Термин «мэйнфрейм» в последние годы обычно ассоциируется с занимавшими огромные помещения вычислительными машинами 80-х годов, безвозвратно ушедшими в прошлое на многих российских предприятиях, внедривших для решения своих задач сети персональных компьютеров. Согласно одному из прогнозов Gartner Group, последний мэйнфрейм предполагалось выключить в 1993 году. Срок этот давно истек, но рынок мэйнфреймов остается стабильным и их продажи ежегодно растут.

Езусловно, решение многих задач автоматизации предприятий с помощью персональных компьютеров, RISC-серверов, архитектуры «клиент-сервер» и современных средств разработки приложений оказывается намного дешевле, чем использование мэйнфреймов. Однако, как показала практика, внедрение персональных компьютеров рентабельно далеко не во всех случаях, особенно если речь идет о крупных организациях, где на первый план выходят вопросы хранения больших объемов данных, их целостности, надежности обслуживающих их приложений. И в этих случаях применение мэйнфреймов может оказаться удачной альтернативой набору из персональных компьютеров и RISC-серверов.

Несмотря на нынешнюю популярность ПК и RISC-серверов, мэйнфреймы активно используются на многих предприятиях. Мало того, корпорация IBM, родоначальница данной категории средств вычислительной техники, не только продолжает их выпускать, но и разрабатывает новые модели. Причина приверженности IT-отделов крупных компаний к «большим» ЭВМ заключается в развитых возможностях защиты данных, в высоком быстродействии, в наличии средств резервного копирования и восстановления после сбоев, в поддержке виртуальных машин то есть во всем том, к чему производители перcональных компьютеров и серверов приблизились только сегодня.

Немного истории

ервые мэйнфреймы были выпущены корпорацией IBM в апреле 1964 года: именно тогда была разработана архитектурная концепция семейства System/360 (S/360). Это был самый дорогостоящий проект в истории вычислительной техники на его выполнение было затрачено более 5 млрд. долл. Данный проект был направлен на разработку всесторонне продуманного комплекса решений в области аппаратуры, программного обеспечения, технологии производства, организации распространения и технического обслуживания семейства компьютеров, различных по производительности и цене. System/360 стало первым большим семейством компьютеров, позволявшим использовать взаимозаменяемое программное обеспечение и периферийное оборудование. Вместо того чтобы приобретать новую систему по мере роста потребностей и увеличения бюджета, владельцы мэйнфреймов данной серии теперь могли просто наращивать вычислительные возможности по частям, добавляя или заменяя лишь необходимые аппаратные средства. В рамках System/360 предлагался выбор из 5 процессоров, 44 периферийных устройств и 19 комбинаций питания, быстродействия и памяти. Пользователь мог эксплуатировать те же самые магнитные ленты и дисковые накопители с процессорами, различающимися по производительности в 100 раз. Сейчас взаимозаменяемость компонентов и возможность наращивания мощности за счет добавления ресурсов кажется обычным делом, но до появления S/360 ничего подобного не было каждый компьютер был уникальным устройством и все они были несовместимы между собой. Именно поэтому серия System/360 считается одним из величайших технологических достижений ХХ века. Отметим, что выпуск этой серии оказал заметное влияние и на развитие отечественной вычислительной техники: IBM-совместимые мэйнфреймы успешно выпускались в нашей стране в 70-х и 80-х годах.

Для ЭВМ серии System/360 и последующей за ней System/370 сразу же появлялись наиболее передовые решения, приводящие к повышению производительности, такие как средства динамического преобразования адресов, способность устройства управления обнаруживать все операции, допускающие одновременное исполнение, многопроцессорность на основе общей оперативной памяти, межпроцессорная сигнализация, опережающий просмотр команд для динамического предсказания логических переходов, поддержка многозадачности, страничная организация памяти. Первый компилятор языка высокого уровня и первый экранный редактор также были созданы для ЭВМ именно этих серий.

Модельный ряд мэйнфреймов IBM постоянно совершенствовался: в 70-х годах появились модели, использовавшие большие интегральные схемы и полупроводниковую память, затем появились модели с векторной обработкой данных.

Компьютеры System/360/370 известны как универсальные. Они одновременно могли использоваться для научно-инженерных расчетов и обработки изображений, поддерживать базы данных терабайтных объемов, обслуживать локальные и глобальные сети. По сравнению с появившимися в 70-х годах микрокомпьютерами, эти машины были сравнительно объемными, но прогресс в технологии, приведший к появлению персональных ЭВМ, в еще большей степени повлиял на развитие «больших» машин. В конце 80-х начале 90-х годов IBM продолжила эволюционное развитие линии мэйнфреймов на основе новой архитектуры ESA (Enterprise System Architecture) данная серия мэйнфреймов получила название System/390. В 90-х годах число различных моделей стремительно росло, появились модели, использующие КМОП-технологию (КМОП комплементарный металл-оксидный полупроводник). В середине 90-х годов были выпущены модели, поддерживающие объединение мэйнфреймов в кластеры и резервирование процессоров. В 1998 году была анонсирована модель S/390 Integrated Server, отличающаяся относительно небольшими габаритами (112Ѕ89Ѕ52 см) и весом (100 кг).

Современные модели мэйнфреймов

овременные модели мэйнфреймов IBМ, являющиеся развитием линии S/390, носят название еServer zSeries. Эти серверы основаны на архитектуре z/Architecture, которая представляет собой расширение архитектуры ESA. Данная архитектура позволяет обеспечить полноценную поддержку 64-разрядной реальной и виртуальной памяти, поддерживает кластеризацию (до 640 процессоров) и виртуальные машины, позволяющие выполнять до сотни экземпляров других операционных систем (например, Linux), позволяет устранять проблемы, связанные с недостатком адресуемой памяти, и с помощью интеллектуального диспетчера ресурсов (Intelligent Resource Director, IRD) может автоматически направлять имеющиеся ресурсы на решение наиболее приоритетных задач.

Новейший сервер из этого семейства IBM zSeries 990 (z990) обладает расширенным набором функций для построения центров обработки данных, обработки транзакций и интеграции приложений.

Серверы семейства zSeries ориентированы на обеспечение высочайшего уровня доступности приложений. Они отличаются высокой надежностью и наделены средствами самонастройки и самовосстановления, обладают встроенными механизмами предотвращения неисправностей, высокой отказоустойчивостью. Технология наращивания вычислительных ресурсов по требованию (Capacity Upgrade on Demand), реализованная в серверах этой серии, позволяет без нарушения работы системы устанавливать дополнительные центральные процессоры, устройства внутреннего сопряжения, иное аппаратное обеспечение. Отметим, что средний срок наработки на отказ мэйнфреймов этой серии оценивается в 15 лет.

Поскольку безопасность данных становится важнейшим фактором современной IT-индустрии, мэйнфреймы семейства zSeries содержат встроенный аппаратный программируемый криптографический адаптер, позволяющий выполнять SSL-операции и операции шифрования с открытым ключом.

Программное обеспечение для мэйнфреймов

Операционные системы

Из операционных систем для данной платформы отметим z/OS, созданную для новой 64-разрядной архитектуры z/Architecture и являющуюся дальнейшим развитием ОС OS/390. В этой операционной системе наиболее полно использованы новые возможности указанной архитектуры.

Помимо этого IBM выпускает для данной платформы операционную систему z/VM, позволяющую решить задачу построения мультисистемных решений для операционных систем типа z/OS, OS/390, TPF, VSE/ESA, CMS, Linux для S/390 или Linux для zSeries с помощью создания виртуальных машин. Для монитора виртуальных машин и гостевых операционных систем поддерживается 64-разрядная адресация.

Одним из важных элементов стратегии IBM в области электронного бизнеса, охватывающей все выпускаемые корпорацией серверные платформы, является поддержка Linux. В декабре 1999 года в IBM завершились работы по переносу Linux в S/390. Диалект Linux for S/390 является самостоятельной операционной системой и не требует для своей работы наличия другой ОС.

Для этой аппаратной платформы имеется также ряд операционных систем других производителей.

Иное программное обеспечение

Средства управления системой, поддержки безопасности и инструменты резервного копирования серверов zSeries производятся как самой IBM, так и другими компаниями, например Computer Associates. СУБД для данной платформы производят IBM (DB2 Universal Database, IMS), Software AG (ADABAS), Oracle. Для данной платформы существует и J2EE-совместимый сервер приложений WebSphere Application Server for z/OS.

