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

Подождите немного. Документ загружается.

42 Глава2

Рис 25 Адресацияустройств

232 Средства управления системой и разделы

Существует много способов проиллюстрировать внутреннюю структуру мэйнфрейма

в зависимости от того, что требуется выделить. Рис. 2.6 очень абстрактно иллюстри-

рует некоторые функции внутренних системных средств управления на современ-

ных мэйнфреймах. В качестве внутренних контроллеров используются микропро-

цессоры с гораздо более простой организацией и набором инструкций, чем процес-

соры zSeries. Их обычно называют контроллерами во избежание путаницы с процес-

сорами zSeries.

Среди функций управления системой существует возможность разделения сис-

темы на несколько логических разделов (logical partition, LPAR). LPAR представляет

собой поднабор процессорного оборудования, выделенный для поддержки опера-

ционной системы. LPAR содержит ресурсы (процессоры, память и устройства вво-

да-вывода) и функционирует как независимая система. Одна аппаратная мэйнф-

рейм-система может содержать несколько логи-

ческих разделов.

Многие годы существовало ограничение, поз-

волявшее использовать не более 15 LPAR на мэйн-

фрейме; более современные машины имеют огра-

Логическийраздел–

поднаборпроцессорного

оборудования,выделенный

дляподдержкиоперационной

системы

 Аппаратныесистемымейнфреймаивысокаядоступность 43

ничение в 30 логических разделов (возможно, и больше). Практические ограничения

объема памяти, устройств ввода-вывода и доступной вычислительной мощности

обычно устанавливают ограничения числа логических разделов, меньшие, чем эти

максимальные показатели.

CP CP CP CP

Управление системой

LPAR1 LPAR2 LPAR3

Управление системой

CHPID

CHPID CHPID CHPID

CHPID CHPID

HMC

Специализированные

микропроцессоры

для выполнения

функций внутреннего

управления

Ноутбуки

ThinkPad

Расположена рядом

с оператором

Расположены в CEC,

но могут использоваться

операторами

Память

Процессоры

Каналы

Рис 26 Средствауправлениясистемойиразделы

Примечание Аппаратноеимикропрограммноеобеспечение,реализующеефункцииуправления

разделами,имеетназваниеPR/SM™(ProcessorResource/SystemManager)Длясозданияи

функционированияLPARиспользуютсяфункцииPR/SMРазличиемеждупонятиямиPR/SM

(встроенноесредство)иLPAR(результатиспользованияPR/SM)частоигнорируется,итермин

LPARиспользуетсявсобирательномзначениидляобозначениякаксредства,такирезультатов

егоработы

Системные администраторы выделяют участки памяти для каждого логического

раздела; память не может совместно использоваться разными LPAR. Администраторы

могут назначать процессоры (обозначенные как CP на рис. 2.6) определенным LPAR

или позволять системным контроллерам осуществлять распределение некоторых

или всех процессоров среди всех LPAR с использованием встроенного механизма

балансировки нагрузки. Каналы (CHPID) могут назначаться определенным LPAR или

совместно использоваться несколькими LPAR, в зависимости от типа устройств на

каждом канале.

Система с одним процессором (CP) может иметь несколько LPAR. PR/SM содержит

встроенный диспетчер, который может выделять часть процессора для каждого LPAR,

подобно тому как диспетчер операционной системы выделяет часть процессорного

времени каждому процессу, потоку или заданию.

44 Глава2

Параметры управления разделами частично описываются в файле IOCDS, а частично

описываются в системном профиле (profile). Как IOCDS, так и профиль находятся в эле-

менте поддержки (Support Element, SE), который представляет собой простой ноутбук

внутри системы. SE может быть подключен к одному или нескольким консолям управле-

ния аппаратными средствами (Hardware Management Console, HMC), которые представ-

ляют собой настольные персональные компьютеры, используемые для мониторинга

и управления оборудованием, в частности микропроцессорами мэйнфрейма.

HMC более

удобен в использовании, чем SE, и может управлять несколькими мэйнфреймами.

Работая с HMC (или с SE, в нестандартной ситу-

ации), оператор готовит мэйнфрейм к использо-

ванию путем выбора и загрузки профиля и IOCDS.

