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

Подождите немного. Документ загружается.

12 Глава1

ально подходят для веб-транзакций, так как они разработаны таким образом, чтобы

обеспечивать быстрый и одновременный доступ огромного количества пользовате-

лей и приложений к одним и тем же данным без помехи друг для друга. Такой уровень

безопасности, масштабируемости и надежности критически важен для эффективно-

го и защищенного выполнения обработки информации в настоящее время.

Корпорации используют мэйнфреймы для выполнения приложений, требующих

масштабируемости и надежности. Например, банковское учреждение может исполь-

зовать мэйнфрейм для размещения базы данных счетов своих клиентов, для которых

можно осуществлять транзакции с любого из тысяч банкоматов по всему миру.

Современные предприятия используют мэйнфреймы в следующих целях:

• выполнение обработки большого объема транзакций (тысячи транзакций

в секунду)

;

• поддержка тысяч пользователей и приложений, осуществляющих одновремен-

ный доступ ко множеству ресурсов;

• управление терабайтами информации в базах данных;

• поддержка связи с высокой пропускной способностью.

Информационные магистрали часто ведут к мэйнфрейму.

17 Факторы, способствующие использованию

мэйнфреймов

Существует множество причин для использования мэйнфреймов, но большинство из

них относятся к одной или нескольким из следующих категорий:

• надежность, доступность и удобство обслуживания;

• безопасность;

• масштабируемость;

• последовательная совместимость;

• эволюционирующая архитектура;

Рассмотрим эти категории более подробно.

171 Надежность, доступность и удобство обслуживания

Надежность, доступность и удобство обслуживания (reliability, availability, service-

ability – RAS) компьютерной системы всегда были важными факторами в обработке

данных. Когда говорится, что та или иная компьютерная система «имеет характерис-

тики RAS», имеется в виду, что она разработана таким образом, чтобы обеспечивать

непрерывную работу в любое время. В идеале RAS является основным требованием

при разработке всех аспектов компьютерной системы, включая приложения.

В настоящее время термин RAS используется в качестве собирательного понятия,

определяющего множество характеристик аппаратного и программного обеспече-

Мейнфрейм-компьютеры IBM последней серии. IBM System z9 109 (также известные под названием

z9-109) могут обрабатывать один миллиард транзакций в день.

 Современныймэйнфрейм 13

ния, важных для пользователей мэйнфреймов. Этим терминам можно дать следую-

щие определения:

Надежность Аппаратныекомпонентысистемыимеютширокиевозможностисамопроверки

исамовосстановленияНадежностьпрограммногообеспечениясистемы

являетсярезультатомвсестороннеготестированияивозможностибыстрой

установкиобновленийдляустранениявыявленныхпроблем

Доступность Системаможетвыполнитьвосстановлениепослеотказакомпонентабез

воздействиянаостальнуючастьработающейсистемыЭтоотноситсякакк

восстановлениюоборудования(автоматическаязаменаотказавшихэлементов

запасными),такиквосстановлениюпрограммногообеспечения(операционная

системаобеспечиваетнесколькоуровнейвосстановленияпослеошибок)

Удобство

обслуживания

Системаможетопределить,почемувозникотказЭтопозволяетвыполнить

заменуаппаратныхилипрограммныхэлементовприминимальном

воздействиинаоперационнуюсистемуЭтоттерминтакжепредполагает

использованиечеткоопределенныхединицзаменыоборудованияили

программногообеспечения

Компьютерная система считается доступной

тогда, когда доступны ее приложения. Доступной

является надежная система; другими словами, она

редко требует отключения для обновления или ре-

монта. И если система была остановлена вследс-

твие возникновения ошибки, она должна быть

удобной в обслуживании, т. е. легкой в ремонте за сравнительно короткий промежуток

времени.

Показатель средней наработки на отказ (mean time between failure, MTBF) харак-

теризует доступность компьютерной системы. Современные мэйнфреймы и исполь-

зуемое на них программное обеспечение к настоящему времени дошли до такого

уровня, что клиенты часто могут работать месяцами и даже годами между простоями

системы. Кроме того, когда система становится недоступной вследствие неожидан-

ного отказа или запланированного обновления, период простоя обычно является

очень коротким. Высокая доступность системы при обработке критически важных

приложений организации необходима при современной глобальной экономике, ра-

ботающей 24 часа в сутки. Не только оборудование, но и операционные системы для

мэйнфреймов демонстрируют характеристики RAS в таких сферах, как защита сис-

тем хранения и процесс управляемого обслуживания.