Для серверов zSeries разработаны офисные и издательские пакеты, средства графики, трехмерного моделирования, САПР, трансляторы с различных языков высокого уровня, включая FORTRAN, PL/1, COBOL, PASCAL, BASIC/VM, SmallTalk, средства разработки, пакеты математической статистики, ПО для научных исследований, средства автоматизации управления производством, средства автоматизации банковской деятельности. В целом список имеющегося программного обеспечения для данной платформы весьма внушителен.

***

Итак, вопреки неутешительным прогнозам Gartner Group, мэйнфреймы активно производятся, совершенствуются и используются, хотя вследствие дороговизны этих устройств их применение будет экономически эффективно для решения отнюдь не любой задачи.

В каких случаях действительно необходимы именно мэйнфреймы? Как правило, их использование рентабельно при высоких требованиях к производительности (от 100 млн. операций в секунду) и к защищенности от несанкционированного доступа и сбоев, при необходимости централизованного хранения и обработки больших объемов данных. И конечно, при наличии средств, достаточных для реализации указанных требований.

Материалы для статьи предоставлены компанией «ГЕТНЕТ» (

Слухи о смерти мэйнфреймов сильно преувеличены. Интерактивная система обслуживания клиентов банка Well Fargo целиком построена на них. American Express, Charles Schwab и Federal Express взаимодействуют со своими Internet-клиентами с помощью «железных гигантов», а 25 тыс. пользователей Lotus Notes в компании Chrysler обслуживаются именно мэйнфреймами.

Известный производитель грузовых транспортных средств компания Caterpillar использует мэйнфреймы для подготовки 4,5 млн. технических чертежей. Серверная платформа для системы резервирования авиабилетов SABRE (Semi-Automated Business Research Environment) построена опять-таки на мэйнфреймах и без проблем обрабатывает свыше 5 тыс. транзакций в секунду в пиковые часы, что составляет более миллиарда транзакций в неделю. Поэтому совсем не удивительно, что производители программного обеспечения для мэйнфреймов такие, как Oracle, Information Builders, Platinum, SAS и Software AG, продолжают разработку для MVS-совместимых систем. Несомненно, бизнес, связанный с мэйнфреймами, живет и процветает.

Основные отличия мэйнфреймов от ПК и серверов заключаются в следующем: мэйнфреймы обеспечивают высокий уровень надежности благодаря избыточности аппаратного обеспечения; операционные системы для мэйнфреймов оптимизированы для пакетного режима работы и обработки транзакций; программы для мэйнфреймов пишутся на хорошо известных языках третьего поколения Cobol и Fortran, а не четвертого типа SQL, C++ или Java.

Очевидно, что мэйнфреймам рано покидать арену, потому что только они в состоянии удовлетворить те высочайшие требования к надежности, безопасности и просто компьютерной мощности, которые предъявляет сегодня Internet.

Достойная старость

Актриса Бэт Дэвис однажды заметила: «Старость - занятие не для девочек». Это утверждение, смысл которого в том, что истинная элегантность присуща только зрелому возрасту, вполне применимо и к компьютерам. В основе современного электронного бизнеса лежит масштабируемая трехзвенная компьютерная архитектура. ПК, тонкие клиенты, мобильные персональные секретари и устройства доступа в Internet с HTML-браузерами образуют первый уровень этой архитектуры. Internet связывает этот уровень с серверами Unix и NT, которые поддерживают протокол НTTP и программное обеспечение сервера приложений, образующие второй уровень. Системы второго уровня соединяются с базами данных третьего уровня, где доминируют мэйнфреймы, поскольку именно на третьем уровне годами скапливались огромные массивы информации. На создание баз данных на мэйнфреймах потрачено столько сил и времени, что преобразование их в другой формат потребовало бы от компаний затрат, превышающих весь их капитал. Кроме того, эти базы данных решают задачи невиданной сложности: миллиард транзакций в неделю - обычное дело для таких систем. Так зачем же переходить от испытанной и превосходно работающей системы, к некоему решению, которое может оказаться менее надежным и эффективным?

Для быстрых, надежных и высокодоступных баз данных нужны машины соответствующего класса. Как показано в таблице 1, основным критериям сегодня удовлетворяют только мэйнфреймы: их надежность и доступность перевешивают достоинства современных технологий, в частности, Unix и Windows 2000. Значимость таких характеристик, как безопасность, надежность и целостность данных, все возрастает, и в этом отношении мэйнфреймы по-прежнему превосходят остальные платформы.

Таблица 1. Показатели надежности мэйнфреймов, миникомпьютеров и ПК

Тип	Платформа	Простои в расчете на один сервер в год	Готовность в процентах по отношению к уровню доступности 24 часа, 365 дней в году
Мэйнфрейм	IBM S/390 (сисплекс, технология взаимопересекающихся межсоединений, обеспечивающая создание кластера процессоров, который ведет себя как многопроцессорная система)	10 минут	99,998
	Compaq Tandem Nonstop	1,7 часа	99,98
	IBM AS/400	5,2 часа	99,94
	IBM S/390 (не сисплекс)	8,9 часа	99,90
Мини-	Digital VAX	18,9 часа	99,78
компьютер	Unix-машины (все варианты Unix)	23,6 часа	99,73
ПК	Windows NT	224,5 часа	97,44
Источник: K.Fizpattrik, «Platform Availability Data: Can You Spare a Minute?» GartnerAdvisory: Research and Advisory Services, Research Note, Decision Framework, 29 Oct. 1999

Возможно, трехзвенные архитектуры не идеальны, но они отвечают реалиям сегодняшнего компьютерного мира. И хотя слава первого поставщика машин для баз данных Internet принадлежит Sun Microsystems, нельзя отрицать того факта, что продажи мэйнфреймов по-прежнему огромны.

Явные признаки жизни

Беспристрастные цифры (рис. 1 - 3) свидетельствуют о том, что мэйнфреймы обречены на долголетие. Поставщики мэйнфреймов предпочитают оценивать уровень продаж миллионами команд в секунду, а не количеством проданных машин: учитывая масштабируемость этих систем, за единицу измерения разумнее взять MIPS. Между 1995 и 1997 годами выраженный в MIPS объем ежегодных поставок систем IBM S/390 вырос с 320 до 900 тысяч. На рис. 1

показана динамика цен на мэйнфреймы - эта кривая демонстрирует скорость совершенствования этих машин. Цены на мэйнфреймы падают на 32% в год, что вполне сравнимо со скоростью снижения цен на ПК. Судя по графику, в следующем году за то же количество MIPS можно будет заплатить на 32% меньше, чем в этом году, или купить на 32% MIPS больше за те же деньги. Заметим также, что по части масштабируемости мэйнфреймы опережают все остальные разновидности компьютеров, благодаря гигантской пропускной способности

Рис. 2. Прогнозируемый уровень поставок мэйнфреймов (в MIPS)

подсистемы ввода/вывода, огромной памяти и почти безграничному дисковому пространству. Итог всего сказанного следующий: в крупных корпорациях мэйнфрейм обеспечит экономичную работу с Internet. Представители IBM, например, утверждают, что один мэйнфрейм с 10 КМОП-процессорами способен обслуживать 10 тыс. пользователей Lotus Notes. О том, чтобы добиться такого же результата на своем сервере ПК, можно и не мечтать.

Подчеркну еще раз: мэйнфреймы - это мощный фундамент, на котором покоятся все Internet-технологии, включая Web. Компания Schwab.com добавила еще по два мэйнфрейма к тем шести, которые уже установлены в каждом из двух ее центров данных. Восемь резервных мэйнфреймов дублируют основные системы. По оценкам аналитиков Schwab, необходимость спокойно справляться с непредсказуемыми всплесками потребности в данных заставляет время от времени утраивать пиковую пропускную способность. Как говорят, время - деньги, а простои обходятся компаниям слишком дорого. Согласно исследованиям Standish Group, стоимость простоев колеблется от 1 тыс. долл. в минуту для обычной электронной почты, до 13 тыс. долл. в минуту для корпоративных приложений.

Возрождение

Разработчики программного обеспечения немедленно отреагировали на подъем в бизнесе, связанном с мэйнфреймами. Программа S/390 Partners корпорации IBM в 1995 году охватывала 100 поставщиков, а к 1997 году число ее участников перевалило за тысячу. В операционную систему OS/390 включены все стандартные API-интерфейсы Unix, а API для Windows разработчики из Microsoft могут приобрести у компании Bristol Technology (http://www.bristol.com/). Интерфейс Win/U от Bristol позволяет перекомпилировать NT-приложения для ОС MVS Open Edition, и, таким образом, получить версию для мэйнфрейма. Большого интереса к портированию другими способами не наблюдается - зачем опускаться до уровня Windows, если можно воспользоваться техническими и экономическими преимуществами системы MVS.