Это создает логические разделы и настраивает ка-

налы, задавая им номера устройств, назначения

LPAR, различную информацию о путях и т. д. Это

называется сбросом по питанию (Power-on Reset,

POR). Загружая другой профиль и IOCDS, оператор

может полностью изменить количество и тип логических разделов, а также конфигу-

рацию ввода-вывода. Это обычно нарушает работу запущенных операционных систем

и приложений, поэтому редко выполняется без заблаговременного планирования.

233 Свойства логических разделов

Логические разделы на практике равнозначны отдельным мэйнфреймам. На каждом

LPAR выполняется отдельная операционная система. Это может быть любая операци-

онная система для мэйнфреймов; другими словами, необязательно запускать z/OS на

каждом LPAR. Специалисты по планированию установки могут решить установить

совместное использование устройств ввода-вывода несколькими LPAR, однако такие

решения принимаются на месте.

Системный администратор может выделить один или несколько процессоров

системы для эксклюзивного использования одним LPAR. С другой стороны, админис-

тратор может разрешить использование всех процессоров некоторыми или всеми

LPAR. В данном случае функции управления системой (часто называемые микроко-

дом или микропрограммным обеспечением) содержат диспетчер, осуществляющий

совместное использование процессоров выбранными логическими разделами. Адми-

нистратор может задать максимальное количество процессоров, одновременно за-

действованных в каждом логическом разделе. Администратор может также задать ве-

совые коэффициенты для разных логических разделов, например определить для

LPAR1 в два раза больше процессорного времени, чем для LPAR2.

Операционная система в каждом логическом разделе загружается отдельно, при

этом используется отдельная копия операционной системы

, используется отдельная

консоль оператора (если требуется) и т. д. Если происходит отказ системы на одном

LPAR, это не влияет на другие LPAR.

Например, на рис. 2.6 может использоваться рабочая система z/OS на LPAR1, тес-

товая версия z/OS на LPAR2 и Linux для S/390 на LPAR3. Если в сумме система имеет

HMC–

консоль,используемаядля

мониторингаиуправления

аппаратнымисредствами,

вчастности

микропроцессорами

мейнфрейма

Большинство (но не все) системных библиотек z/OS допускают совместное использование.

 Аппаратныесистемымейнфреймаивысокаядоступность 45

8 Гб памяти, можно выделить 4 Гб для LPAR1, 1 Гб для LPAR2, 1 Гб для LPAR3 и оставить

2 Гб в резерве на всякий случай. Консоли операционной системы для двух логических

разделов z/OS могут располагаться в совершенно разных местах

На практике в большинстве случаев нет разницы между, например, тремя отде-

льными мэйнфреймами с запущенной z/OS (и с совместным использованием боль-

шей части конфигурации ввода-вывода) и тремя LPAR на одном мэйнфрейме, настро-

енных таким же образом. За редким исключением z/OS, операторы и приложения

не могут обнаружить разницу.

Ко второстепенным отличиям относятся способность z/OS (если разрешено

при определении LPAR) получить информацию о производительности и использо-

вании по всей мэйнфрейм-системе и динамически перераспределять использова-

ние ресурсов (процессоров и каналов) между разными LPAR для улучшения произ-

водительности.

234 Консолидация мэйнфреймов

В настоящее время используется меньше мэйнфреймов, чем 15 или 20 лет назад. В неко-

торых случаях все приложения были перенесены на системы других типов. Однако

в большинстве случаев меньшее число вызвано консолидацией. Другими словами, несколь

ко небольших мэйнфреймов были заменены на меньшее число более крупных систем.

Существует убедительный аргумент в пользу консолидации. Программное обеспе-

чение мэйнфреймов (от различных изготовителей) может быть дорогостоящим

и обычно стоит больше, чем оборудование мэйнфрейма. Часто бывает выгоднее

(и иногда

намного выгоднее) заменить несколько лицензий на программное обеспе-

чение (для небольших машин) на одну-две лицензии (для больших машин). Стои-

мость лицензии на программное обеспечение часто привязана к мощности системы,

однако кривые цен говорят в пользу небольшого количества крупных машин.

