Мэйнфрейм - mainframe computer

Debug

Не знаю почему, но дебаг приложений на z/OS в 2021 происходит примерно так же как и лет 30 назад. Самый удобный/мощный дебагер который есть — это консольный XDC дебагер работающий на z/OS с доступом из ISPF панели. Он реально крутой, но вообще не user-friendly и его нельзя прикрутить к IDE, что заставляет большинство джунов использовать printf в первый год и избегать дебагер (но долго бегать не получится, рано или поздно придётся заглянуть в пасть льву).

Да, есть дебагер от IBM с собственной IDE, но лично моё мнение, что он подходит или для «Hello World!» проектов или для небольших карманных проектов.

XDC Debugger

Характеристики [ править ]

Внутри мэйнфрейма IBM System z9

Современные мэйнфреймы могут одновременно запускать несколько разных экземпляров операционных систем. Этот метод виртуальных машин позволяет приложениям работать так, как если бы они находились на физически разных компьютерах. В этой роли один мэйнфрейм может заменить высокофункциональные аппаратные службы, доступные для обычных серверов . Хотя мэйнфреймы первыми использовали эту возможность, виртуализация теперь доступна в большинстве семейств компьютерных систем, хотя и не всегда в той же степени или уровне сложности.

Мэйнфреймы могут добавлять емкость системы или оперативно заменять ее, не нарушая работу системы, со специфичностью и детализацией до уровня сложности, который обычно недоступен для большинства серверных решений. [ необходима цитата ] Современные мэйнфреймы, особенно серверы IBM zSeries , System z9 и System z10 , предлагают два уровня виртуализации : логические разделы ( LPAR , через средство PR / SM ) и виртуальные машины (через операционную систему z / VM ). Многие заказчики мэйнфреймов используют две машины: одну в своем основном центре обработки данных, а другую — в своем резервном центре обработки данных.- полностью активен, частично активен или находится в режиме ожидания — в случае катастрофы, затрагивающей первое здание. Тестирование, разработка, обучение и производственная рабочая нагрузка для приложений и баз данных может выполняться на одной машине, за исключением чрезвычайно больших требований, когда емкость одной машины может быть ограничена. Такая установка с двумя мэйнфреймами может поддерживать непрерывное бизнес-обслуживание, избегая как плановых, так и внеплановых отключений. На практике многие заказчики используют несколько мэйнфреймов, связанных либо с помощью Parallel Sysplex и совместно используемого DASD (в случае IBM), [ необходима цитата ], либо с совместно используемым географически распределенным хранилищем, предоставляемым EMC или Hitachi.

Мэйнфреймы предназначены для обработки очень больших объемов ввода-вывода (ввода-вывода) и делают упор на вычисление пропускной способности. С конца 1950-х годов конструкции мэйнфреймов включали вспомогательное оборудование (называемое каналами или периферийными процессорами ), которые управляют устройствами ввода-вывода, оставляя ЦП свободным для работы только с высокоскоростной памятью. В магазинах мэйнфреймов часто приходится иметь дело с массивными базами данных и файлами. Файлы записи размером от гигабайта до терабайта не являются чем-то необычным. По сравнению с обычным ПК, мэйнфреймы обычно имеют в сотни или тысячи раз больше хранилищ данных в сети, и может получить к нему доступ достаточно быстро. Другие семейства серверов также разгружают обработку ввода-вывода и делают упор на вычисление пропускной способности.

Рентабельность инвестиций (ROI) мэйнфреймов , как и любой другой вычислительной платформы, зависит от ее способности масштабироваться, поддерживать смешанные рабочие нагрузки, снижать затраты на рабочую силу, обеспечивать бесперебойное обслуживание критически важных бизнес-приложений и некоторых других факторов стоимости с поправкой на риски.

Мэйнфреймы также обладают характеристиками целостности выполнения для отказоустойчивых вычислений. Например, серверы z900, z990, System z9 и System z10 эффективно выполняют ориентированные на результат инструкции дважды, сравнивают результаты, разрешают любые различия (посредством повторных попыток выполнения инструкций и изоляции сбоев), а затем переключают рабочие нагрузки на работающие процессоры, включая запасные части без какого-либо воздействия на операционные системы, приложения или пользователей. Эта функция аппаратного уровня, также присутствующая в системах HP NonStop , известна как пошаговая блокировка, поскольку оба процессора выполняют свои «шаги» (т. Е. Инструкции) вместе. Не всем приложениям абсолютно необходима гарантированная целостность, которую обеспечивают эти системы, но многим требуется, например, обработка финансовых транзакций.[ необходима цитата]

Нестабильность системы

«В смысле мейнфреймы нестабильны?». Тут суть в том что конфигурация боевых мейнфреймов и наших девелоперских мейнфреймов — это совершенно разные подходы к отказоустойчивости и администрированию. Как разработчик, я могу отключать диски(DASD), менять каталоги, смотреть информацию по системе, менять приоритет процессов (джобов) и многое другое, что в реальной жизни даже не всем администраторам мейнфреймов позволено делать. Всё это нужно, чтобы разработчики больше времени тратили на разработку, а не на ожидание получения доступов и разрешений.

Например, кто-то отключил DASD на котором есть датасет, нужный для вашего джоба. Вы видите проблему и идёте разбираться что произошло, почему это произошло и кому писать в слак.

Или кто-то включил PRIMEPSA, которая не занулит всю запрашиваемую вашим приложением память, а, например, всё заполнит байтом 0xAA. Тем самым ваш продукт начинает падать с ABENDами в разных модулях потому, что проверки на NULL теперь пропускают то, что обычно было NULL.