Представитель шестого поколения мэйнфреймов IBM, компьютер System 390, который был выпущен в июне 1999 года, являет собой хороший пример компьютерной мощности, доступной на современных мэйнфреймах. В системе шестого поколения может работать до 12 процессоров, что в совокупности обеспечивает 1600 MIPS на одной машине. Производительность System 390 на 50% выше, чем у модели пятого поколения, появившейся всего лишь на девять месяцев раньше. Как отмечает Джордж Уолш, директор по производству линии S/390, машина с производительностью 1600 MIPS потребляет меньше электроэнергии, чем обычный бытовой фен.

Как следует из рисунков, динамика цен на мэйнфреймы сравнима с аналогичным показателем для ПК и рабочих станций. Но возрождение популярности мэйнфреймов имеет более глубокую причину: это присущая им высочайшая пропускная способность. Может показаться, что 350 тыс. долл. за однопроцессорный мэйнфрейм шестого поколения - это слишком дорого, но надо иметь в виду, что в этой системе 32 Гбайта памяти, и ее можно увеличить до сотен терабайт. По сравнению с Unix- или NT-машинами мэйнфрейм имеет огромную пропускную способность, например, System 390 поддерживает 24 оптоволоконных канала, параллельный сисплекс, HiPerLinks (разработанная IBM технология межсоединения процессоров) и Gigabit Ethernet. Все вместе это составляет 256 каналов. Нужна периферия? Такая система ввода/вывода позволяет подсоединить до 16 тыс. внешних устройств. Как показано во врезке «Замечание о ПК-ферме», ПК могут оставить всякую надежду конкурировать с этим уникальными машинами по производительности и масштабируемости.

Мэйнфреймы не уступают в ценовой войне. Возьмем, к примеру, стойку Web-серверов Microsoft, которая состоит из тысячи 4-процессорных серверов с Pentium, что в MIPS эквивалентно примерно 20 мэйнфреймам. Предположим, каждая такая система стоит

10 тыс. долл., тогда Microsoft заплатит за свою конфигурацию 10 млн. долл. За эту сумму я могу купить от 10 до

20 мэйнфреймов, так что общие вложения сопоставимы.

Однако реальная проблема - сопровождение и надежность. Microsoft на самом деле придется платить больше, так как необходимо поддерживать сеть серверов в рабочем состоянии. Вот почему крупные корпорации, такие как Charles Schwab, возвращаются к мэйнфреймам - «железные монстры» обеспечивают огромные преимущества по стоимости владения и уровню доступности.

В 70-е, когда масштабы монополии IBM превышали мощь сегодняшней Microsoft, S/360 правили миром информационных технологий. Тогда данные хранились на мэйнфреймах, которые делали все. Сегодня мэйнфреймы по-прежнему хранят все данные и выполняют значительную часть работы. На смену туповатым зеленоэкранным терминалам пришли персоналки, но Internet опять вернул мэйнфреймам былую популярность. Чем больше изменений, тем больше постоянства.

Amdahl, Bull, Unisys и другие производители «железных гигантов» рассчитывают извлечь большую прибыль из наметившегося возврата к стилю 70-х. 25 лет назад мы говорили о коммерции, теперь рассуждаем об электронной коммерции, но требования к безопасности и надежности систем корпоративного уровня не изменились. Адекватны этим требованиям только аппаратное обеспечение и операционные системы мэйнфреймов. Правда, конкуренты IBM намереваются перенести на свои мэйнфреймы куда менее надежную Windows NT. Хватит ли у них ума не делать этого?

Об авторe

Тед Льюис (Ted Lewis) - профессор Аспирантской школы Военно-Морского Флота США, глава компании Technology Assessment Group. Тед - автор выпущенной издательством Computer Society Press книги «Microsoft Rising ... and Other Tales of Silicon Valley».

Замечание о ПК-ферме

Использовать несколько мэйнфреймов вместо нескольких тысяч ПК разумней во всех отношениях. Это будет дешевле, проще с точки зрения сопровождения и безопасней. Все недостатки решения на базе ПК демонстрируют стойки Web-серверов компании Microsoft.

Вся эта махина получает 190 миллионов запросов в день и ежедневно загружает 18 Гбайт данных в виде 324 тыс. файлов и 307 тыс. графических изображений. Около тысячи четырехпроцессорных систем на базе Pentium, каждая из которых имеет 512 Мбайт оперативной памяти, связаны друг с другом шестью локальными сетями с пропускной способностью 600 Мбит/с. Две линии ОС-12 на 1,2 Гбит/с обеспечивают связь с внешним миром. Можно представить себе размеры этого предприятия и сотни системных администраторов, которые мечутся, стараясь поддерживать в рабочем состоянии отдельные серверы. Нетрудно догадаться, как часто одна из машин выходит из строя.

При этом серверные стойки еженедельно обрабатывают меньше обращений к Web-страницам, чем небольшая группа мэйнфреймов, которая поддерживает систему резервирования SABRE. Вся совокупная оперативная память монстра от Microsoft уместится на одном мэйнфрейме, а пропускная способность шести локальных сетей Microsoft эквивалентна пропускной способности всего лишь трех мэйнфреймов. Если бы специалисты Microsoft вспомнили о мэйнфреймах, компания сэкономила бы большую сумму денег и получила более надежный, управляемый и масштабируемый Web-узел. Правда, с точки зрения маркетинга, использование мэйнфреймов может произвести плохое впечатление на потенциальных заказчиков Windows NT.

Олег Таковицкий

В сравнительно недолгой истории вычислительной техники мэйнфреймы обычно выступают как главные действующие лица. Действительно, эти компьютеры, иначе еще называемые большими ЭВМ, в эпоху 60-80-х гг. прошедшего столетия практически безраздельно господствовали на рынке информационных технологий. К началу 80-х деление компьютеров на большие, мини- и микромашины было простым и понятным. Оно определялось ценой, физическими размерами, производительностью, масштабом решаемых задач, используемым системным ПО (прежде всего операционной системой), а также архитектурой. Само понятие "мэйнфрейм" неразрывно связано с именем их первого производителя, корпорации IBM (http://www.ibm.com).

И все же мэйнфреймы - это нечто большее, чем просто мощные и дорогие машины. Она были и остаются основой обеспечения надежности, безопасности и целостности информационных систем. А главное - вот уже несколько десятилетий эти компьютеры служат форпостом централизации функций и данных, так и не павшим под натиском распределенных вычислений. В наши дни центробежные силы контроля и управления в архитектурных решениях начинают менять направление, превращаясь в центростремительные. Становится ясно, что без централизации ресурсов (иначе говоря, консолидации) решить многие серьезные бизнес-задачи практически невозможно.

В конце прошлого века с чьей-то легкой руки (говорят, это был один из топ-менеджеров Sun Microsystems) мэйнфреймы нарекли динозаврами. К тому же пресса и ведущие исследовательские агентства вольно или невольно способствовали созданию их негативного образа. Многие стали воспринимать мэйнфреймы как вчерашний день вычислительной техники, считая Unix- и ПК-серверы более современными и перспективными.

Вообще говоря, одной из причин резкого уменьшения интереса к мэйнфреймам в 80-х годах было бурное развитие PC и Unix-ориентированных машин, в которых благодаря применению новой технологии создания КМОП-микросхем удалось значительно уменьшить энергопотребление, а их размеры достигли размеров настольных станций. В то же время для установки мэйнфреймов требовались огромные площади, а использование устаревших полупроводниковых технологий влекло за собой необходимость водяного охлаждения. Так что, несмотря на их вычислительную мощь, из-за дороговизны и сложности обслуживания мэйнфреймы все меньше пользовались спросом на рынке вычислительных средств.

Главный же аргумент против мэйнфреймов состоял в том, что в них не соблюдается основной принцип открытых систем, а именно совместимость с другими платформами.