Помимо соответствия характеристикам RAS, о современных мэйнфрейм-системах

можно сказать, что они обеспечивают высокую доступность и отказоустойчивость.

Использование резервных аппаратных компонентов на критически важных узлах,

усовершенствованная защита систем хранения, процесс управляемого обслуживания

и системное программное обеспечение, разработанное для обеспечения неограни-

ченной доступности, позволяют сохранить согласованность и высокую доступность

среды для бизнес-приложений в случае отказа системных компонентов. Такой подход

позволяет проектировщику системы предельно сократить риск появления единой

точкой отказа, снижающей показатели RAS компьютерной системы.

Доступность–

способностьвосстановления

послеотказакомпонентабез

воздействиянаостальную

частьработающейсистемы

14 Глава1

172 Безопасность

Одним из наиболее ценных ресурсов компании являются ее данные: списки клиен-

тов, бухгалтерские данные, информация о сотрудниках и т. д. Эти критически важные

данные подлежат безопасному управлению и контролю и вместе с тем должны быть

доступны пользователям, авторизованным для их просмотра. Мэйнфрейм-компьютер

имеет широкие возможности одновременного совместного использования данных

компании множеством пользователей с обеспечением их защиты.

В отрасли информационных технологий безопасность данных определяется как

их защита от несанкционированного доступа, передачи, изменения или нарушения,

как случайного, так и преднамеренного. Для защиты данных и обеспечения ресурсов,

необходимых для достижения целей безопасности, клиенты обычно устанавливают

полнофункциональную программу управления безопасностью в операционную сис-

тему мэйнфрейма. Общая ответственность за использование доступных технологий

для преобразования политики безопасности компании в практический план часто

возлагается на администратора безопасности.

Защищенная компьютерная система не позволяет пользователям осуществлять

доступ или изменять какие-либо объекты в системе, включая пользовательские дан-

ные, за исключением случаев употребления интерфейсов системы, применяющих

правила полномочий. Современные мэйнфреймы обеспечивают очень надежную

систему для выполнения большого числа разнообразных приложений, осуществляю-

щих доступ к критическим данным. Пример системы безопасности мэйнфрейма

рассматривается в главе 18, «Безопасность в z/OS».

173 Масштабируемость

Как говорится, единственное, что остается постоянным, – это перемены. Это тем более

истинно в отрасли информационных технологий. В бизнесе положительные резуль-

таты могут вызвать рост информационной инфраструктуры в целях обеспечения со-

ответствия растущему спросу. Уровень, до которого ИТ-организация может нарастить

мощности без нарушения нормальных бизнес-процессов или без возникновения

чрезмерных накладных расходов (непроизводительной обработки), в значительной

степени определяется масштабируемостью заданной вычислительной платформы.

Под масштабируемостью понимается способ-

ность оборудования, программного обеспечения

или распределенной системы продолжать эффек-

тивное функционирование при изменении разме-

ра или объема; например, способность сохранить

уровень производительности при добавлении

процессоров, памяти и устройств хранения. Мас-

штабируемая система может эффективно адаптироваться к работе, где сети большего

или меньшего размера выполняют задачи различной сложности.

По мере увеличения количества сотрудников, клиентов и бизнес-партнеров, ком-

пании обычно необходимо добавлять вычислительные ресурсы для поддержки роста

предприятия. Один подход состоит в том, чтобы добавить больше процессоров оди-

Масштабируемость–

способностьсистемы

сохранитьуровень

производительностипри

добавлениипроцессоров,

памятииустройствхранения

 Современныймэйнфрейм 15

наковой мощности, что увеличивает нагрузку по управлению более сложной систе-

мой. С другой стороны, компания может консолидировать множество менее мощных

процессоров в небольшое количество более крупных систем. Используя мэйнфрейм-

системы, многие компании значительно сократили совокупную стоимость владения

(total cost of ownership, TCO), которая учитывает не только стоимость системы (ее

аппаратного и программного обеспечения), но и стоимость ее эксплуатации.

Мэйнфреймы демонстрируют высокую масштабируемость аппаратного и про-

граммного обеспечения и способны выполнять несколько копий программного

обеспечения операционной системы как единую систему, что называется систем-

ным комплексом – сисплексом (sysplex). Более подробно технология кластеризации

мэйнфреймов и ее использование рассматривается в разделе 2.8, «Что такое Parallel

Sysplex?».

