大型机基础2___川大计科

第二章主机技术四川大学IBM技术中心肖政灵系统综合体概述•系统综合体(Sysplex)：是一个使用了特定硬件和软件产品的z/OS系统集合，这些操作系统可以协同完成某项任务。•系统综合体和传统的巨型机系统之间最大的不同是：在系统综合体中，提高了升级潜力和可用性水平。系统综合体增加了处理单元数和协作的z/OS操作系统数，从而提高了处理任务的能力。系统综合体硬件结构•并行系统综合体：zSeries大型机的并行系统综合体使用具有创新性的多系统数据共享技术。它允许直接、并行地读／写系统配置中所有处理节点(或服务器)的共享数据而不牺牲系统性能并保证数据的完整性。•并行系统综合体通过接近线性可扩展性连接32个服务器，构建行业中最强大的商业计算集群系统，从而建立并行系统综合体并扩展zSeries服务器的能力。•并行系统综合体技术是一个使能技术，允许高可靠、冗余和健壮的zSeries技术实现几乎不间断的可用性，一个配置合理的并行系统综合体集群的设计目标是不出任何故障。并行系统综合体的优点•持续可用性•高性能•动态负载平衡•易用性•单一系统映像•非中断方式扩展•应用程序兼容性并行系统综合体的的持续可用性•在并行系统综合体集群中，可以建立一个零故障的并行处理环境。因为并行系统综合体中的所有系统都可以并行访问所有的临界应用和数据，某一个系统的损坏，不管是由于软件还是由于硬件造成的，都不会失去应用程序的可用性。•当一个系统发生故障后，在其余正常的系统节点上运行的对等实例接管恢复职责，恢复该故障实例占有的资源。换句话说，使用自动重启功能在正常系统上自动地重新启动故障子系统，恢复故障发生时正在处理的任务。当故障子系统的实例无法使用时，新的任务可以请求分配给集群节点上其它子系统的数据共享实例，以确保在故障发生到恢复期间应用程序的持续可用性。并行系统综合体的高性能•并行系统综合体环境可以近似线性地扩大—从2个系统扩大到32个系统,这个环境可以由支持并行系统综合体技术的任何服务器混合组成。这种系统聚合后的能力可以满足今天已知的任何业务处理要求并行系统综合体的动态负载平衡•对于终端用户和商业应用程序来说整个并行系统综合体集群可以看作一个单一逻辑资源。正如任务可以在单个SMP服务器的每个处理器之间动态分配一样，任务也可以在并行系统综合体集群中的任何可用节点之间分配,这避免了在集群中的个别节点之间分割数据或应用程序，或者在多个服务器之间复制数据库。•无论作业来自批处理，SNA，TCP/IP，DRDA还是WebSphereMQmessages，动态会话平衡都能提供高效的执行和灵活性，使进入系统的事务请求获得最佳处理以响应客户的要求,这个平衡过程对用户是透明的。并行系统综合体的易用性•并行系统综合体方案能满足大多数用户一天24小时一周7天的可用性需求，同时提供与此需求一致的简化系统管理的技术，意味着并行系统综合体方案在增强可用性的同时将简化系统管理的工作。•并行系统综合体在负载管理，故障恢复管理和自动重启管理上提供简单的操作管理。并行系统综合体的单一系统映像•尽管在并行系统综合体中可能存在多个服务器和z/OS系统映像以及不同技术混用，但是对系统操作员、终端用户和数据管理员等来说并行系统综合体中的系统集合是一个单一的实体。•单一系统映像确保从操作和定义两方面减少复杂性。不管系统中映像的数量和底层硬件的复杂性，并行系统综合体解决方案从以下几个方面提供单一系统映像：（1）数据访问，动态负载平衡并改善可用性（2）动态交易路由，动态负载平衡并改善可用性（3）终端用户接口，允许登录一个逻辑网络实体（4）操作接口，简化系统管理并行系统综合体的非中断升级•持续可用性是并行系统综合体的主要目标之一，因此必须能够非中断地进行系统升级如新的应用程序，软件或硬件改变等，同时这些更新的软硬件必须和当前的版本共存。•在支持兼容性方面，并行系统综合体中的软件和硬件构成部分允许两级共存，即第Ｎ级可以和第Ｎ＋１级共存。