Отнесясь к критике конструктивно, руководство компании IBM, основного производителя аппаратного и программного обеспечения мэйнфреймов, выработало кардинально новую стратегию в отношении этой платформы с целью резко повысить производительность, снизить стоимость владения, а также добиться высокой надежности и доступности систем. Достижению этих планов способствовали важные перемены в технологической сфере: на смену биполярной технологии изготовления процессоров для мэйнфреймов пришла наконец технология КМОП. Переход на новую элементную базу позволил значительно снизить уровень энергопотребления мэйнфреймов и упростить требования к системе электропитания и охлаждения (водяное охлаждение было заменено воздушным). Мэйнфреймы на базе КМОП-микросхем быстро прибавляли в производительности и теряли в габаритах. Наиболее же кардинальным событием стал переход на 64-разрядную архитектуру z/Architecture. Современные мэйнфреймы перестали быть закрытой платформой: они способны поддерживать на одной машине сотни серверов с различными ОС, включая Linux.

Среди базовых отличий мэйнфреймов от обычных серверов, как правило, отмечают то, что мэйнфреймы поддерживают высокий уровень надежности благодаря избыточности аппаратного обеспечения, а операционные системы для них оптимизированы в основном для пакетного режима работы и обработки транзакций. Тем не менее в IBM полагают, что одной из важнейших причин признания рынком систем zSeries стала поддержка ими таких нетипичных для мэйнфреймов задач, как приложения для Linux и Web.

Мэйнфреймы высоко ценят за их устойчивость по отношению к таким проблемам, как отказ центрального процессора. Они оснащаются специальным ПО, а их подсистемы памяти и передачи данных отличаются от тех, что используются в большинстве серверов. Способность мэйнфреймов обрабатывать гигантское количество транзакций в секунду обеспечила им широкое применение при решении таких задач, как управление сетями сбыта или ведение банковских счетов.

Слухи о смерти мэйнфреймов сильно преувеличены. Общие объемы поставок серверов zSeries, измеренные в единицах вычислительной мощности MIPS (миллионы команд в секунду), выросли в I квартале этого года на 3% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года. На продажи мэйнфреймов пришлось 3 млрд долл. в общем обороте IBM за 2002 год, который составляет 81 млрд долл. Несмотря на пессимизм некоторых аналитиков, эти системы популярны и в XXI веке. Так, согласно одному из прогнозов Gartner Group, последний мэйнфрейм предполагалось выключить еще в 1993 году. Срок этого прогноза давно истек, а рынок мэйнфреймов остается стабильным.

Тут стоит напомнить, что, по одной из теорий, динозавры не вымерли, а превратились в птиц.

Мэйнфрейм IBM S/390.

Первые "ласточки"

В сердце информационной системы работают обычно компьютеры наивысшего уровня надежности и производительности, рассчитанные на то, чтобы выдерживать любые мыслимые уровни нагрузки, быть готовыми к различным сбоям и авариям. Это серия мощных, масштабируемых, удобных в управлении и надежных систем. Это больше, чем системы, - скорее, это решения, отвечающие требованиям корпоративных задач самого разного масштаба: от рабочих групп до крупных центров хранения данных.

Данные системы пригодны для решения практически любых задач - от научных и инженерных до деловых, требующих больших вычислительных мощностей. Они имеют хорошо сбалансированную многопроцессорную архитектуру, с возможностью загрузки нескольких независимых копий ОС. Масштабируемость архитектуры позволяет при увеличении количества процессоров и памяти получать расчетный, контролируемый прирост производительности. Большой объем оперативной памяти в таких системах создает новые, ранее недоступные возможности во многих прикладных областях - от ведения больших резидентных баз данных до сложных научных вычислений, в таких, например, областях, как исследование генома человека или морская нефтеразведка.

Когда в октябре 2000 г. в IBM приступили к ребрэндингу своих серверных систем, эти преобразования были представлены как реакция на растущие требования бизнеса в Интернете. Руководство корпорации объявило о своем намерении использовать на всех платформах открытые стандарты и продукты (TCP/IP, HTML, Java, XML, Apache) и желании поддерживать быстро приобретающую популярность ОС Linux. Именно тогда мэйнфреймы получили название eServer zSeries - оно указывает на нулевое (zero down time) время простоя этих систем.

Архитектура z/Architecture, на которой основаны системы zSeries, обеспечивает новый стандарт производительности и интеграции, выступающий как продолжение концепции сбалансированной системы в архитектуре S/390. Такие системы способны устранять узкие места, связанные с недостатком адресуемой памяти, предоставляя фактически неограниченные возможности 64-разрядной адресации и обеспечивая огромный запас для непредвиденных рабочих нагрузок и приложений растущего предприятия.

Процессоры для мэйнфреймов

Последние несколько лет IBM заимствовала у своих мэйнфреймов технологию для других семейств серверов. Теперь часто говорят, что этот процесс пошел вспять. Компания рассматривает проект существенной переработки архитектуры мэйнфреймов zSeries с тем, чтобы использовать в этих машинах те же процессоры Power и прочие технологии, что и в менее дорогих серверах pSeries и iSeries. Применяя одни и те же процессоры во всех семействах продуктов, IBM получает возможность существенно снизить стоимость и сократить время выхода мэйнфреймов на рынок, а также уменьшить расходы на их техническое обслуживание.

Однако для этого в новые процессоры должны быть внесены усовершенствования, приближающие их к процессорам мэйнфреймов. Например, процессор мэйнфрейма включает два процессорных ядра, которые одновременно выполняют одни и те же операции. Если результаты получаются разными, вычисление автоматически повторяется - возможно, несколько раз, и, если разница все равно сохраняется, задача передается другому процессору.

Переход на новые процессоры - задача не из легких, но у IBM уже есть подобный опыт. Компании удалось перевести семейство AS/400 на архитектуру Power, не потеряв своих заказчиков.

Кристаллы Blue Flame, объединенные в многокристальные процессорные модули, специально предназначены для высокоуровневых систем zSeries. 20% площади на Blue Flame отведено непосредственно для поддержки функций RAS (Reliability, Availability, Serviceability - надежность, готовность, обслуживаемость), чтобы наделить компьютерные системы возможностью без отключения реагировать на ошибки и выполнять техническое обслуживание. По словам представителей корпорации, наличие области RAS - одно из основных достоинств Blue Flame, дающее значительное преимущество перед альтернативными процессорами. Подобные аппаратные решения позволят IBM сосредоточиться не только на поиске ошибок в системах, но и на сборе информации, которая позволит защищаться от будущих сбоев.

Процессор Power.

Новым флагманом мэйнфреймов стала серия компьютеров IBM eServer zSeries 900, оптимизированная для задач электронного бизнеса. В ее состав входят 64-разрядные многопроцессорные системы с оперативной памятью 64 Гбайт и с пропускной способностью системы ввода-вывода и адаптеров сетевых каналов, составляющей 24 и 3 Гбайт/с соответственно. Производительность zSeries 900 превышает 2500 MIPS. Важнейший их компонент - 20-процессорный модуль MCM (Multi-Chip Module). Его 16 процессоров предназначены для исполнения прикладных задач в SMP-режиме, а остальные выполняют такие системные функции, как управление вводом-выводом, восстановление при возникновении ошибок, криптозащита.

Система zSeries 900.

Каждая система может работать автономно или в составе кластера Parallel Sysplex совместно с другими компьютерами zSeries и рядом систем IBM S/390. Кластер обеспечивает высокую масштабируемость и исключительный уровень готовности. До 32 систем zSeries 900 могут объединяться в кластеры на базе технологии Parallel Sysplex.

В 15 логических разделах zSeries 900 могут независимо друг от друга работать различные ОС (z/OS, z/VM и Linux for zSeries), обращаясь к общим системным ресурсам.

Полностью интегрированная с аппаратными средствами и микрокодами zSeries 900 64-разрядная z/OS с ядром MVS обеспечивает благодаря технологии Intelligent Resource Director (IRD) автоматическое распределение системных ресурсов между приложениями в соответствии с присвоенными им приоритетами. Вообще говоря, IRD семейства zSeries объединяет преимущества трех основных технологий: администратора нагрузки Workload Manager, логического создания разделов Logical Partitioning и параллельной кластеризации Parallel Sysplex.

Система способна динамически выделять процессорное время, каналы и взаимодействия канал - контроллер среди множества виртуальных серверов, чтобы обеспечить интеллектуальное обслуживание непредсказуемых нагрузок электронного бизнеса в соответствии с приоритетами бизнеса. Функция Sysplex Distributor операционной системы z/OS - еще одна возможность интеллектуальной балансировки TCP/IP-трафика через Parallel Sysplex. Поддержка динамической виртуальной IP-адресации (Dynamic Virtual Internet Protocol Addressing, VIPA) расширяет в TCP/IP-сети функции распределения рабочей нагрузки и готовности в Parallel Sysplex.