Стоимость лицензий на программное обеспечение для мэйнфреймов стала ос-

новным фактором в росте и направлении развития отрасли мэйнфреймов. Существу-

ет несколько нелинейных факторов, которые значительно затрудняют формирова-

ние цен на программное обеспечение. Необходимо помнить о том, что рынок про-

граммного обеспечения для мэйнфреймов не является таким массовым, как рынок

программ для персональных компьютеров. Рост вычислительной мощности мэйнф-

реймов в последние годы происходил нелинейно.

Относительная мощность, необходимая для выполнения традиционного прило-

жения для мэйнфреймов (например, пакетного задания на языке COBOL), не имеет

линейной связи с мощностью, необходимой для нового приложения (имеющего

графический интерфейс и написанного на C или Java). Эффект консолидации привел

к появлению сверхмощных мэйнфреймов. Для выполнения приложения может быть

достаточно 1% их мощности, однако изготовители приложений часто назначают це-

ну, исходя из общей мощности машины.

В результате возникла необычная ситуация, где клиенты хотят приобрести самый

новый мэйнфрейм (чтобы использовать новые функции или снизить стоимость об-

служивания, связанную со старыми машинами), но при этом они ищут самый мед-

В Linux не используется консоль оператора в том же смысле, что и консоли z/OS.

46 Глава2

ленный мэйнфрейм для выполнения своих приложений (чтобы снизить затраты на

программное обеспечение, цена на которое привязывается к суммарной мощности

системного процессора).

24 Процессорные устройства

На рис. 2.1 показано несколько различных типов процессоров в системе. Все они яв-

ляются процессорами z/Architecture, которые можно использовать для несколько

различающихся целей

. Некоторые из этих целей связаны с контролем стоимости

программного обеспечения, тогда как другие яв-

ляются более принципиальными.

Все эти процессоры в начале являются эквива-

лентными процессорными устройствами

(proces-

sor unit, PU) или механизмами (engines). Процес-

сорное устройство представляет собой процессор,

который изначально не был специализирован для определенной задачи. Каждый из

процессоров в начале является процессорным устройством и специализируется ком-

панией IBM во время установки или позднее.

Возможные специализации:

• Центральный процессор (Central Processor, CP).

Это процессор, доступный для обычной операционной системы и прикладно-

го программного обеспечения.

• Вспомогательный системный процессор (System Assistance Processor, SAP).

Каждый современный мэйнфрейм имеет по меньшей мере один SAP; более

крупные системы могут иметь несколько таких процессоров. SAP выполняют

внутренний код

для обеспечения работы подсистемы ввода-вывода. Напри-

мер, SAP преобразует номера устройств и реальные адреса CHPID, адреса уст-

ройств управления и периферийных устройств. Он управляет путями к уст-

ройствам управления и выполняет восстановление после временных ошибок.

Операционные системы и приложения не могут обнаружить SAP, и SAP не ис-

пользуют «обычную» память.

• Интегрированный процессор для Linux (Integrated Facility for Linux, IFL).

Представляет собой обычный процессор с одной-двумя отключенными инструк-

циями, используемыми только в z/OS. Linux не использует эти инструкции и может

выполняться на IFL. Linux может также выполняться на CP. Различие состоит в том,

что IFL не учитывается при определении модельного номера

для системы. Это

может существенно снизить стоимость программного обеспечения.

Не путайте их с микропроцессорами-контроллерами. Процессоры, рассматриваемые в этом разделе,

представляют собой полнофункциональные стандартные процессоры для мейнфреймов.

Это обсуждение относится к современным (на момент написания книги) машинам zSeries. В более

ранних системах процессоры имели меньше специализаций, а еще более ранние системы вообще не

использовали эти технологии.

В IBM он называется лицензированным внутренним кодом (Licensed Internal Code, LIC). Он также часто

называется микрокодом (что некорректно с технической точки зрения) или микропрограммным

обеспечением. И конечно же, это не пользовательский код.

