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

Подождите немного. Документ загружается.

32 Глава1

Основные термины в этой главе

Архитектура Доступность Пакетнаяобработка Совместимость Электронный

бизнес

Мэйнфрейм Обработка

оперативных

транзакций(OLTP)

Платформа Аналитик

производственного

контроля

Документация

Масштабируемость Масштабируемость Системныйоператор Системный

программист

System/360

112 Контрольные вопросы

Чтобы проверить понимание материала этой главы, ответьте на следующие вопросы:

1. Перечислите, каким образом современные мэйнфреймы изменяют традицион

ное представление о сопоставлении централизованных и распределенных вы-

числений.

2. Опишите, каким образом предприятия используют вычислительную мощность

мэйнфреймов и в чем отличие мэйнфрейм-вычислений от других типов вычисле-

ний.

3. Назовите три преимущества мэйнфрейм-вычислений и опишите основные типы

задач, для которых мэйнфреймы подходят лучше всего.

4. Назовите пять должностей или обязанностей, связанных с мэйнфрейм-вычисле

ниями.

5. В этой главе было названо по меньшей мере пять операционных систем, исполь

зуемых на мэйнфрейме. Выберите три из них и опишите их основные свойства.

113 Темы для дальнейшего обсуждения

1. Что представляет собой мэйнфрейм в настоящее время? Как возник этот термин?

Адекватен ли он в настоящее время?

2. Почему важно обеспечивать совместимость системы со старыми приложениями?

Почему бы просто не заменять существующие интерфейсы программирования

приложений при выпуске более новых интерфейсов?

3. Опишите, каким образом использование мэйнфрейма позволяет сэкономить

средства, учитывая большое количество ролей, необходимых для обслуживания

мэйнфрейм-системы.

4. Какие свойства (хорошие или плохие) имеет вычислительная среда мэйнфрейма

в связи с ролями, используемыми в мэйнфрейм-центрах? (эффективность? надеж-

ность? масштабируемость?).

5. В большинстве мэйнфрейм-центров реализованы строгие процедуры управления

системами, безопасности и операций. Реализованы ли такие же процедуры в сре-

дах распределенных систем? Почему?

 Современныймэйнфрейм 33

6. Найдите примеры использования мэйнфреймов в своей ежедневной деятельнос-

ти? Опишите их, а также то, насколько мэйнфрейм-обработка очевидна для ко-

нечных пользователей. Можно использовать следующие примеры:

– Популярные веб-сайты, использующие мэйнфрейм в качестве сервера заднего

плана для поддержки оперативных транзакций и баз данных.

– Мэйнфреймы, используемые в вашей местности. Это может включать банки

и финансовые центры, крупные магазины, транспортные узлы, а также здраво

охранительные и медицинские учреждения.

7. Найдите примеры распределенных систем в ежедневной деятельности? Можно ли

было бы улучшить их работу путем добавления мэйнфрейма? Каким образом?

 Аппаратныесистемымэйнфреймаивысокаядоступность 35

Аппаратные системы

мэйнфрейма

и высокая доступность

Цель Какновомусистемномупрограммистувz/OS,вамважноиметьполное

представлениеобоборудовании,накоторомвыполняетсяоперационнаясистема



z/OS,котораяразработанатакимобразом,чтобыобеспечитьполноеиспользование

оборудованиямэйнфреймаиегосложныхпериферийныхустройствВамтакже

необходимопонимать,какимобразомаппаратноеипрограммноеобеспечение

достигаютпочтипостояннойдоступностипосредствомиспользованиятаких

концепций,как

ParallelSysplexи«отсутствиеединыхточекотказа»

Послезавершенияработынадэтойглавойвысможете:

• обсуждатьустройствооборудованияS/360иzSeries;

• рассказатьопроцессорахидисковомоборудовании;

• объяснить,вчемотличиемэйнфреймовотперсональныхкомпьютеровсточки

зрениякодировкиданных;

• перечислитьнесколькостандартныхаппаратныхконфигураций;

• объяснить,какимобразомParallelSysplexпозволяетдостичьпостоянной

доступности;

• объяснитьпонятиединамическойбалансировкирабочейнагрузки;

• описатьпонятиеединогообразасистемы

36 Глава2

21 Введение в аппаратные системы мэйнфрейма

Эта глава содержит общие сведения об аппаратных системах мэйнфрейма с основ-

ным акцентом на «процессорном блоке».

