Исторические сведения

Для реализации указанных целей предлагается использовать четыре основных принципа.

1. Автоматическая конфигурация (Self-configuring)

Данный механизм включает автоматическое определение новых аппаратных ресурсов и их динамическое распределение средствами операционной системы. В процессе функционирования системы вследствие сбоев в работе оборудования, ошибок в программном обеспечении, уточнения внешних требований изменяются параметры и состояния аппаратных средств, что может стать причиной для автоматического перераспределения ресурсов системы. При этом сохраняется возможность конфигурации аппаратных ресурсов по требованию администраторов, обслуживающего персонала или программы, осуществляющей управление аппаратными ресурсами.

2. Автоматическое восстановление (Self-healing)

Механизм самовосстановления предназначен для обнаружения и локализации сбоев, возникающих в работе аппаратных и программных средств, а также для минимизации возможных последствий сбоев и отказов и сохранения работоспособности системы на необходимом уровне.

3. Автоматическая оптимизация (Self-optimizing)

Механизм оптимизации определяет текущую нагрузку на различные ресурсы системы и при необходимости включает механизм автоматической конфигурации ресурсов для достижения максимальной производительности и эффективности.

4. Самозащита (Self-protecting)

Данный механизм обеспечивает защиту системы от внутренних и внешних атак, угрожающих целостности и конфиденциальности приложений и данных.

Большинство современных серверов IBM eServer уже обладают признаками, соответствующими принципам построения самонастраивающихся систем:

Мэйнфреймы zSeries образуют одну из линеек серверов eServer.

Название zSeries, как и z/Architecture, включает сокращение от "zero down time", означающее нулевое время простоя, что отражает одно из главных качеств сервера - высочайшую надежность, позволяющую непрерывно поддерживать работу сервера на заданном уровне производительности по схеме 7 x 24 (т.е. 24 часа в сутки) x 365 (дней). Это достигается благодаря централизации вычислительной мощности в рамках одного сервера с развитой системой контроля и возможностью "горячей" замены отказавших элементов.

К другим важным характеристикам серверов zSeries можно отнести:

В 90-х годах прошлого века сложилось впечатление, что все задачи можно решить при помощи персональных компьютеров, объединенных в сеть. Однако, как мы можем убедиться сегодня, мэйнфреймы не сдают позиций. Персональные компьютеры расширили область применения вычислительной техники в бизнесе и в быту, однако ряд задач по-прежнему невозможно решить без мэйнфреймов. Мэйнфреймы используются в критически важных областях деятельности компаний, там, где требуется высокая производительность и надежность. Они нашли свое место в эпоху Internet. Сроки их службы исчисляются десятилетиями. Интерес к мэйнфреймам вновь растет.

Архитектура мэйнфреймов zSeries рассмотрена в главе 2. Глава 3 посвящена периферийным устройствам компании IBM для вычислительных систем, построенных на базе мэйнфреймов zSeries. В главе 4 описаны сетевые конфигурации и распределенные системы на платформе zSeries; рассмотрена кластерная технология Parallel Sysplex.

В деятельности компании IBM значительное место занимают и разработки в области программного обеспечения. Внимание к этой сфере деятельности - это следствие одного из основополагающих принципов компании IBM - стремления к наиболее полному и всестороннему удовлетворению потребностей пользователей. Луис Герстнер, генеральный директор IBM в период с 1993 по 2002 год, отмечал в [1.1], что конкурентное преимущество IBM - в способности компании интегрировать все составляющие информационной системы для покупателя. И далее: "Без операционной системы, системы управления базами данных, системы обработки транзакций, языков программирования S/360 была бы бесполезной".

Развитие и совершенствование операционных систем (ОС) для мэйнфреймов шло по нескольким направлениям. Первое направление ведет свою историю от операционной системы OS/360 и c начала 70-х годов базируется на технологии управления памятью MVS (Multiple Virtual Storage). Данное направление, позиционируемое IBM как стратегическое, включает наиболее популярные и широко используемые сегодня операционные системы OS/390, z/OS и z/OS.e.

Другие ветви эволюции операционных систем также не стали тупиковыми. Среди них семейство операционных систем, построенных на основе концепции "виртуальных машин". К этому семейству относится z/VM, которая дает возможность запускать на мэйнфрейме сотни образов различных ОС, включая z/OS. Для малых и средних по мощности конфигураций мэйнфреймов по-прежнему используется операционная система VSE, начавшая свою историю с первой версии, известной под названием DOS.

В 1999 году родилось новое направление, связанное с созданием ориентированных на мэйнфрейм версий популярной операционной системы Linux. Это неординарное решение дает возможность перенести на серверы IBM существующие приложения и системы, работающие в среде Linux, что в совокупности с z/VM и z/OS позволяет создавать гибкие, легко масштабируемые и в то же время мощные и защищенные информационные системы на базе мэйнфреймов. Операционные системы мэйнфреймов zSeries рассмотрены в главе 5.

Стратегия IBM в области разработки программных средств заключается в предоставлении пользователям масштабируемой, основанной на стандартах платформы промежуточного программного обеспечения, предназначенного для поддержки процессов создания, эксплуатации, интеграции приложений. Основные продукты IBM, относящиеся к программному обеспечению промежуточного слоя, рассмотрены в главе 6.