В некоторых системах не поддерживается применение нескольких моделей; в этом случае использует-

ся модельный номер по мощности (capacity model number).

z/Architecture–

архитектураIBMдля

мейнфрейм-компьютеров

ипериферииСемейство

серверовzSeriesиспользует

архитектуруz/Architecture

 Аппаратныесистемымейнфреймаивысокаядоступность 47

• zAAP.

Представляет собой процессор со множеством отключенных функций (обра-

ботка прерываний, некоторые инструкции), так что полная операционная

система не может выполняться на этом процессоре. Однако z/OS может обна-

руживать наличие zAAP-процессоров и использовать их для выполнения Java-

кода (и возможно, другого подобного кода в будущем). Этот же Java-код может

выполняться и на стандартном CP. Однако zAAP-процессоры опять же не учи-

тываются при определении модельного номера системы. Подобно IFL, они

нужны только для снижения стоимости программного обеспечения.

• zIIP.

zIIP (System z9 Integrated Information Processor) представляет собой специали-

зированный процессор для обработки задач, связанных с базами данных. zIIP

служит для снижения стоимости программного обеспечения, предназначен-

ного для определенных задач на мэйнфрейме, например задач бизнес-анали-

тики (business intelligence, BI), управления ресурсами предприятия (enterprise

resource planning, ERP) и управления связями с клиентами (customer relation-

ship management, CRM). zIIP усиливает использование мэйнфрейма в роли

концентратора данных предприятия, что помогает сделать прямой доступ

DB2 более экономичным и устранить необходимость в нескольких копиях

данных.

• Процессор внутреннего сопряжения (Integrated Coupling Facility, ICF).

Эти процессоры выполняют только лицензированный внутренний код. Они

невидимы для обычных операционных систем и приложений. Устройство со-

пряжения в действительности представляет собой разделяемую память боль-

шого объема, используемую несколькими системами для согласования работы.

ICF-процессоры должны назначаться логическим разделам, которые затем ис-

пользуются в качестве устройств сопряжения.

• Резервные процессоры.

Процессорные устройства без специализации используются в качестве резер-

вных. Когда системные контроллеры обнаруживают отказ CP или SAP, его

можно заменить резервным процессорным устройством. В большинстве слу-

чаев это можно сделать без прерывания работы системы, даже если приложе-

ние выполняется на отказавшем процессоре.

• Существуют различные формы технологии изменения производительности

по запросу (Capacity on Demand) и подобных технологий, в которых клиент

может включать дополнительные CP в определенные периоды (например, при

неожиданной пиковой нагрузке).

Помимо этих специализаций процессоров, существуют модели или версии мэйн-

фреймов, настроенные на меньшую скорость работы, чем потенциальная скорость

их центральных процессоров. Это часто называется kneecapping, хотя IBM предпочи-

тает термин ограничение мощности (capacity setting) или что-то подобное. Это до-

стигается путем использования микрокода, вставляющего нулевые циклы в поток

инструкций процессора. Цель, опять же, состоит в том, чтобы снизить стоимость

программного обеспечения путем приобретения минимальной модели или версии

48 Глава2

мэйнфрейма, соответствующей требованиям приложения. IFL, SAP, zAAP и ICF всегда

работают на полной скорости, так как эти процессоры не учитываются в формиро-

вании цен на программное обеспечение

25 Мультипроцессоры

Во всех приведенных выше обсуждениях и примерах предполагается, что система

(и возможно, логический раздел) содержит несколько процессоров (CP). Можно ку

пить современный мэйнфрейм с одним процессором (CP), но такие системы являют-

ся редкостью

. Термин «мультипроцессор» указывает на наличие нескольких процес-

соров (CP) и предполагает использование нескольких процессоров копией z/OS.

Все современные операционные системы, от

персональных компьютеров до мэйнфреймов, мо-

гут работать в мультипроцессорной среде. Однако

степень интеграции нескольких процессоров зна-

чительно варьируется. Например, отложенные

прерывания в системе (или в LPAR) могут быть

приняты любым процессором в системе (или в LPAR). Любой процессор может ини-

циировать и управлять операциями ввода-вывода через любой канал или устройство,

доступное для системы или LPAR. Каналами, устройствами ввода-вывода, прерывани-

ями и памятью владеет система (или LPAR), а не какой-либо отдельный процессор.