174 Последовательная совместимость

Покупатели мэйнфреймов склонны производить очень большие финансовые вложе-

ния в свои приложения и данные. Некоторые приложения разрабатывались и дора-

батывались десятилетиями. Одни приложения были написаны много лет назад, тогда

как другие могли быть написаны буквально на днях. Способность приложения рабо-

тать в системе или его способность работать с другими устройствами или програм-

мами называется совместимостью (compatibility).

Необходимость поддерживать приложения

разного времени выпуска создает строгое требо-

вание совместимости для аппаратного и програм-

много обеспечения мэйнфрейма, которое много-

кратно обновлялось с момента появления первого

мэйнфрейм-компьютера System/360 в 1964 году.

Приложения должны продолжать работать долж-

ным образом. Итак, основная работа над проекти-

рованием нового оборудования и системного

программного обеспечения вращается вокруг

требований совместимости.

Исключительная необходимость обеспечения совместимости является также ос-

новной причиной, определяющей работу многих аспектов системы, например огра-

ничения синтаксиса языка управления заданиями (job control language, JCL), исполь-

зуемого для управления пакетными заданиями. Все новые усовершенствования JCL

должны обеспечивать совместимость с более старыми заданиями, чтобы их можно

было продолжать выполнять без внесения изменений. Желание и необходимость

последовательной совместимости является одним из определяющих свойств мэйнф-

рейм-вычислений.

Абсолютной совместимости за десятилетия изменений и усовершенствований

достичь, конечно же, невозможно, но для проектировщиков оборудования и про-

граммного обеспечения она является главным приоритетом. Если обеспечение сов-

местимости невозможно, проектировщики как минимум за год предупреждают

пользователей о необходимости внесения изменений в программное обеспечение.

Совместимость–

способностьсистемы

выполнятькакпрограммное

обеспечение,использующее

новыеаппаратные

инструкции,такиболее

староепрограммное

обеспечение,использующее

первоначальныеаппаратные

инструкции

16 Глава1

18 Стандартные задачи для мэйнфреймов

Большинство задач для мэйнфреймов относятся к одной из двух категорий: пакетная

обработка или обработка оперативных транзакций, куда относятся и веб-приложе-

ния (рис. 1.1).

Рис 11 Стандартныезадачидлямэйнфреймов

Эти задачи рассматриваются в нескольких главах этой книги; в следующих разде-

лах представлены общие сведения.

181 Пакетная обработка

Одним из основных преимуществ мэйнфрейм-систем является их способность обра-

батывать терабайты данных, размещенных на высокоскоростных устройствах хране-

ния, и производить ценные выходные данные. Например, использование мэйнф-

рейм-систем позволяет банкам и прочим финансовым учреждениям выполнять

квартальную обработку и создавать отчеты, необходимые для клиентов (например,

квартальные отчеты о запасах или пенсионные отчеты) или правительства (напри-

мер, финансовые результаты). Используя мэйнф-

рейм-системы, магазины могут генерировать

и консолидировать суточные отчеты о продажах

для региональных менеджеров по продажам.

Приложения, генерирующие эти отчеты, назы-

ваются пакетными приложениями; другими словами, они выполняются на мэйнф-

рейме без вмешательства пользователя. Пакетное задание запускается на компьюте-

Пакетнаяобработка–

выполнениезаданийна

мейнфреймебез

вмешательствапользователя

 Современныймэйнфрейм 17

ре, считывает и обрабатывает данные в больших количествах (возможно, терабайты

данных) и производит выходные данные, в частности клиентские счета. Это подобно

выполнению файла скрипта в UNIX или командного файла в Windows

, однако па-

кетное задание z/OS может обрабатывать миллионы записей.

Несмотря на то что пакетная обработка возможна и на распределенных системах,

она не настолько распространена, как на мэйнфреймах, так как распределенным

системам часто не хватает:

• достаточного дискового пространства;

• доступной мощности процессора или циклов;

• управления системными ресурсами и планированием заданий на уровне сисп-

лекса.

Операционные системы мэйнфреймов обычно содержат полнофункциональное

программное обеспечение для планирования заданий, которое позволяет персоналу

информационного центра осуществлять передачу, управление и слежение за выпол-

нением и выводом пакетных заданий

Пакетные процессы обычно имеют следующие свойства:

• Выполняется обработка и хранение больших объемов вводимых данных (воз-

можно, терабайтов или еще больше), осуществляется доступ к большому коли-

честву записей и производится большой объем выходных данных.