Седьмая глава книги посвящена краткому описанию примеров построения информационных систем на платформе zSeries.

Архитектура мэйнфреймов прошла в своем развитии несколько стадий, основные из них представлены в таблице 1.1.

Система 360 включала базовый набор следующих элементов: шестнадцать 32-разрядных регистров общего назначения (General Register - GR), используемых в качестве рабочих, индексных и базовых регистров, четыре 64-разрядных регистра для хранения чисел с плавающей запятой (Floating Point Register - FPR), 64-разрядное слово состояния программы (Program Status Word - PSW), 24-разрядный адрес основной памяти (ОП). В системе команд использовались двух-, трехадресные команды с различными способами адресации, наиболее сложный из которых требовал сложения трех компонентов - базы, индекса и смещения, причем база и индекс размещались в регистрах GR, а 12-разрядное смещение указывалось в команде.

В архитектуру Системы 370 были добавлены шестнадцать 32-разрядных управляющих регистров (Control Register - CR), а адресное пространство основной памяти расширено до 2²⁶. Система допускала работу в двух режимах, один из которых был полностью совместим с Системой 360. В дополнение к ранее использовавшемуся реальному режиму адресации основной памяти был введен виртуальный режим. При этом применялось сегментно-страничное представление памяти с емкостью сегментов от 64 Кбайт до 1 Mбайт, состоящих из страниц емкостью 2 Кбайт или 4 Кбайт. Размещение страниц в физической памяти фиксировалось в сегментных и страничных таблицах. При обращениях в основную память осуществлялось динамическое преобразование виртуального адреса (Dynamic Address Translation - DAT) в реальный адрес с использованием сегментных и страничных таблиц. Был введен номер адресного пространства (Address Space Number - ASN) и возможность работы одновременно с двумя адресными пространствами: главным (primary) и вторичным (secondary). Программы размещались в главном пространстве, а данные - в главном или во вторичном. Для перемещения данных между пространствами были добавлены специальные команды. Поскольку система допускает многопроцессорные конфигурации, для исключения конфликтов обращений разных процессоров в начальную область ОП была введена префиксация (prefixing) адреса, заключающаяся в преобразовании реального адреса в абсолютный (физический) адрес.

В Системе 370 с расширенной архитектурой (370-XA) разрядность адреса ОП была увеличена до 31 с сохранением совместимости с 24(26)-разрядными системами. Добавлены команды для установки способа адресации и переходов от одного способа адресации к другому. Введен второй уровень процессорной памяти - расширенная ОП, являющаяся программно доступной процессорной памятью. Обращение к расширенной ОП осуществляется постранично (4К), для чего введены дополнительные команды с адресацией страниц. Основное назначение расширенной ОП - буферизация страниц, перемещаемых между внутренней и внешней памятью в процессах, связанных с виртуализацией памяти.

Система 370 с архитектурой ESA (ESA/370) дополнена шестнадцатью 32-разрядными регистрами доступа (Access Register - AR). В дополнение к двум ранее введенным способам формирования адресных пространств Система 370 поддерживала два новых: базовое (home) адресное пространство и режим регистров доступа (Access Register Mode). Базовое адресное пространство использовалось управляющими программами операционной системы и прикладными программами для хранения команд и данных. В режиме регистров доступа программы размещались в главном адресном пространстве, а данные - в адресных пространствах, определяемых регистрами доступа. Каждый регистр доступа содержал ссылку на отдельное адресное пространство, а выбор регистра определялся базовым регистром команды. Помимо этого модели IBM 9370, продолжившие линейку ESA/370, были рассчитаны на работу в сетях IBM.

Система 390 с архитектурой ESA (ESA/390) поддерживала программную совместимость с предыдущими моделями и включала новые архитектурные решения, такие, как последовательные оптические интерфейсы ввода-вывода (Enterprise System CONection - ESCON и FIber CONnection - FICON ), криптографические средства, сетевые средства OSA для подключения серверов к сетям различных типов. Были разработаны многомашинные комплексы с использованием технологии параллельного сисплекса (Parallel Sysplex) на основе специализированных серверов, для их объединения (coupling facility).

Расширенная архитектура ESAME, или z/Architecture, основана на 64-разрядной адресации с сохранением совместимости с архитектурами на базе 24- и 31-разрядной адресации. Разрядность регистров GR, CR увеличена до 64, слово состояния PSW расширено до 128 разрядов, введены учетверенные слова-операнды. Состав системы команд расширен командами с 64-разрядным и смешанными способами адресации.

В таблице 1.2 приведены основные характеристики последних поколений серверов eServer.

Серверы S390 G5, G6 были построены на основе 32-разрядных микропроцессоров и непосредственно предшествовали появлению серверов zSeries 900, впервые реализовавших концепцию 64-разрядной z/Architecture. Серверы zSeries 800 были разработаны в дополнение к zSeries 900 и отличались более скромными характеристиками, такими, как уменьшенные число процессоров, объем памяти, количество каналов ввода-вывода и т.д., что позволило существенно снизить цену на эти системы. Модель zSeries 990 можно отнести к самым мощным серверам, ее максимальная производительность достигает 9000 Mips. Сервер масштабируется от 1 до 32 процессоров и может поддерживать до 30 логических разделов, в каждом из которых можно создавать большое число виртуальных серверов.