Такая мультипроцессорная интеграция кажется простой на первый взгляд, но яв-

ляется сложной в реализации. Кроме того, она важна для обеспечения максимальной

производительности; особенно важна способность любого процессора принимать

любое прерывание, посылаемое в систему (или в LPAR).

Каждый процессор в системе (или в LPAR) имеет небольшую личную область па-

мяти (8 Кб, начиная с реального адреса 0, и всегда отображаемую с виртуального ад-

реса 0), уникальную для этого процессора. Эта область называется областью хранения

префикса (Prefix Storage Area, PSA) и используется для обработки прерываний и оши-

бок. Процессор может осуществлять доступ к PSA другого процессора посредством

специального программирования, хотя это обычно применяется только в целях вос-

становления после ошибок. Процессор может прерывать другие процессоры, ис-

пользуя специальную инструкцию (SIGP, Signal Processor). Опять же, это обычно при-

меняется только для восстановления после ошибок.

26 Дисковые устройства

На современных мэйнфреймах часто используются дисковые приводы IBM 3390.

С абстрактной точки зрения, подключение выполняется просто, как показано

на рис. 2.7.

Это относится к программному обеспечению IBM, но может не распространяться на программное

обеспечение других изготовителей.

Все современные мейнфреймы IBM требуют наличия по меньшей мере одного SAP, так что система в

минимальной конфигурации имеет два процессора: один CP и один SAP. Однако при использовании

слова «процессор» в этой книге обычно имеется в виду CP-процессор, доступный для использования

приложениями. Если обсуждается процессор, отличный от CP, это всегда оговаривается особо.

МультипроцессорCPC–

мультипроцессор,который

можнофизическиразделить

длясозданиядвухопера-

ционныхпроцессорных

комплекса

 Аппаратныесистемымейнфреймаивысокаядоступность 49

Соответствующее устройство управления (3990) обычно имеет четыре канала,

подключенные к одному или нескольким процессорам (возможно, через коммута-

тор), и дисковое устройство 3390 обычно содержит восемь и более дисковых приво-

дов. Каждый дисковый привод имеет свойства, описанные выше. На рисунке пред-

ставлены устройства 3990 и 3390, что также представляет концепцию или архитекту-

ру современных устройств.

Дисковое устройство

IBM 3390

Устройство

управления

IBM 3990

каналы

Рис 27 ПервоначальнаяреализацияподключениядисковIBM3390

Аналогичным современным устройством является IBM 2105 Enterprise Storage

Server

, упрощенно представленный на рис. 2.8.

Общая связь (между кластерами)

HA HA HA HA HA HA HA HA HA HA HA HA HA HA HA HA

Процессорный комплекс

кластера

кеш NVS

Процессорный комплекс

кластера

кеш NVS

RAID-массив

Адаптеры устройств

Хост-адаптеры (2 канальных интерфейса на адаптер)

Рис 28 Современнаяреализация3390

Модуль 2105 представляет собой многофункциональное устройство, эмулирую-

щее большое количество устройств управления и дисковых приводов 3390. Оно мо-

жет иметь до 11 Тб дискового пространства, содержать до 32 канальных интерфейсов,

50 Глава2

16 Гб кеша и 284 Мб энергонезависимой памяти (используемой для управления оче-

редями записи). Хост-адаптеры представляют собой интерфейсы устройств управле-

ния и допускают подключение до 32 каналов (ESCON или FICON).

Физические дисковые приводы представляют собой обычные SCSI-подобные уст-

ройства (несмотря на использование последовательного интерфейса SSA для обеспе-

чения быстрого и избыточного доступа к дискам). Возможно использование множес-

тва различных внутренних организаций, однако к наиболее распространенным от-

носятся массивы RAID-5 с горячим резервированием. Практически каждый компо-

нент модуля имеет соответствующий резервный компонент. Внутренняя обработка

(для эмуляции устройств управления 3990 и дисков 3390) выполняется четырьмя вы-

сокопроизводительными процессорами RISC в двух процессорных комплексах; каж-

дый комплекс может управлять всей системой. Внутренние батареи защищают пере-

даваемые данные во время коротких перебоев питания. Для конфигурирования

и управления модулем используется отдельная консоль.