这意味着不能被早先版本兼容的IBM软件产品不能用于系统升级。并行系统综合体的应用程序兼容性•并行系统综合体的另一个设计目标是不需要改变现有的应用程序就可以使用这一技术。从应用程序设计者的角度来看，有三个重要的方面使得设计者决定在并行系统综合体中运行应用程序：（1）技术优势：如果某个应用程序在客户的事务处理中起着关键作用，可扩展性(具有非中断升级功能)、可用性和动态负载平衡都可供设计者使用以满足用户需求。（2）集成优势：由于很多应用程序在历史上是基于S/390和z/OS的，因此当在z/OS上运行新的应用程序时还有性能和维护方面的好处，特别是这些新的应用程序和现有的应用相连时。（3）基础设施优势：如果已经有一个并行系统综合体，那么不需要进行太多基础设施改进工作就可以整合一个新的应用。z/OS使用的物理存储大型主机中使用的物理内存有两类：•一类是大型主机处理器自身的物理存储，这种称为处理器存储器或实存，通常认为它是大型主机的内存，实存的访问与处理器是同步的；•第二类是大型主机外围的物理存储，包括直接访问的存储设备，譬如硬盘驱动器和磁带驱动器，这种存储称为辅助存储器，辅助存储器是异步访问方式。虚拟存储器的概念•z/OS使用两种类型的物理存储（实存和外存）来实现另外一种存储—虚拟存储器。在z/OS中，每个用户都访问虚拟存储器，而不是物理存储器。•虚拟存储意味着每个运行的程序可以认为它访问的是由体系结构地址模式定义的所有实存，唯一的限制是存储器地址的位个数。这种使用大量存储空间的能力是很重要的，因为程序可能很长和很复杂，同时程序的代码和所需数据都必需在实存中以便处理器访问。•虚拟存储器实际就是实存和辅助存储器的结合，z/OS使用系统表和位设置来关联辅助存储空间和实存空间，并监控对每个程序的认证和授权。•z/OS支持64位的地址，这允许一个程序寻址高达18,446,744,073,709,600,000字节（16EX）的存储空间。在实际中，大型主机一般会装配比这个少得多的实存。实存的大小取决于计算机的型号和系统配置。地址空间的概念•操作系统分配给用户或独立运行程序的虚拟地址范围称为地址空间，地址空间是一组相邻的虚拟存储空间，用来执行指令和存储数据。地址空间的虚拟地址范围从0开始，并可扩展到操作系统的体系结构允许的最高地址。•z/OS为每个用户提供独立的地址空间，并维护属于各个地址空间的程序和数据之间的差异。在每个地址空间中，用户可以使用任务控制块(简称TCBs)启动多个任务，TCBs支持用户的多道程序设计。帧页片•物理存储器被分成很多区域，每个区域大小相同并且拥有唯一的访问地址，在实存中，这些区域被称为帧；在辅助存储器中，被称为片。•类似的，操作系统可以把程序分成若干大小与帧和片相同的块，并给每个块分配唯一的地址。这种安排允许操作系统保持对这些分片的追踪。在z/OS系统中，程序片被称为页。•帧，页，片的大小是相同的，只是在不同存储空间中的名称不同。帧页片页面调度的概念•z/OS使用页表确定一个页是在实存中还是在辅助存储器中，并确定其在存储器中的位置。在查找程序的一个页时，z/OS通过查页表的方法来查找该页的虚拟地址，然后z/OS根据需要将该页调入到实存或者调出到辅助存储器中。在辅助存储器的片和实存的帧之间的这种页面的移动称为页面调度，页面调度是理解z/OS中虚拟存储使用的关键。•z/OS中的页面调度对于用户来说是透明的。在执行作业时，只有那些必需的应用页面被调入实存中。页面驻留在实存中直到不再需要，或者当没有空闲的实存空间，而又有其它的页面需要调入内存时。•z/OS选择替换页面的算法是近期最少使用算法，该算法认为在一段时间内没有使用的页面在将来的一段时间内也不会再使用，所以选择这个页面作为替换页面。页面交换的概念•页面交换是指在实存和辅助存储器之间进行一组页面的交换技术，它可以将整个地址空间写入实存或者从实存读出。•页面交换是z/OS进行系统负载平衡和维护一定的实存帧的方法之一。