Технология Hyper Sockets позволяет формировать IP-соединения между логическими разделами и передавать информацию между ними с быстродействием оперативной памяти. Linux for zSeries поддерживает оригинальные приложения для этой ОС. При применении z/VM в одном логическом разделе можно исполнять сотни приложений, реализуя множество виртуальных серверов. Так, на одной системе можно параллельно запустить до 1000 виртуальных Linux-серверов, создав таким образом эффективную "сеть в одном корпусе".

Готовность

Системы семейства zSeries обеспечивают высокий уровень готовности приложений, необходимый в глобальной сетевой среде. Даже один сервер zSeries способен избегать сбоев и восстанавливаться после отказов, сокращая до минимума сбои бизнес-процесса.

Высокая надежность компонентов и особенности конструкции позволяют предотвращать отказы и обеспечивать устойчивость к сбоям, а также проводить горячее обслуживание и ремонт. Расширенное динамическое резервирование памяти (Enhanced Dynamic Memory Sparing), резервирование ESCON-портов, горячее обслуживание/модернизация Coupling Links, горячее обслуживание плат ввода-вывода (Concurrent Service for I/O Cards) и автоматическое переключение сервисных элементов (Auto-Switch over for Service Elements) - вот лишь некоторые встроенные функции, позволяющие сократить как плановые, так и внеплановые простои.

Для систем, где требуются более высокие уровни готовности, предназначены серверы zSeries с технологией кластеризации IBM Parallel Sysplex. Более быстрые подключения обеспечивают сбалансированную производительность мощного сервера zSeries 900 в Sysplex-кластере. ISC-связи обеспечивают скорости передачи до 2 Гбайт/с, а ICB-связи - до 1 Гбайт/с. При этом сохраняется обратная совместимость с аналогичными связями в системах S/390.

Еще один аспект готовности - это возможность непрерывного роста zSeries, обеспечиваемая функцией увеличения емкости системы хранения по требованию. Серверы zSeries 900 способны увеличивать объем системы хранения и создавать виртуальные серверы без перерыва в работе, а также устанавливать карты FICON, ESCON, OSA-Express ATM и Gigabit и Fast Ethernet и PCI-карты криптографического сопроцессора; кроме того, поддерживается инициация памяти без отключения системы.

Безопасность

Встроенные функции защиты архитектуры z/Architecture обеспечивают IBM лидирующие позиции по обеспечению безопасности электронного бизнеса. Криптографические КМОП-сопроцессоры соответствуют государственному информационному стандарту обработки информации США - FIPS 140-1 четвертого уровня (самому высокому уровню сертификации коммерческого средства безопасности, когда-либо присвоенному правительством США). Эти сопроцессоры конструктивно размещены в модуле с единым чипом. При этом каждый из них может обслуживаться независимо, что устраняет простои при ремонте криптографического кристалла.

Серверы zSeries 900 способны поддерживать до 16 PCICC-сопроцессоров, поставляемых по требованию, что позволяет им выполнять более двух тысяч SSL-операций в секунду. Благодаря комбинации двух типов сопроцессоров приложения могут использовать отраслевые криптографические стандарты DES, Triple DES и RSA для обеспечения масштабируемой безопасности и гибкости при быстром переходе на новые стандарты.

Самоуправляемость вычислительных систем

Компьютеры eServer zSeries спроектированы и построены с активным применением основных технологий из проекта eLiza, направленного на создание самоуправляемых систем. Цель проекта - создание интеллектуальной, самоуправляемой инфраструктуры ИТ, которая сведет к минимуму сложность управления ею.

Серверы серии IBM eServer предлагают широкий спектр новых решений, присущих самоуправляемым вычислительным системам и основанных на четырех основных принципах.

Автоматическая конфигурация (Self-configuring)

Важнейшие элементы системы автоматической конфигурации - это автоматическое определение новых аппаратных ресурсов и механизм динамического распределения ресурсов ОС. Аппаратные подсистемы и ресурсы могут автоматически изменять собственные параметры работы как на стадии загрузки системы, так и во время выполнения задач. Причинами для перераспределения ресурсов могут стать сбои в работе оборудования, ошибки во встроенном системном ПО или изменение текущих параметров оптимизации. Допускается также изменение конфигурации аппаратных ресурсов по требованию администраторов, обслуживающего персонала или программы, осуществляющей управление аппаратными ресурсами.

Автоматическое восстановление (Self-healing)

Механизм самовосстановления позволяет немедленно обнаружить и локализовать неполадки в работе оборудования или встроенного ПО, минимизируя возможные последствия сбоев, которые способны негативно повлиять на работу ОС и приложений.

Автоматическая оптимизация (Self-optimizing)

Встроенный механизм оптимизации определяет текущую нагрузку на различные аппаратные ресурсы и автоматически изменяет конфигурацию аппаратных ресурсов, добиваясь максимальной производительности.

Самозащита (Self-protecting)

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

Проект eLiza

Этот проект реализует концепцию автономных вычислений. Он служит фундаментом для создания информационных систем с уменьшенной сложностью и стоимостью эксплуатации, использования, администрирования. Цели проекта eLiza сформулированы как самооптимизация, самоконфигурирование, самовосстановление и самозащита. Считается, что проект eLiza позволяет преодолеть такие трудности на пути электронного бизнеса по требованию, как сложность управления и эффективность использования ресурсов. По данным экспертных фирм процент эффективного использования ресурсов для мэйнфреймов в среднем составляет 40%. Эта цифра может показаться невысокой, но для Unix-машин она составляет всего 10%, а для Windows-машин - 5%.

Мэйнфреймы первыми столкнулись с проблемой эффективного использования ресурсов, и серверы zSeries и z/OS находятся на переднем крае реализации проекта eLiza. Однако результаты его немедленно переносятся и на другие платформы IBM. Так, сегодня все четыре серверные платформы IBM обеспечивают логическое разделение - возможность представления одного мощного сервера в виде нескольких отдельных виртуальных компьютеров, возможно, с разными операционными средами и разными производительными и функциональными возможностями, но с единым центром управления. Задачи автономизации вычислений, стоящие перед проектом eLiza, сочетаются с задачами Grid-вычислений, поэтому эти инициативы развиваются согласованно.

Эволюция концепции самоуправляемых информационных систем привела к возникновению новой стратегической инициативы компании IBM - Autonomic Computing. Примечательно, что это произошло в тот момент, когда IBM объявила о намерении возглавить движение по созданию нового поколения решений для электронного бизнеса, объединив усилия различных поставщиков решений, сообщества приверженцев открытых стандартов и пользователей. Помимо интеллектуальных функций самозащиты и самовосстановления, разрабатываемых в рамках проекта eLiza, новая инициатива IBM призвана обеспечить динамическую адаптацию вычислительных систем к условиям деловой активности предприятия. Новое название отражает более универсальный и глубинный характер концепции. Идеи самоуправления, положенные в основу проекта eLiza и имеющие множество верных сторонников, получают дальнейшее развитие, открывая перспективу совершенствования бизнеса без нарушения отлаженных процессов и деловых механизмов.

Компоненты проекта eLiza.

Маленький "хищник"

В прошлом году корпорация IBM анонсировала IBM zSeries 800 (ранее известную под кодовым названием Raptor - "хищник"), новую недорогую систему начального уровня, которая сумела радикально изменить ценовые характеристики рынка мэйнфреймов. Новая система выпускается в нескольких вариантах: восемь моделей общего назначения и единственный в своем роде мэйнфрейм под полным управлением Linux. Отличаются они прежде всего числом процессоров (от одного до четырех) и объемом оперативной памяти (от 8 до 32 Гбайт).

С выпуском zSeries 800 корпорация IBM смогла предложить надежность и производительность технологии zSeries заказчикам, которым мэйнфреймы раньше были не по средствам. Кроме того, IBM впервые реализовала современную технологию кластеризации Parallel Sysplex на мэйнфреймах начального уровня. Напомним, что данная технология обеспечивает практически нулевое время простоя, высокую доступность приложений и надежность бизнеса за счет объединения нескольких мэйнфреймов в сетевой кластер.