Модуль 2105 содержит многие функции, недоступные в реальных устройствах

3390, включая FlashCopy

, расширенное удаленное копирование (Extended Remote

Copy), одновременное копирование (Concurrent Copy), тома параллельного доступа

(Parallel Access Volumes), множественную подчиненность (Multiple Allegiance), огром-

ный кеш и т. д.

В простых дисковых приводах 3390 (с устройством управления) используется

технология, отличная от описанной для 2105. Однако с точки зрения основного ар-

хитектурного представления для программного обеспечения они одинаковы. Это

позволяет приложениям и системному программному обеспечению, написанному

для дисковых приводов 3390, использовать новую технологию без изменений

Новая технология, воспроизводящая дисковые приводы 3390, прошла несколько

этапов; последним этапом является модуль 2105. Процесс поддержки архитектурного

стандарта (в данном случае дискового привода 3390 с соответствующим устройством

управления) с более новой и отличающейся технологией при обеспечении програм-

мной совместимости является одним из свойств разработки для мэйнфреймов. Как

уже несколько раз говорилось, обеспечение совместимости приложений в течение

длительного периода технологических изменений является важным свойством мэй-

нфреймов.

27 Кластеризация

Кластеризация на мэйнфреймах применялась со времен появления S/360, хотя тер-

мин кластер редко используется в этой сфере. Технологии кластеризации могут

быть настолько простыми как конфигурация общего DASD, при которой для недопу-

щения нежелательного наложения данных требуется ручное управление или плани-

рование.

С годами были добавлены дополнительные технологии кластеризации. В следую-

щих абзацах обсуждается три уровня кластеризации: простой общий DASD, CTC-

Некоторые изменения в программном обеспечении необходимы для использования некоторых новых

функций, однако они реализованы в виде совместимых расширений на уровне операционной системы

и не влияют на приложения.

 Аппаратныесистемымейнфреймаивысокаядоступность 51

кольца и Parallel Sysplex. В настоящее время в большинстве инсталляций z/OS исполь-

зуется один или несколько из вышеперечисленных уровней; одиночные инсталляции

z/OS встречаются относительно редко.

В этой книге мы используем термин «образ». Система z/OS (с одним или несколь-

кими процессорами) является образом z/OS. Образ z/OS может существовать на сер-

вере S/390, или zSeries (с логическими разделами), или на логическом разделе, либо

он может выполняться под управлением z/VM (гипервизорной операционной систе-

мы, рассматриваемой в разделе 1.10, «z/OS и прочие операционные системы мэйнф-

реймов»). Система с шестью LPAR (каждый из которых представляет отдельную сис-

тему z/OS) имеет шесть образов z/OS. Мы используем термин «образ», чтобы показать,

что не имеет значения, где именно выполняется система z/OS (на базовой системе,

LPAR или в z/VM).

271 Простой общий DASD

Среда простого общего DASD представлена на рис. 2.9. На этом рисунке показаны обра-

зы z/OS, однако вместо них могут использоваться любые более ранние версии опера-

ционной системы. Может использоваться два логических раздела в одной системе или

две отдельные системы; с точки зрения функционирования нет никакой разницы.

zSeries (или LPAR)

z/OS

каналы

zSeries (или LPAR)

z/OS

каналы

устройство

управления

устройство

управления

Реальная система имеет

гораздо больше устройств

управления и устройств

ввода-вывода

Рис 29 ПростойобщийDASD

Возможности простой общей системы DASD ограничены. Операционные систе-

мы автоматически передают команды RESERVE и RELEASE в DASD перед изменением

оглавления тома (VTOC) или каталога (как обсуждается в главе 5, «Работа с наборами

данных», VTOC и каталоги являются структурами, содержащими метаданные для

DASD, указывающими, где находятся различные наборы данных). Команда RESERVE

ограничивает доступ к DASD только системой, передавшей команду, и это продолжа-