54 может иметь до 54 центральных процессоров (номер модели соответствует мак-

симальному количеству процессоров, которое можно установить на сервере).

 Общиесведенияоz/OS 111

375 Синхронизация использования ресурсов

В многозадачной многопроцессорной среде синхронизация использования ресурсов

представляет собой метод координирования доступа к ресурсам, используемых не-

сколькими приложениями. Программам, изменяющим данные, требуется исключи-

тельный доступ к этим данным. В противном случае, если несколько программ одно-

временно выполнят изменение одних и тех же данных, это может привести к пов-

реждению данных (нарушению целостности данных). С другой стороны, программы,

которым требуется только чтение данных, могут осуществлять одновременный до-

ступ к одним и тем же данным.

Наиболее распространенными методами синхронизации использования ресур-

сов являются организация очередей (enqueuing) и блокировка (locking). Эти методы

предусматривают упорядоченный доступ к системным ресурсам, требуемым несколь-

ким пользователям в среде мультипрограммирования и мультипроцессирования.

В z/OS организацией очередей управляет компонент глобальной синхронизации ре

сурсов и блокировкой управляет несколько программ управления блокировкой, вхо-

дящих в супервизорный компонент.

Что такое глобальная синхронизация ресурсов?

Компонент глобальной синхронизации ресурсов обрабатывает запросы на доступ

к ресурсам от программ, выполняющихся в z/OS. Глобальная синхронизация ресур

сов осуществляет синхронизацию доступа к ресурсам для защиты их целостности.

В инсталляции две или больше систем z/OS могут быть связаны адаптерами канал-

канал (CTC) для создания GRS-комплекса и синхронизации доступа к ресурсам, сов-

местно используемым различными системами.

При получении программными запросами доступа к многократно используемому

ресурсу этот доступ может быть исключительным либо разделяемым. Когда компо-

нент глобальной синхронизации ресурсов назначает разделяемый доступ к ресурсу,

пользователи, требующие исключительного доступа, не могут получить доступ к это-

му ресурсу. Подобным же образом, когда компонент глобальной синхронизации ре-

сурсов назначает исключительный доступ к ресурсу, все остальные инициаторы за-

просов на доступ к ресурсу должны ожидать до тех пор, пока инициатор запроса

с исключительным доступом не освободит ресурс.

Что такое организация очередей?

Организация очередей (enqueuing) является средством запрашивания программой,

выполняющейся в z/OS, управления ресурсами с последовательным многократным

использованием. Организацией очередей занимаются макросы ENQ (enqueue) и DEQ

(dequeue), доступные для всех программ, запущенных в системе. Для устройств, раз-

деляемых между несколькими системами z/OS, организация очередей выполняется

макросами RESERVE и DEQ.

В макросах ENQ и RESERVE программа задает имена одного или нескольких ре-

сурсов и запрашивает разделяемое или исключительное управление этими ресурса-

ми. Если требуется внести изменения в ресурсы, программа должна запросить ис-