Дополнительные сведения. Подробное описание основных функций z/Archi-

tecture 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/

Начнем главу с обзора терминологии, связанной с оборудованием мэйнфрейма.

Знание различных значений таких терминов, как системы, процессоры, центральные

процессоры и т. д., является важным для понимания мэйнфрейм-компьютеров.

Во времена S/360 система имела единственный

процессор, называемый центральным процессором

(central processing unit, CPU). Термины система,

процессор и центральный процессор использовались как взаимозаменяемые. Однако

эти термины утратили ясность с появлением систем, имеющих больше одного процес-

сора. Это показано на рис. 2.1.

Рис 21 Наложениетерминологии

Терминами процессор и CPU часто называют либо весь системный блок, либо

один из процессоров (CPU) в системном блоке. Несмотря на то что значение термина

может быть понятным из контекста обсуждения, специалистам по мэйнфреймам

важно уточнять, какое именно значение термина процессор или CPU используется в

обсуждении. Системные программисты для обозначения системного блока мэйнф-

CPU–

синонимпонятия

процессор

 Аппаратныесистемымейнфреймаивысокаядоступность 37

рейма используют применяемый в IBM термин

центральный процессорный комплекс (central

processor complex, CPC). В данной книге термин

CPC используется для обозначения физического

набора аппаратного обеспечения, включающего

основную память, один или несколько централь-

ных процессоров, таймеры и каналы.

Управление разделами и некоторые термины

из рис. 2.1 обсуждаются позже в этой главе. Если коротко, то все процессоры

S/390

или z/Architecture в CPC являются процессорными модулями (processing units, PU). Для

процессорных модулей внутри CPC используются такие названия, как центральные

процессоры (CP) для обычной работы, Integrated Facility for Linux (IFL), Integrated

Coupling Facility (ICF) для конфигураций Parallel Sysplex и т. д.

В этой книге значение терминов система и процессор должно быть понятным из

контекста. Обычно мы используем слово «система» для обозначения аппаратного

блока, всей аппаратной среды (с устройствами ввода-вывода) или операционной

среды (с программным обеспечением), в зависимости от контекста. Слово «процес-

сор» обычно используется для обозначения одного процессора (CP) в центральном

процессорном комплексе (CPC).

22 Устройство ранних систем

Центральный процессорный блок содержит процессоры, память

, цепи управления

и интерфейсы для

каналов. Канал обеспечивает независимый путь передачи данных

и управляющей информации между устройствами ввода-вывода и памятью. Ранние

системы имели до 16 каналов; самые крупные мэйнфрейм-компьютеры на момент

написания этой книги имели более 1 000 каналов.

Каналы подключаются к устройствам управления (control units). Устройство уп-

равления содержит логику для работы с определенным типом устройств ввода-выво-

да. Например, устройство управления принтером имеет внутреннюю схему и логику,

значительно отличающиеся от устройства управления приводом накопителей на

магнитных лентах. Некоторые устройства управления могут иметь несколько под-

ключений к каналам, обеспечивая несколько путей между устройством управления

и его устройствами ввода-вывода.

Устройства управления подключаются к периферийным устройствам (devices),

таким, как дисковые приводы, приводы накопителей на магнитных лентах, коммуни-

кационные интерфейсы и т. д. Разделение схемы и логики между устройством управ

ления и его периферийными устройствами формально не определено, но обычно

экономически более целесообразно разместить большую часть схемы в устройстве

управления.

На рис. 2.2 представлена общая схема системы S/360. Подключение в современ-

ных системах отличается от представленного на рис. 2.2. Однако этот рисунок помо-

гает понять основную терминологию, используемую при обсуждении мэйнфреймов.

В некоторых мэйнфреймах S/360 использовались отдельные блоки для памяти. Однако обсуждение

таких подробностей не настолько важно, и мы будем их игнорировать.