•在页面交换中，被换入的地址空间是活动的，在实存的帧中和辅助存储的片中都有页面。被换出的地址空间是不活动的，地址空间驻留在辅助存储器中，直到换入实存之后才能执行。虚拟存储地址的概念z/OS系统以不同大小的单元管理地址空间，如下：•页：被划分成4KB大小的虚拟存储单元的地址空间称为页面•段：被划分成1MB大小的单元的地址空间称为段。一个段是连续的跨越兆字节的虚拟地址块，它从1MB的边界处开始。譬如，一个2GB的地址空间，由2048个段组成•区域：被划分成2-8GB大小的单元的地址空间称为区域。一个区域由跨越2-8GB的连续虚拟地址块组成，它从2GB的边界开始。譬如，一个2TB地址空间由2048个区域组成。虚拟地址的格式虚拟地址被划分为四个主要的区域：0-32位称为区域索引（RX）33-43位称为段索引（SX）44-51位称为页索引（PX）52-63位称为字节索引（BX）虚拟存储的工作流程（1）地址就是一个所需的信息片的标识符，但不是信息片在实存中位置的说明。这允许地址空间（即一个程序可用的所有地址）超过可用的实存的大小。（2）所有的实存地址映射关系根据虚拟存储地址制定。（3）虚拟存储地址到实存地址的映射是通过硬件机制实现的，如下图所示，虚拟地址10254000可以多次使用，因为每个虚拟地址可以映射到实存中不同的地址。（4）当所请求的地址不在实存中时，产生硬件中断，操作系统完成相关的操作，将所需的指令和数据调入实存。虚拟存储的历史•1970年，IBM开发了System/370系统，这是第一个使用虚拟存储器和地址空间的体系结构。System/370定义的存储地址长度为24位，这意味着最大的访问地址为16，777，216字节（或224字节），24位寻址能力使得当时的操作系统MVS/370给每个用户分配一个16MB的地址空间。•1983年，随着370－XA系统体系结构的发布，IBM将体系结构的寻址能力扩展到31位。有了31位寻址能力后，操作系统（现在称为扩展的MVS体系结构或MVS/XA）的虚拟存储器的容量从16MB增加到了2GB字节。换句话说，MVS/XA为用户提供的地址空间是MVS/370提供的地址空间的128倍。•16MB地址成为两种体系结构的区分点，一般称为“线”。•这种新的体系结构不需要客户改变现有的应用程序。为了保留对现有程序的兼容性，MVS/XA支持运行在MVS/370上以24位地址寻址的程序，同时允许应用程序开发者编写基于31位寻址技术的新程序。•为了保持不同寻址模式之间的兼容性，MVS/XA不使用地址的最高位（第32位）寻址。而是用这个位指示寻址时所用的地址位数：第32位打开(置1)表示地址为31位，第32位关闭(置0)表示地址为24位。•2000年，随着zSeries大型主机的发布，IBM进一步将体系结构的寻址能力扩展到64位。•使用64位地址后，z/OS的地址空间的潜在大小扩大到需要用新的术语来描述；每个地址空间大小为16EXA字节（EB），称为一个64位地址空间；一个EXA字节比10亿GB要稍小些。新的地址空间有264个逻辑地址，是以前2GB地址空间的80亿倍。•在z/OS和zSeries大型主机上运行的程序可以使用24位、31位或64位寻址（如果需要的话还可以在三者之间进行转换），还可以混合使用64位操作数、32位操作数或其他位数操作数的指令。•为了保持兼容性，地址空间在2GB以下的存储区域的布局是相同的，提供了既能支持24位也可以支持32位寻址的环境,将2GB以下的虚拟存储区域和用户私有区域分隔开的区域称为“条”（bar）。64位地址空间的存储映射z/OS系统地址空间在系统中，z/OS和它的相关子系统都要有自己的地址空间，类型如下：（1）系统：z/OS的系统地址空间在主调度程序初始化后创建，这些地址空间为z/OS上创建的所有其他类型的地址空间实现某些功能。（2）子系统：z/OS要使用各种各样的子系统，如作业进入子系统。（3）TSO/E登录：为每个登录z/OS的用户创建TSO/E地址空间。（4）批