Заказчики, использующие мэйнфреймы, все чаще добавляют новые Web-приложения в существующие инфраструктуры для экономии энергии, пространства и расходов на управление. Система zSeries 800 предназначена для бизнес-партнеров IBM, которым требуются варианты объединения серверов для заказчиков со средним уровнем финансовых возможностей. Новая система позволяет отказаться от дорогостоящих и недозагруженных серверных пулов, составленных из Web-серверов, файловых серверов, серверов печати и электронной почты, за счет переноса всей нагрузки на один мэйнфрейм, и таким образом упростить администрирование и снизить затраты. Благодаря технологии виртуальных машин IBM z/VM система zSeries 800 может объединить от 20 до нескольких сотен серверов Sun или Intel на одной физической платформе.

В последние несколько лет ОС Linux завоевала устойчивые позиции в таких областях, как электронная коммерция, Web-сервис, почтовые службы, разработка и тестирование приложений и многое другое. Одно из главных преимуществ Linux - способность легко адаптироваться к множеству аппаратных платформ и работать с разнообразными программами в распределенных вычислительных средах. Таким образом, пользователям и разработчикам, имеющим дело с Linux, не обязательно изучать различные ОС. Linux предоставляет полную открытость и аппаратную независимость. По этим причинам она широко предлагается как надежная, базирующаяся на открытых стандартах, экономичная альтернатива другим ОС, таким, как Unix и Windows. Но Linux обычно работает на нескольких отдельных серверах, что не всегда обеспечивает нужные для центров обработки данных производительность, гибкость, функциональность, интеграцию и управляемость. Более того, аппаратная независимость Linux может в ряде случаев обернуться повышением стоимости технической поддержки.

Современная технология zSeries 800 предоставляет экономичную и гибкую среду для разработки, тестирования и эксплуатации приложений, переноса приложений с 32-разрядной на 64-разрядную платформу и новых рабочих нагрузок электронного бизнеса.

В системе zSeries 800 нашли применение технологии самовосстановления и самоуправления, реализованные в компьютерах IBM, включая резервные мощности, кластеры Parallel Sysplex, одновременный ввод-вывод и автоматическое обращение в IBM при обнаружении неисправности системы. Одновременно IBM анонсировала специальную версию 64-разрядной ОС z/OS.e, которая предназначается для исполнения приложений электронного бизнеса, в том числе сервера приложений WebSphere, баз данных DB2 и приложений MQSeries.

Университет штата Флорида (США) для проведения исследований в области сетевых вычислений приобрел в этом году мэйнфрейм zSeries 800, который оказался тысячной по счету системой Raptor, проданной IBM с марта 2002 г.

"Тиранозавр" на компьютерном рынке

В мае IBM представила свою самую мощную на сегодня систему масштаба предприятия - последнюю модель семейства zSeries. Новый мэйнфрейм официально называется IBM eServer zSeries 990, а его кодовое название - T-Rex, "Тиранозавр" (Tyrannosaurus Rex). Ну что ж, в юморе руководителям корпорации IBM не откажешь.

Подобные системы предназначены для компаний финансового сектора и других отраслей, где требуется максимальная отказоустойчивость, защита информации и хорошие вычислительные возможности. Стоимость нового IBM eServer zSeries 990 начинается с 1 млн долл. Новая система - результат четырех лет работы 1,2 тыс. разработчиков IBM. Инвестиции в разработку "Тиранозавра", по словам представителей IBM, составили около 1 млрд долл. Однако система стоит того.

"Тиранозавр" - zSeries 990.

zSeries 990 считается самым мощным и масштабируемым мэйнфреймом IBM за всю их 40-летнюю историю. Этот сервер обладает вдвое большими возможностями виртуализации и способностью выполнять примерно втрое больше работы, чем zSeries 900. Новый дизайн позволяет заказчикам наращивать мощность без отключения системы, а значительно упрощенная структура продукта уменьшает количество моделей мэйнфреймов с 42 до 4.

Система устанавливает новый стандарт корпоративных вычислительных систем в следующих областях.

Виртуализация. Архитектура zSeries 990 может поддерживать сотни или даже тысячи виртуальных Linux-серверов в едином корпусе. Это примерно эквивалентно целому вычислительному центру, размещенному в одном сервере размером с холодильник.

Автоматизация. zSeries 990 обладает технологией IRD, которая динамически распределяет системные ресурсы тем рабочим задачам, которые в них нуждаются, в соответствии с приоритетами и целями, установленными пользователем.

Масштабируемость. zSeries 990 предлагает широкие возможности как вертикального, так и горизонтального масштабирования. Она может масштабироваться до уровня, позволяющего обрабатывать 450 млн транзакций электронного бизнеса в день или управлять сотнями виртуальных Linux-серверов. Кластерная система zSeries 990 может справляться с 13 млрд транзакций в день, что превосходит средний еженедельный объем Нью-Йоркской фондовой биржи. Кроме того, в zSeries 990 есть возможность подключения и отключения дополнительных вычислительных мощностей, что позволяет заказчикам временно активизировать серверные процессоры в периоды пиковой нагрузки.

Безопасность. Мэйнфрейм IBM делает вторжение в систему практически невозможным, что превращает его в один из наиболее безопасных серверов на рынке. Система zSeries 990 с 16 процессорами может безопасно обрабатывать до 11 тыс. транзакций в секунду.

Надежность. Надежность мэйнфрейма измеряется не днями или неделями, а десятилетиями, причем уровень доступности кластерной системы zSeries достигает 99,999%, или менее 5 мин простоя в год.

Компаниям, которым лишь иногда нужны столь мощные вычислительные ресурсы, совсем не обязательно покупать целую машину. Новый мэйнфрейм будет служить основой для многоплатформенных центров, позволяющих заказчикам любого масштаба по-новому получать вычислительные мощности по требованию. IBM Global Services будет предлагать возможности использования мэйнфреймов по технологии Utility Management Infrastructure (UMI) - при этом заказчикам предоставляется полностью интегрированная инфраструктура, в которую входят процессоры, устройства хранения данных, сетевые средства и промежуточное ПО мэйнфрейма.

Впервые с помощью технологии On/Off Capacity on Demand (подключение и отключение вычислительных мощностей по требованию) пользователи мэйнфрейма могут при необходимости в течение нескольких секунд активизировать дополнительные мощности и отключать их, когда необходимость в них отпадает. Это обеспечивает высокую гибкость, помогает реагировать на ежедневные или сезонные всплески активности.

Скорость 32-процессорной системы zSeries 990 составляет 9000 MIPS. Эта модель содержит в два раза больше процессоров, и производительность ее втрое превышает показатели zSeries 900, так что заказчики могут масштабировать сервер от одного до 32 процессоров без отключения системы.

На zSeries 990 поддерживаются до 30 логических разделов (LPAR), что вдвое превышает возможности zSeries 900. С помощью версии z/VM 4.4 можно быстро создавать и эффективно управлять сотнями виртуальных Linux-серверов в одном физическом корпусе. Расширенные технологии виртуализации IBM делают zSeries 990 хорошей платформой для консолидации, когда необходимо сократить стоимость групп серверов и затраты на их управление.

Побивая свой собственный рекорд безопасности, новая 16-процессорная система zSeries 990 может обрабатывать11 тыс. транзакций в секунду, проводимых по протоколу Secure Sockets Layer (SSL) (это на 57% выше по сравнению с 16-процессорной системой zSeries 900). Квитирование установления связи по протоколу SSL (то, что вызывает появление в нижней панели браузеров пиктограммы запертого замка) очень важно для транзакций электронного бизнеса и позволяет компаниям более безопасно обрабатывать заказы в оперативном режиме. Возможность обработки большего количества транзакций SSL означает, что организации могут обслуживать больше заказчиков и за меньшее время добиваться большего объема продаж.

Для тех заказчиков, которым нужна большая способность к подключению для новых задач электронного бизнеса, которые выполняются на мэйнфрейме, новая система zSeries 990 предоставляет до 512 каналов ввода-вывода, что вдвое превышает возможности ее предшественника. Кроме того, теперь доступно до 16 HiperSocket, которые обеспечивают высокоскоростное соединение по протоколу TCP/IP между виртуальными серверами в пределах одной системы zSeries 990, что вчетверо превышает возможности zSeries 900. IBM также представила новую технологию под названием "логическая канальная подсистема", которая облегчит заказчикам консолидацию нескольких мэйнфреймов в единую систему zSeries 990.

Кроме того, zSeries 990 обладает вчетверо большим объемом памяти по сравнению с zSeries 900 - 256 Гбайт против 64 Гбайт.