• Мгновенное реагирование обычно не является обязательным требованием.

Однако часто выделяется определенный «период выполнения пакетных зада-

ний», т. е. период менее интенсивной активности, заданный в

соглашении об

уровне обслуживания (service level agreement, SLA).

• Генерируется информация о большом количестве пользователей или инфор-

мационных объектов (например, заказах клиентов или товаре на складе).

• Запланированный пакетный процесс может представлять выполнение сотен

или тысяч заданий в предварительно заданной последовательности.

Во время пакетной обработки возможно генерирование различных типов задач.

Часто используется консолидированная информация, например о доходности ин-

вестиционных фондов, запланированном резервном копировании баз данных, обра-

ботке ежедневных заказов и пополнении склада. На рис. 1.2 показано несколько па-

кетных заданий, выполняемых в стандартной среде мэйнфрейма.

На рис. 1.2 представлены следующие элементы, выполняемые в запланированном

пакетном процессе:

1. Ночью происходит обработка множества пакетных заданий, осуществляющих за

пуск программ и утилит. Эти задания консолидируют результаты оперативных

транзакций, произошедших в течение дня.

2. Пакетные задания генерируют отчеты с коммерческой статистикой.

На заре эпохи мэйнфреймов для ввода заданий, выполняемых системой, часто использовались перфо-

карты. Операторы вводили данные с использованием клавишных перфораторов и производили стопки

(или пакеты) перфокарт. Их вставляли в устройства чтения перфокарт, которые считывали задания и

данные в систему. Как и следовало ожидать, этот процесс был очень обременительным и ненадежным.

В настоящее время вместо перфокарт можно использовать текстовый файл. Различные способы ввода

заданий в мэйнфрейм рассматриваются в главе 7, «Пакетная обработка и JES».

18 Глава1

3. До и после периода выполнения пакетных заданий создаются резервные копии

критических файлов и баз данных.

4. Отчеты с коммерческой статистикой пересылаются в специальный отдел для

анализа на следующий день.

5. Отчеты с исключениями пересылаются в филиалы.

6. Ежемесячные отчеты о состоянии счетов генерируются и рассылаются всем кли

ентам банка.

7. Отчеты с суммарными данными обработки отправляются партнерской компа

нии-владельцу торговой марки кредитных карт.

8. Выполняется получение отчета о транзакциях по кредитным картам от партнерс

кой компании.

Рис 12 Стандартныепримерыиспользованияпакетныхзаданий

 Современныймэйнфрейм 19

9. В отделе производственного контроля осуществляется мониторинг сообщений

на системной консоли и выполнение заданий.

10. Задания и транзакции выполняют чтение или обновление базы данных (той же,

которая используется оперативными транзакциями), и множество файлов запи-

сывается на магнитную ленту.

182 Обработка оперативных транзакций

Обработка транзакций, выполняемая интерактивно с участием конечного пользо-

вателя, называется обработкой оперативных транзакций (online transaction pro-

cessing, OLTP). Обычно мэйнфрейм обслуживает огромное количество систем вы-

полнения транзакций (transaction systems). Эти системы часто представляют собой

критически важные приложения, от которых зависит выполнение основных функ-

ций предприятия. Системы выполнения транзак-

ций должны быть способны поддерживать не-

предсказуемое количество одновременно рабо-

тающих пользователей и типов транзакций.

Большинство транзакций выполняется за крат-

чайшие промежутки времени, в некоторых слу-

чаях за доли секунды.

Одно из основных свойств системы выполнения транзакций состоит в том, что

взаимодействие между пользователем и системой происходит очень быстро. Бизнес-

транзакция целиком состоит из серии коротких взаимодействий, при которых для

каждого взаимодействия требуется немедленное реагирование. В настоящее время

такие системы поддерживают критически важные приложения; поэтому непрерыв-

ная доступность, высокая производительность, а также защита и обеспечение целос-

тности данных являются обязательным требованием.

Оперативные транзакции знакомы большинству людей. Приведем следующие

примеры:

• транзакции при работе с банкоматом, в частности депонирование, снятие де-

нег, проверка состояния счета и перевод денег;

• оплата в супермаркете дебетовой или кредитной картой;

• покупка товаров через Интернет.