Центральныйпроцессорный

комплекс(CPC)–



физическийнабор

аппаратногообеспечения,

включающийосновную

память,одинилинесколько

центральныхпроцессоров,

таймерыиканалы

38 Глава2

Каналы, показанные на рис. 2.2, представляют собой параллельные каналы (также

называемые каналами шины и тега, названные так из-за двух тяжелых медных кабе-

лей, которые они используют). Параллельный канал может быть подключен не более

чем к восьми устройствам управления. Большинство устройств управления можно

подключить к нескольким периферийным устройствам; показатель максимального

количества устройств зависит от конкретного устройства управления, однако 16 –

стандартное значение.

Рис 22 ОбщаясхемаS/360

Каждый канал, устройство управления и периферийное устройство имеет ад-

рес, выраженный шестнадцатеричным числом. Дисковый привод, обозначенный

на рис. 2.2 буквой X, имеет адрес 132, полученный способом, представленным на

рис. 2.3.

Адрес: 1 3 2

Номер канала

Номер устройства

управления

Номер периферийного

стройства

Рис 23 Адресустройства

 Аппаратныесистемымейнфреймаивысокаядоступность 39

Дисковому приводу, обозначенному на рисунке буквой Y, можно назначить адреса

171, 571 или 671, так как он подключен через три канала. По умолчанию используется

наименьший адрес устройства (171), однако все три адреса могут использоваться

операционной системой для доступа к дисковому приводу. Наличие нескольких пу-

тей к устройству полезно в целях производительности и доступности. Когда прило-

жение запрашивает доступ к диску 171, операционная система сначала пытается по-

лучить доступ через канал 1. Если он занят (или недоступен), она пытается использо-

вать канал 5 и т. д.

На рис. 2.2 представлена другая система S/360, у которой два канала подключены

к устройствам управления, используемым первой системой. Такое совместное ис-

пользование устройств ввода-вывода является распространенным во всех инсталля-

циях мэйнфреймов. Привод для носителей на магнитной ленте Z имеет адрес A31

в первой системе, однако во второй системе используется адрес 331. Совместное ис

пользование устройств, в особенности дисковых приводов, – непростая тема, и су-

ществуют аппаратные и программные методы, используемые операционной систе-

мой для предотвращения таких ситуаций, как одновременное изменение одних и тех

же данных на диске с двух разных систем.

Как говорилось выше, современные мэйнфреймы не используются таким же обра-

зом, как мэйнфреймы, представленные на рис. 2.2. Существуют следующие различия:

• Параллельные каналы недоступны на новых мэйнфреймах и постепенно заме-

няются на старых системах.

• Параллельные каналы были заменены канала-

ми ESCON

(Enterprise Systems CONnection) и

FICON

(FIber CONnection). Эти каналы под-

ключаются только к одному устройству управления или, что более вероятно, к ди-

ректору (коммутатору) и представляют собой оптоволоконные кабели.

• Современные мэйнфреймы имеют больше 16 каналов и используют две шест-

надцатеричных цифры для обозначения части адреса, соответствующей

каналу.

• На современных системах для обозначения каналов обычно используются

идентификаторы канальных путей (channel path identifier, CHPID) или иденти-

фикаторы физических каналов (physical channel identifier, PCHID), хотя ис-

пользование термина канал также корректно. Все каналы интегрированы

в главный процессорный блок.

Адрес устройства, видимый программным обеспечением и более правильно на-

зываемый номером устройства (несмотря на то что термин адрес все еще широко

используется), косвенно связан с устройством управления и адресами устройств.

Дополнительные сведения о разработке мэйнфреймов IBM с 1964 года см. в при-

ложении A, «Краткий обзор истории мэйнфреймов IBM».

23 Устройство современных систем

Устройство современных центральных процессорных комплексов намного сложнее,

чем устройство ранних систем S/360. Эта сложность проявляется во многих сферах:

ESCON–

EnterpriseSystemsConnection

40 Глава2

• связь и конфигурирование устройств ввода-вывода;

• использование устройств ввода-вывода;

• управление разделами системы.