Сердце zSeries 990 - многокристальный модуль MCM. Заново спроектированный модуль размером 3,7x3,7x0,75 дюйм, который умещается на ладони, содержит 16 кристаллов, смонтированных на 101 уровне керамического стекла и соединенных с более чем 5000 выводов посредством 500 м проводников. Новый MCM на 50% меньше и обеспечивает системе zSeries 990 почти втрое большую процессорную мощность по сравнению с zSeries 900 при одинаковой компактности. Модуль использует технологии медных межсоединений и "кремний на изоляторе". Он содержит свыше 3,2 млрд транзисторов. Эта технология предоставляет значительные преимущества в производительности, потреблении энергии и надежности. Кроме того, новая конструкция суперскалярного микропроцессора в zSeries 990 помогает достичь до 60% прироста быстродействия для Linux, приложений электронного бизнеса и традиционных задач.

Функции On/Off Capacity on Demand будут доступны в zSeries 990 в сентябре этого года. Криптография с безопасными ключами, поддержка 30 логических разделов и использование 512 каналов ввода-вывода в z/OS будут доступны в октябре.

История и перспективы современных больших вычислительных машин (Mainframes )

(Часть 1)

В этой статье мы ответим на вопросы:

· Что такое мэйнфрейм сейчас?

· Где мэйнфреймы будут применяться?

· Какие специалисты их будут обслуживать?

· Где будут готовить этих специалистов?

Что такое мейнфрейм сейчас?

Для того чтобы понять, что из себя представляют большие вычислительные машины (Mainframes ), стоит вспомнить историю развития вычислительной техники. Благо, она, эта история, пока коротка – меньше века.

Большие вычислительные машины (Mainframes ) – это, собственно, те электронные вычислительные машины (ЭВМ), с которых начинается история вычислительной техники. Архитектура ЭВМ и принципы управления, разработанные в середине прошлого века отцами кибернетики Винером и Фон-Нейманом , предполагали использование ЭВМ для решения больших по значению и по объему вычислений задач, причем, задач, которые должны обрабатываться одной машиной одновременно. Была разработана специальная теория массового обслуживания, в которой математически точно описывается состояние очередей и управление ими.

Появление в 1980-х годах персональных вычислительных машин, персональных компьютеров (ПК) заставило разработчиков «забыть» на время некоторые важные принципы управления ЭВМ, в частности, потеряла актуальность и теория массового обслуживания. А в 90-х нередко встречались статьи, обосновывающие ненужность больших машин. Многим казалось, что мощная персональная машина, да к тому же двухпроцессорная, в состоянии решить любую задачу. Встречались даже так сформулированные мысли: любую задачу, которую может поставить человек, в состоянии решить мощный персональный компьютер. Немногочисленные оппоненты пытались говорить о многопользовательских задачах – им предлагалось использовать сетевые решения – соединенные между собой различными способами персональные компьютеры. Централизованное управление сетью обеспечивается сервером – более мощной машиной со специализированным программным обеспечением, решающей задачи обслуживания многих пользователей одновременно.

Появление в начале 20-го века сетевых технологий, сетей самых разных конфигураций, вплоть до кластерных соединений (соединений серверов), имеющих централизованный и децентрализованный принципы управления, казалось бы, решили все вычислительные проблемы. Был даже временной промежуток в истории известной всем фирмы IBM (не даром же персональные компьютеры большей частью IBM -совместимые), когда она не продала ни одной большой ЭВМ за целый год. Мэйнфреймы в это время называли «динозаврами» и многие пророчили им «вымирание».

Недаром философы твердят нам о спирале-подобной форме развития чего бы то ни было . История развития вычислительных машин, совершив виток этой спирали, находится сейчас в начале нового витка, когда опять на первый план выходят большие вычислительные машины. Дальнейшее развитие архитектуры и технологии серверов приблизилось вплотную к основополагающим принципам построения больших ЭВМ.

Фирма IBM никогда не сдавала своих позиций, уверенно отстаивая мысль о том, что большие машины имели, имеют, и будут иметь свою нишу, свою область применения. Причем, эта ниша в дальнейшем будет становиться все больше и больше. Уже сейчас 60% информации, используемой в Интернете, хранится в базах данных больших вычислительных машин. Более 500 крупнейших мировых корпораций имеют вычислительные комплексы, оснащенные мэйнфреймами . Везде, где высоки требования к быстродействию, надежности, безопасности, используются именно они. Такие предприятия, как банки, страховые компании, транспортные корпорации, активно используют сейчас технологии электронной коммерции (электронный обмен информацией, электронные транзакции и др.), обслуживание пользователей с использованием современных информационных технологий.

Секрет выживания «динозавра» в том, что фирма IBM последовательно и методично работала над своим продуктом, учитывала все современные достижения науки, регулярно модернизировала продукт. Примерно один раз в 10 лет происходили существенные изменения в мэйнфрейме , при этом его вычислительная мощь и другие отличительные характеристики не ухудшались, а лишь улучшались.

Рисунок 1. История развития больших ЭВМ (слайд взят с сайта IBM )

Если очень схематично описать историю модернизации мэйнфреймов , то она будет выглядеть так, как это показано на рис.1. Временная ось с отметками десятилетий, над временной осью строка с названиями архитектуры большой машины, то есть, аппаратное обеспечение или hardware (HW ). Нижние две строки соответственно характеризуют два слоя программного обеспечения или software (SW ): нижний слой - операционные системы, управляющие аппаратной частью машины, и промежуточный слой (middleware ), на рисунке он расположен в самом низу, программное обеспечение для обслуживания бизнес-приложений.

Итак, приведем краткую характеристику каждого десятилетия в соответствии с рисунком 1:

· 1964 год. Архитектура машины – S /360, управляется операционными системами MVT , PCP , MFT , промежуточный слой (middleware ) представлен подсистемой управления обработкой заданий CICS (Costumer Interface Control System ), с помощью которой пользователь может сам управлять выполнением своих транзакций в безопасной/защищенной среде.

· 70-е годы. Архитектура машины – S /370, управляется операционной системой MVS . Разработана операционная система с виртуальной памятью MVS , управление памятью осуществляется с помощью специальных таблиц??? VTAM (Virtual Tables Addressing Memory ). Промежуточный слой (middleware ) представлен подсистемой VM (Virtual Machine ) «Виртуальная машина»

· В 80-е годы осуществлен аккуратный переход на 31-битную адресацию памяти при сохранении старой системы адресации (24-х битной) в рамках новой. Именно недостающий до 32-х бит служит для индикации того, какая адресация используется: 24-х или 31-битная (архитектура машины – S /370 XA ).

· Середина 80-х отмечена появлением новой операционной системы ESA /390 и специального программного обеспечения промежуточного слоя – реляционной базы данных DB 2.

· Середина 90-х – Архитектура машины – ESA /390 - абсолютно революционный прорыв в области новых технологий – перевод производства аппаратной части на технологию использования полупроводниковых биполярных транзисторов (CMOS ), повлекший за собой резкое уменьшение размеров микросхем и машины в целом, ощутимое снижение потребляемой энергии при одновременном резком увеличении размеров памяти и скорости вычислений. В этот же период появилась технология Parallel Sysplex , как особый вид организации связей между различными машинами с целью создания более мощных вычислительных комплексов, была оптимизирована организация операций ввода-вывода информации и, которую можно охарактеризовать.

· 2000 – 2005 – Появление новой z -Архитектуры, с 64-х разрядной адресаций памяти. Промежуточный слой представлен мощнейшей системой Web Sphere , которая позволяет предприятиям создавать представительство в мире Интернет, может работать, как внутренняя сеть предприятия, имеет неограниченные возможности наращивания в ту или иную сторону за счет присоединения вновь разрабатываемых приложений. Новая операционная система большой вычислительной машины предоставила возможность параллельного использования и других операционных систем, например, Linux . В настоящее время более тысячи Linux машин используют специальную операционную систему z / VM .

Специально разработан Z -процессор (произносится как Zed –процессор), который позволяет нам использовать Java . При этом, Z -процессор предоставляет вам использовать Java наиболее экономично .

Что следует особо отметить, Z -платформа много дешевле, чем предыдущие архитектуры мэйнфрейм .

мэйнфреймы мы встречаем не часто, гораздо чаще нам встречаются персональные компьютеры, серверы, UNIX – станции. Мэйнфреймы находятся в тени, но именно на них выполняются самые важные приложения.

Что такое мэйнфрейм ?

