Эволюция z/OS

Серверы S/390 и zSeries могут функционировать под управлением различных операционных систем (ОС), каждая из которых располагает собственной средой для выполнения приложений и работы пользователей, а также имеет специфические особенности и области применения. На рис. 5.1 показаны четыре направления развития системного программного обеспечения, применяемого на мэйнфреймах IBM начиная с 60-х годов. Каждое направление представлено семейством операционных систем с единой концепцией построения и языковыми средствами, а также общими базовыми архитектурными компонентами, адаптируемыми к сменяющим друг друга аппаратным нововведениям. Внутри каждого семейства при переходе к новым версиям поддерживается принцип наследования "снизу-вверх". Это означает, что приложения, разработанные для старых моделей систем, могут выполняться и на более новых моделях. В то же время в системе появляются возможности и компоненты, раскрывающие преимущества новых аппаратных платформ.

Первое направление c начала 70-х годов базируется на технологии управления памятью MVS (Multiple Virtual Storage) и включает наиболее популярные и широко используемые сегодня операционные системы OS/390 и z/OS. Это направление позиционируется IBM как стратегическое, поскольку обеспечивает использование возможностей мэйнфреймов в полном объеме. Следует отметить, что операционная система ОС ЕС, известная специалистам по отечественной линейке компьютеров единой серии (ЕС ЭВМ), также может быть отнесена к данному семейству, поскольку в ее основе лежала архитектура MVS. Подробное описание технологии MVS, а также архитектуры и возможностей операционной системы z/OS будет представлено в п. 5.1.

Рис. 5.1. Эволюция операционных систем мэйнфреймов IBM

Второе направление представлено семейством операционных систем, построенных на основе концепции "виртуальных машин" VM (Virtual Machine). Данная технология позволяет "разбить" реальный компьютер на произвольное число виртуальных, каждый из которых использует свою часть ресурсов системы (процессорное время, оперативную память, периферийные устройства). Виртуальные машины могут работать параллельно под управлением различных ("гостевых") операционных систем и решать различные наборы задач. Современная версия операционной системы виртуальных машин z/VM будет представлена в п. 5.2.

В основе третьего направления лежит технология, получившая название VSE (Virtual Storage Extended). Начиная с первой версии, вышедшей под названием DOS (Disk Operating System) (читателям со стажем, быть может, известна аналогичная отечественная разработка ДОС ЕС), операционные системы данного семейства ориентированы на малые и средние по мощности конфигурации мэйнфреймов. Выпуск версии VSE для платформы zSeries не планируется.

Четвертое направление, родившееся совсем недавно (в 1999 г.), связано с поддержкой на платформах S/390 и zSeries популярной во всем мире операционной системы Linux. Данное решение позволяет перенести на серверы IBM существующие приложения и системы, работающие в среде Linux, что в совокупности с большой мощностью, надежностью и защищенностью мэйнфреймов обеспечивает существенное снижение затрат на эксплуатацию системы. Обзор возможностей и характеристика операционных систем Linux для S/390 и Linux для zSeries будет представлен в п. 5.2.

Выбор той или иной операционной системы определяется множеством требований, учитывающих характеристики производительности и безопасности, наличие необходимого набора сервисов, совместимость с имеющимися приложениями и т.п. В данной главе представлены необходимые сведения о возможностях и архитектурных особенностях операционных систем z/OS, z/VM и Linux, предлагаемых в настоящее время для установки на серверы zSeries. Операционные системы IBM, поддерживающие серверы z9хх в режимах 31 и 64-разрядной адресации, представлены в таблице 5.1.

Эволюция z/OS

z/OS представляет собой новейшую операционную систему, спроектированную и разработанную для серверов zSeries с учетом перехода на 64-разрядную архитектуру. Как представитель семейства MVS, z/OS унаследовала основные конструктивные элементы своей предшественницы OS/390, сохранив и развив ее базовые возможности. Поэтому рассмотрение архитектуры z/OS целесообразно начать с исторического обзора, раскрывающего особенности технологии MVS и основные этапы совершенствования ОС вместе с совершенствованием аппаратной платформы (рис. 5.1).

Однако в начале введем несколько важнейших понятий, которые помогут сориентироваться тем читателям, которые только начинают знакомиться с мэйнфреймами IBM.

Пакетное задание (batch job) - внешняя единица работы z/OS. Выглядит как текст, написанный на специальном языке управления заданиями JCL (Job Control Language), в котором указано, какие программы (загрузочные модули), в какой последовательности и с какими данными должны быть исполнены в рамках задания. Задания формируются и направляются в систему пользователями через терминальные устройства, консоли, ранее запущенные программы и т.п.

Адресное пространство (address space) - совокупность ячеек виртуальной памяти, выделяемой под размещение кода и данных принятой к выполнению программы. В z/OS включает также вспомогательные системные таблицы и код. Программа до начала выполнения должна либо размещаться в собственном адресном пространстве, либо получить место в "чужом".

Задача (task) - внутренняя единица работы z/OS. Любая программа может быть представлена программистом как совокупность задач - фрагментов кода, которые могут выполняться параллельно, получая кванты процессорного времени независимо от других задач. Если задание состоит из последовательности вызываемых на выполнение программ, то программа состоит из множества (как минимум - одной) параллельно выполняемых задач. Синонимом задачи в других операционных системах (Windows, UNIX) является термин "поток" (thread).

Набор данных (data set) - термин, означающий именованную совокупность связанных элементов данных, размещаемых во внешней памяти или иных устройствах. Для большинства читателей это не что иное, как файл.

Первые шаги

Прежде всего, следует отметить, что эволюция операционной системы z/OS связана в первую очередь с изменениями, которые касаются методов управления основной памятью. В период "младенчества", связанный с платформой S/360, операционные системы использовали технологию распределения памяти между параллельно выполняющимися программами на основе прямого "деления" физической памяти (OS/MFT и OS/MVT).

В начале 70-х годов, с появлением новой модели S/370, произошел переход на технологию виртуальной памяти. Концепция виртуальной памяти обеспечивает более эффективное использование основной памяти ЭВМ благодаря реализации следующих принципов:

• разрывное размещение программ в физической памяти блоками - страницами;
• размещение страниц программы частично в основной, а частично - во внешней памяти;
• обязательное присутствие страниц программы в основной памяти лишь в период ее активности (когда программа выполняется процессором);
• динамический обмен страницами между основной и внешней памятью;
• динамическое преобразование адресов.

Первой ласточкой, возвестившей в 1972 году эпоху виртуальной памяти, стала операционная система Virtual Storage 2 (OS/VS2), более известная сегодня как SVS (Single Virtual Storage). SVS обеспечивала поддержку единого виртуального адресного пространства размером 16 MB (при 24-разрядной адресации) для всех параллельно работающих программ. При этом реальный объем физической памяти мэйнфрейма в то время едва мог достигать 1-2 MB.

В 1974 году SVS уступила место операционной системе MVS (Multiple Virtual Storage), в которой были реализованы архитектурные принципы, на десятилетия определившие направление развития операционных систем и сохранившиеся с некоторыми изменениями в современных системах OS/390 и z/OS. Поэтому имеет смысл более подробно рассмотреть основные этапы развития технологии MVS [ 5.1 ] .