231 Связь устройств ввода-вывода

На рис. 2.4 представлена современная конфигурация. Реальные системы имеют боль-

ше каналов и устройств ввода-вывода, однако этот рисунок иллюстрирует основные

понятия. Разделы, ESCON-каналы и FICON-каналы описаны ниже.

Если коротко, то разделы создают отдельные

логические машины в CPC. ESCON- и FICON-кана-

лы логически подобны параллельным каналам,

однако в них используются оптоволоконные со-

единения и они работают гораздо быстрее. Современная система может иметь 100 –

200 каналов или CHPID

. Основные понятия, частично представленные здесь, вклю-

чают следующее:

• ESCON- и FICON-каналы подключаются только к одному устройству или одно-

му порту коммутатора.

• В большинстве современных мэйнфреймов используются коммутаторы между

каналами и устройствами управления. Коммутаторы могут подключаться к не-

скольким системам, совместно используя устройства управления и некоторые

или все их устройства ввода-вывода во всех системах.

• Адреса CHPID содержат две шестнадцатеричные цифры.

• Несколько разделов иногда могут совместно использовать CHPID. Это зависит

от типа устройств управления, используемых через CHPID. В целом CHPID, ис-

пользуемые для дисков, допускают совместное использование.

• Между операционной системой в разделах (или на основной машине, если

разделы не используются) и CHPID существует уровень подсистемы ввода-

вывода.

ESCON-директор или FICON-коммутатор представляют собой сложные устройс-

тва, поддерживающие высокую скорость передачи данных через несколько подклю-

чений (крупный директор, например, может иметь 200 подключений, и все они могут

передавать данные одновременно). Директор или коммутатор должны регистриро-

вать, какой CHPID (и раздел) какую операцию ввода-вывода инициировал, чтобы

данные и информация о состоянии возвращались туда, куда нужно. Множество за-

просов ввода-вывода от множества CHPID, подключенных ко множеству разделов на

множестве систем, могут обрабатываться одним устройством управления.

Уровень управления вводом-выводом использует управляющий файл, называемый

IOCDS (I/O Control Data Set), преобразующий физические адреса ввода-вывода (куда

относятся номера CHPID, номера портов коммутаторов, адреса устройств управления

CHPID–

идентификаторканального

пути(channelpathidentifier)

Самые последние мейнфреймы могут иметь более 256 каналов, но для этого необходимо выполнить

дополнительную настройку. Каналы назначаются таким образом, что для составления адресов CHPID

требуется только две шестнадцатеричные цифры.

 Аппаратныесистемымейнфреймаивысокаядоступность 41

и адреса периферийных устройств) в номера устройств (device numbers), используе-

мые программным обеспечением операционной системы для доступа к устройствам.

Он загружается в область HSA (Hardware Save Area) при включении и допускают дина-

мическое изменение. Номер устройства выглядит как адреса, описанные для ранних

машин S/360, с тем исключением, что он может содержать три или четыре шестнад-

цатеричные цифры.

Обработка ввода-вывода

Другие

системы

...

Control

Unit

ESCON-

директор

(коммутатор)

FICON-

коммутатор

Устройство

управления

C0 C1

Устройство

управления

Устройство

управления

Устройство

управления

01 02

E - канал ESCON

F - канал FICON

O - канал OSA-Express

Блок CEC

Раздел 1

Раздел 2

Локальная сеть

Каналы (CHPID

или PCHID)

Адреса устройств

управления (CUA)

дреса устройств (UA)

Рис 24 Конфигурациясовременнойсистемы

Многие пользователи все еще называют их «адресами», хотя номера устройств

представляют собой произвольные числа между x’0000’ и x’FFFF’. Последние мэйнф-

реймы (на момент написания этой книги) имеют два уровня преобразований адресов

ввода-вывода между реальными элементами ввода-вывода и программным обеспече-

нием операционной системы. Второй уровень был добавлен для упрощения мигра-

ции на новые системы.

Современные устройства управления, особенно для дисков, часто используют не-

сколько подключений к каналам (или коммутаторам) и несколько подключений

к своим устройствам. Они могут одновременно обрабатывать множество передач

данных через несколько каналов. Каждое устройство имеет блок управления уст-

ройством (unit control block, UCB) в каждом образе z/OS.