Сейчас мэйнфрейм

· это вычислительная система, доступная пока (из-за ее высокой стоимости) только крупной компании, предназначенная для хранения в ней коммерческих баз данных, серверов транзакций, приложений, требующих более высоких уровней безопасности и надежности, а также постоянства доступа;

· это вычислительная система, которая предоставляет большие возможности с точки зрения скорости вычислений и их объемов;

· это вычислительная система, которая используется для решения большого количества разнообразных задач, выполняет огромное количество различных типов транзакций и нагрузок.

Где мэйнфреймы будут применяться?

Остановимся на перечислении достоинств этой машины. Основные характеристики современной большой вычислительной машины, это надежность, доступность и обслуживаемость (RAS – reliability , availability , serviceability ). Например, в появившейся летом 2005 года новой архитектуре Z 9 отсутствует единая точка отказов. Каждый компонент машины с этой архитектурой может быть заменен новым без остановки рабочих нагрузок.

Централизованное управление – еще одна важная характеристика мэйнфрейм , это много дешевле, чем децентрализованное управление. Уникальная возможность мэйнфрейм - управление нагрузками.

Несомненным достоинством этих машин является и непрекращающаяся совместимость, что означает, что до сих пор в мэйнфреймах используются приложения, написанные в 70-е годы.

Какие виды работ выполняются на мэйнфреймах ?

Мэйнфреймы могут выполнять два вида работ, которые соответственно представляют собой обслуживание двух абсолютно различных типов рабочих нагрузок (см. рисунок 2):

· Пакетная обработка заданий (Batch job ), когда компьютер выполняет работу без участия человека. Можно провести аналогию с Batch -файлами на персональном компьютере (РС), но очень грубая аналогия. Используется в случае значительных объемов данных на входе.

· Обработка заданий в реальном времени (On - line ), например, транзакционные системы, такие как система приобретения железнодорожных билетов, система оплаты по кредитной карте и т.п.

Рисунок 2. Два типа рабочих нагрузок в мэйнфрейм (рисунок взят из материалов IBM )

Главное отличие этих видов работ - в объеме вводимых и выводимых данных. Если требуется соблюсти заведомо оговоренное самое высокое быстродействие, при этом обслужить значительное количество пользователей, стоит использовать мэйнфрейм , операционная система которой сможет координировать всю эту работу.

Рисунок 3. Пример использования мэйнфрейм для пакетных видов рабочих нагрузок

Пример осуществления работ по пакетной обработке заданий (Batch job ) приведен на рисунке 3. В центре рисунка показана большая вычислительная машина (мэйнфрейм ), которая в наши дни не выглядит такой уж большой. Ее физические размеры (100см х100см х50см) соизмеримы с размером старинного комода или «горки» для посуды. На выходе мэйнфрейм мы видим отчеты, которые отправляются в головной офис (Main office ) и в филиалы предприятия (Branch offices ), показано также, что балансовые счета и другие отчеты могут поступать непосредственно по месту жительства пользователя (Residence ). Как видно на рисунке, отдельное внимание уделено резервированию (Backup ), которое осуществляется в одном месте (например, в банковской структуре) в определенное время, например, в конце каждого рабочего дня, либо по завершению месяца, квартала, года и т.д. Главный признак пакетного вида нагрузок – большой объем вводимых данных.

Пример обработки заданий в реальном времени – общение с банком через банкомат - показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Пример использования мэйнфрейм для выполнения рабочих нагрузок в реальном времени

Самое важное в таком виде нагрузок – централизация и координация. Мэйнфрейм должен в автоматическом режиме управлять доступом пользователей к банковской информации, отслеживать порядок очередей на обработку заданий, выполнять своевременное обновление и резервное копирование хранимой информации, при этом четко разделяя роли (конечных пользователей, аналитиков, отвечающих за соответствие данных, системных администраторов, программистов) в этом вычислительном мире: предоставляя соответствующие ролям права и услуги. Отметим при этом, что несколько ролей может играть одно лицо и наоборот, может быть несколько человек, которые выполняют одну роль.

Несколько слов о современных операционных системах, работающих с мэйнфрейм . Таких на сегодня четыре:

· z / VM – предоставляет возможность работать в мульти-операционной среде, то есть, есть возможность работы с несколькими операционными системами;

· Linux for r / Series - работает с тысячами машин;

· VSE – операционная система (ОС) для небольших инсталляций для ограниченного числа пользователей, в этой ОС нет возможности использовать Parallel Sysplex ;

· z / TPZ – очень большая ОС, специализированная, обслуживающая большое количество транзакций, например, системы оформления билетов.

Итак, резюмируя эту часть статьи, скажем: новые мэйнфреймы играют центральную роль в современном мире, несмотря на то, что они находятся на заднем плане, в тени, они первые по надежности, постоянной доступности и быстродействию. Они обслуживают тысячи пользователей одновременно, работают в режиме интенсивного ввода/вывода, обрабатывают очень большие рабочие нагрузки, выполняют защищенный запуск важных бизнес-приложений.

В наше время производители компьютеров не всегда используют термин «мэйнфрейм» для обозначения больших электронно-вычислительных машин. Вместо этого большинство из них называют так компьютеры для коммерческого использования (большие или маленькие) либо серверы. Причем к мэйнфреймам относят самый большой тип сервера, использующийся сейчас. IBM, например, называет так свой сервер z9.

Что такое мэйнфрейм? Согласно одной из распространенных точек зрения, это компьютер, который может поддерживать тысячи приложений и устройств ввода/вывода, а также обслуживать одновременно тысячи пользователей.

Применение мэйнфреймов в качестве серверов и хранилищ данных

Что такое мэйнфрейм как сервер? Производство таких машин постоянно наращивается. Бизнес нуждается в больших комплектах серверов, включающих серверы транзакций, баз данных, электронной почты и веб-серверы. Большие комплекты иногда называются серверными фермами. Для реализации их функций могут применяться различные по объему средства: от кластеров смонтированных на стойке персональных компьютеров до самых мощных мэйнфреймов, производимых на данный момент.

Мэйнфрейм как хранилище данных

Что такое мэйнфрейм в системе корпорации? Это центральное хранилище данных в центре обработки данных. К нему подключаются пользователи с менее мощными устройствами, такими как рабочие станции или терминалы.

Централизованные и распределенные вычисления

Наличие мэйнфрейма в организации часто определяет централизованную форму вычислений в противовес распределенной форме. Централизация данных в одном хранилище мэйнфрейма ограждает пользователей от необходимости обновления более одной копии коммерческих данных. Это, в свою очередь, увеличивает вероятность того, что данные являются актуальными.

Разница между централизованными и распределенными вычислениями постепенно расплывается. По мере того как маленькие машины начинают увеличивать свои мощности обработки, мэйнфремы становятся более гибкими и универсальными.

Что такое мэйнфрейм в условиях современного рынка? Быстро меняющийся рынок постоянно требует от бизнеса переоценивать стратегии развития информационных технологий. В результате в большинстве случаев мэйнфреймы не используются в сочетании с сетями из небольших серверов. Способность динамически перераспределять аппаратные и программные ресурсы (процессоры, память и соединения), в то время как приложения продолжают функционировать, подчеркивает гибкий развивающийся характер современных мэйнфреймов.

Характеристики мэйнфреймов

К характеристикам относятся:

высокая надежность и безопасность;
большое количество средств ввода-вывода;
большие коэффициенты использования вычислительных и аппаратных средств, позволяющие обеспечить большую пропускную способность;
высокая стабильность, позволяющая мэйнфреймам устойчиво работать непрерывно на протяжении десятков лет;
высокая доступность, являющаяся одной из основных причин их долголетия, это объясняется тем, что они используются в приложениях, где простои нежелательны и даже катастрофичны.

Различие между мэйнфреймами и суперкомпьютерами

Суперкомпьютеры - это мощные компьютеры, предназначенные для обработки данных с максимально возможной скоростью. Например, анализ и предсказание прогнозов погоды осуществляются суперкомпьютерами. Данные компьютеры очень дорогие и потребляют очень много электроэнергии.

Назначение мэйнфрейма - проведение вычислений с применением больших объемов данных. Данные компьютеры в основном используются в больших организациях. Они предоставляют доступ к данным, хранящимся в больших базах данных.

Таким образом, основное отличие мэйнфреймов от суперкомпьютеров заключается в их назначении. Мэйнфреймы применяются, как правило, в качестве серверов, в то время как суперкомпьютеры используются для решения научных задач.