Например, в банковском филиале или в Интернете клиенты могут использовать

оперативные службы при проверке состояния счета или при работе с денежными

средствами.

В действительности оперативная система во многом выполняет те же функции,

что и операционная система:

• управление и распределение задач;

• управление полномочиями доступа пользователей к системным ресурсам;

• управление использованием памяти;

• управление и контроль над одновременным доступом к файлам данных;

• обеспечение независимости устройств.

Обработкаоперативных

транзакций(OLTP)–



обработкатранзакций,

выполняемаяинтерактивно

сучастиемконечного

пользователя

20 Глава1

В некоторых отраслях оперативные системы на основе мэйнфреймов использу-

ются следующим образом:

• банки – банкоматы, банковские системы для обслуживания клиентов;

• страхование – агентские системы для управления политиками и обработки

страховых требований;

• туризм и транспорт – системы бронирования авиабилетов;

• промышленность – управление запасами, производственное планирование;

• правительство – налоговая обработка, выдача и управление лицензиями.

Каким образом конечные пользователи в этих отраслях могут взаимодействовать

с мэйнфрейм-системами? На дизайн системы обработки транзакций компании мо-

жет влиять множество факторов, в том числе:

• Количество пользователей, взаимодействующее с системой в любой момент

времени.

• Количество транзакций в секунду (TPS).

• Требования доступности приложения. Например, должно ли приложение быть

доступно 24 часа в сутки, семь дней в неделю, или же его раз в неделю можно

на короткое время отключать?

До того как стали популярными персональные компьютеры и интеллектуальные

рабочие станции, самым распространенным способом связи с оперативными мэйн-

фрейм-приложениями были терминалы 3270. Эти устройства иногда называли «не-

мыми» терминалами, хотя они могли осуществлять сбор и отображение полного эк-

рана данных, вместо того чтобы взаимодействовать с компьютером при каждом на-

жатии клавиши, что позволяло сократить использование процессора. Символы на

черном экране имели зеленый цвет, поэтому мэйнфрейм-приложения часто называ-

ли «зеленым экраном».

Эти факторы вызывают различия при взаимодействии с пользователями в различ-

ных инсталляциях. В настоящее время во многих инсталляциях выполняется перера-

ботка существующих мэйнфрейм-приложений с целью реализовать пользовательский

интерфейс на основе веб-браузера. Иногда это требует разработки нового приложе-

ния, однако часто бывает достаточно приобрести программное обеспечения сторон-

него разработчика для добавления новых интерфейсов с приложением. В этом случае

конечный пользователь часто не осознает, что он имеет дело с мэйнфреймом.

В этой книге нет необходимости описывать процесс взаимодействия с мэйнф-

реймом через веб-браузер, так как он ничем не отличается от всех остальных взаи-

модействий, осуществляемых пользователем через Интернет. Единственное различие

состоит в том, какой компьютер на другом конце.

Оперативные транзакции обычно имеют следующие свойства:

• небольшое количество входных данных, небольшое количество хранимых за-

писей, к которым осуществляется доступ и обработка, и небольшое количество

выходных данных;

• мгновенное реагирование, обычно время реагирования составляет меньше се-

кунды;

 Современныймэйнфрейм 21

• большое количество пользователей, задействованных в большом количестве

транзакций;

• круглосуточная доступность транзакционного интерфейса для пользователя;

• обеспечение безопасности транзакций и пользовательских данных.

В банковском филиале, например, клиенты используют оперативные службы при

проверке состояния счета или внесении денег.

На рис. 1.3 представлен набор стандартных оперативных транзакций, использую-

щих мэйнфрейм.

Рис 13 Стандартныеоперативныетранзакции

1. Клиент использует банкомат, который имеет понятный пользовательский интер-

фейс для выполнения различных функций: снятия денег, запроса состояния счета,

депонирования, перевода или снятия средств с кредитной карты.

2. В другом месте той же частной сети банковский сотрудник в филиале выполняет

такие операции, как консультирование, распределение денежных средств и рабо-

та с денежными переводами.

3. В центральном офисе банка бизнес-аналитики настраивают транзакции для улуч

шения их производительности. Другие сотрудники используют специализирован-

ные оперативные системы автоматизации делопроизводства для осуществления

управления взаимодействием между клиентами, бюджетного планирования и кон

троля ресурсов.