 |
Особенности мейнфреймов
|
|
|
|
Корпорация IBM одна из старейших компьютерных компаний в мире, один из лидеров в области компьютерных технологий. В прессе корпорацию часто называют «Голубой гигант», потому что мэйнфреймы IBM были окрашены в голубой цвет. Именно об этом детище компании и пойдёт речь.
Мейнфрейм (или S/390 - по названию популярной платформы) - универсальный, большой компьютер высокого уровня, предназначенный для решения задач, связанных с интенсивными вычислениями и обработкой больших объемов информации. Эта старейшая платформа была создана IBM около 40 лет назад. Изначально S/390 предназначалась для решения корпоративных задач, поэтому в данной системе были реализованы надежность, высокая производительность, большая степень преемственности новых моделей к предыдущим.
Большое внимание было уделено и информационной безопасности (ИБ). С этой точки зрения основными особенностями современных мэйнфреймов являются:
- Надежность. Мэйнфреймы могут изолировать и исправлять большинство аппаратных и программных ошибок. Среднее время наработки на отказ оценивается в 12-15 лет.
- Дублирование. Предусмотрена возможность установки резервных процессоров и микросхем памяти.
- Альтернативные пути доступа к периферийным устройствам. Горячая замена всех элементов вплоть до каналов, плат памяти и центральных процессоров.
- Механизмы обеспечения целостности данных. Ошибки не приводят к разрушению данных в памяти или данных, ожидающих ввода-вывода. Подсистемы хранения данных, построенные на основе RAID-массивов (когда два или более жёстких диска работают параллельно) и средств резервного копирования, способны эффективно защитить от потери данных.
- Масштабирование может быть вертикальным, горизонтальным и программным.
|
|
|
Вертикальное масштабирование обеспечивается линейкой процессоров с производительностью от 200 до 3000 MIPS (Million Instructions Per Second – миллионов команд в секунду) и наращиванием до 20 центральных процессоров в одном компьютере. При добавлении процессоров, производительность мейнфрейма растет практически линейно.
Горизонтальное масштабирование реализуется объединением ЭВМ в Parallel Sysplex – многомашинный кластер, выглядящий с точки зрения пользователя единым компьютером. В единый комплекс может быть объединено до 32 многопроцессорных машин. Такой кластер может обрабатывать единый поток данных, путем его распараллеливания.
При программном масштабировании на одном мэйнфрейме может быть сконфигурировано большое число различных серверов, изолированных друг от друга так, как будто они работают на отдельных выделенных компьютерах. При этом сервера могут быть разнесены на десятки километров (географически распределенный сисплекс). Причем все это управляется как единая система: для всех платформ IBM применяется единый продукт Tivoli, позволяющий легко администрировать и производить мониторинг как отдельного сервера, так и всей системы, а также совместно использовать аппаратные и программные ресурсы и данные.
Все перечисленные особенности мейнфреймов и предопределили их широкое использование на железнодорожном транспорте, где требуется высокая скорость обработки данных, возможность дальнейшего развития системы и, что особенно важно, информационная безопасность.
Архитектура IBM S/390
Чтобы понять основные особенности мейнфреймов, отличающих их от обычных компьютеров, рассмотрим упрощенную структурную схему архитектуры S/390, которая приведена на рисунке 2.8.1. Внутри процессорного модуля расположены процессоры, оперативная память и канальная подсистема. Последняя обеспечивает операции ввода/вывода и является главной отличительной чертой архитектуры мэйнфреймов, так как разгружает от этих операций внутренние шины данных. Канальная подсистема состоит из интерфейсных устройств (каналов) трёх типов – параллельного и двух последовательных: ESCON (Enterprise System CONnection – корпоративная система связи) и FICON (Fiber CONnection – оптические средства связи), обеспечивающих скорость передачи до 100 Мбайт/с. Каналы соединяются с периферийными устройствами напрямую или через неблокирующий коммутатор пересечений – ESCON или FICON Director. Он может иметь до 124 портов, обеспечивая между любыми двумя портами одновременно до 62 соединений. Один порт Director может быть подключен к ЭВМ, а остальные – к периферийным устройствам, что аналогично непосредственному подключению к каналу ЭВМ. Периферийное устройство может быть подключено к множеству каналов, в том числе от разных ЭВМ. ESCON каналы обеспечивают передачу данных на расстояние до 9 километров, FICON – до 100 км и более; при использовании аппаратных удлинителей эти цифры могут быть ещё большими.
|
|
|
Рисунок 2.8.1 – Упрощенная структурная схема мэйнфреймов с архитектурой S/390
PR/SM (Processor Resource/Systems Manager) обеспечивает логическое разделение ресурсов компьютера на несколько самостоятельных машин (LPAR - Logical Partitioning), обеспечивающих одновременное выполнение различных операционных систем на одной ЭВМ – от 4 до 20, в зависимости от модели (рисунок 2.8.2). В последних моделях процессоров IBM PR/SM дополнен Intelligent Resource Director (IRD), позволяющий динамически перераспределять мощности процессорного комплекса и канальной подсистемы между LPAR. Таким образом, обеспечивается максимальная загрузка каналов и практически исключается вероятность потери связи с абонентом по вине аппаратуры центральной части системы.
Рисунок 2.8.2 – Совместное использование ESCON – каналов
Канальная подсистема обеспечивает возможность «горячего подключения» кабелей. DRM (Dynamic reconfiguration management - управление динамическим переконфигурированием) позволяет вносить динамические изменения в конфигурацию ввода/вывода, избавляя от необходимости перезапуска системы, чтобы изменить «представление» процессора о конфигурации ввода/вывода. Эту возможность использует функция интерактивного определения конфигурации оборудования - HCD (Hardware Configuration Definition); она также может динамически обновлять определения конфигурации ввода/вывода в операционной системе.
|
|
|
В архитектуру S/390 введен специальный полнодуплексный адаптер OSA (Open Systems Adapter - адаптер открытых систем) для подключения ЭВМ к сети. Всего через OSA может быть подключено до 32 FDDI сетей (Fiber Digital Device Interface – сеть с цифровым оптоволоконным интерфейсом), 16 сетей TokenRing (локальная вычислительная сеть с передачей маркера) и 16 – Ethernet.
Еще одна особенность S/390 – схема защиты памяти подсистемы. Оперативная память имеет схемы с автоматической коррекцией одинарных ошибок и обнаружением кратных ошибок на уровне 4-х байтных слов. Для обеспечения целостности информации все страницы оперативной памяти защищены 7-битным ключом защиты памяти, так что любая программа для получения доступа к этой странице должна предъявить соответствующий ключ. Обычные прикладные программы также используют специальный ключ, а защита их друг от друга обеспечивается путем размещения их в различных адресных пространствах, имеющих свои таблицы страниц.
«n-пpoцeccopная» параллельна архитектура - Parallel Sysplex, о которой говорилось выше, позволяет наращивать мощность за счет параллелизма, создавать кластеры, реализующие концепцию централизованного управления распределенными системами. Все машины кластера могут разделять данные, рабочую нагрузку и системные ресурсы. Приложения передаются другому члену кластера при сбое или при запланированном выключении. Аппаратура кластера включает оборудование связывания – IBM-9674 Coupling Facility, предоставляющее общую память всем машинам кластера, IBM-9037 Sysplex Timer, – обеспечивающий синхронизацию отсчета времени на всех ЭВМ комплекса, и Coupling Link – высокоскоростные каналы связи ЭВМ.
|
|
|