Или кто-то стал делать нагрузочное тестирование на том же LPAR что и вы. В итоге у вашего приложения CPU голодание, и вам нужно переезжать на другой LPAR или другой мейнфрейм.

Всё это приводит к перезагрузке (IPL) LPARов раз в 1-2 недели, когда как на боевых мейнфреймах это происходит 1-2 раза в год.

На боевых мейнфреймах, если у вас нет на что-то прав, вы либо просите администратора что-то сделать для вас, либо запрашиваете новые права, которые не факт что вам дадут, а если дадут — могут попросить подписать новые документы, например, NDA.

Современные системы

IBM System z800

Семейство zSeries, представленное в 2000 году вместе с z900, включало недавно разработанную IBM 64-разрядную систему. z / Архитектура.

Процессорные блоки

Различные процессоры на нынешних мэйнфреймах IBM:

CP, Центральный процессор: универсальный процессор
IFL, Интегрированное средство для Linux: посвященный Linux Операционные системы (необязательно под z / VM )
ICF, интегрированный Сцепное устройство: предназначен для поддержки Параллельный сисплекс операции
SAP, System Assist Processor: предназначен для обработки различных систем учета, управления и Канал ввода / вывода операции
zAAP, System z Application Assist Processor: в настоящее время ограничен только запуском Ява и XML обработка
zIIP, Интегрированный информационный процессор System z: предназначен для выполнения определенных рабочих нагрузок, включая DB2, XML, и IPSec

Обратите внимание, что они по сути идентичны, но отличаются контролем затрат на программное обеспечение: все, кроме CP, немного ограничены, поэтому они не могут использоваться для запуска произвольных операционных систем и, следовательно, не учитываются в затратах на лицензирование программного обеспечения (которые обычно основаны на количестве CP ).Внутри мэйнфреймов обычно устанавливаются и другие вспомогательные процессоры, например криптографический ускорители (Криптоэкспресс ), OSA-Express сетевой процессор и ФИКОН Экспресс-дисковые процессоры ввода-вывода. Программное обеспечение, позволяющее пользователям запускать «традиционные» рабочие нагрузки на zIIP и zAAP, на короткое время продавалось Neon Enterprise Software как «zPrime», но было снято с рынка в 2011 году после судебного иска IBM

Программное обеспечение, позволяющее пользователям запускать «традиционные» рабочие нагрузки на zIIP и zAAP, на короткое время продавалось Neon Enterprise Software как «zPrime», но было снято с рынка в 2011 году после судебного иска IBM.

Операционные системы

Главная операционные системы используемые на текущих мэйнфреймах IBM включают z / OS (который последовал и OS / 390 в OS / 360 родословная), z / VM (который последовал ВМ / ЕКА и VM / XA в CP-40 родословная), z / VSE (который находится в DOS / 360 происхождение ), z / TPF (преемник Программа контроля авиакомпаний ), и Linux на IBM Z такие как SUSE Linux Enterprise Server и другие. Несколько систем работают МУЗЫКА / SP и UTS (мэйнфрейм UNIX). В октябре 2008 года Sine Nomine Associates представила OpenSolaris в System z.

Промежуточное ПО

Текущие мэйнфреймы IBM работают на всех крупных предприятиях. обработка транзакции среды и базы данных, включая CICS, IMS, WebSphere Сервер приложений, DB2, и Oracle. Во многих случаях эти программного обеспечения подсистемы могут работать в более чем одной операционной системе мэйнфрейма.

Эмуляторы

Существуют программные эмуляторы для оборудования System / 370, System / 390 и System z, включая FLEX-ES, который работает под UnixWare или же Linux, и свободно доступный Геркулес, который работает под Linux, FreeBSD, Солярис, macOS и Майкрософт Виндоус.IBM предлагает эмулятор под названием zPDT (System z Personal Development Tool), который работает в Linux на x86-64 машины.

Дизайн [ править ]

Современный дизайн мэйнфреймов характеризуется меньшей скоростью вычислений и в большей степени:

Избыточное внутреннее проектирование, обеспечивающее высокую надежность и безопасность
Обширные средства ввода-вывода («I / O») с возможностью разгрузки на отдельные двигатели.
Строгая обратная совместимость со старым программным обеспечением
Высокая степень использования оборудования и вычислений за счет виртуализации для поддержки высокой пропускной способности .
Горячая замена оборудования , например процессоров и памяти.

Их высокая стабильность и надежность позволяют этим машинам работать без перебоев в течение очень длительных периодов времени, при этом среднее время наработки на отказ (MTBF) измеряется десятилетиями.

Мэйнфреймы обладают высокой доступностью , что является одной из основных причин их долговечности, поскольку они обычно используются в приложениях, в которых простой может быть дорогостоящим или катастрофическим. Термин « надежность, доступность и удобство обслуживания» (RAS) является определяющей характеристикой мэйнфреймов. Для реализации этих функций требуется правильное планирование и реализация. Кроме того, мэйнфреймы более безопасны, чем другие типы компьютеров: база данных уязвимостей NIST , US-CERT , оценивает традиционные мэйнфреймы, такие как IBM Z (ранее называвшиеся z Systems, System z и zSeries), Unisys Dorado и Unisys Libra, как одни из самых безопасных. с уязвимостями в меньшем количестве однозначных цифр по сравнению с тысячами для Windows ,UNIX и Linux . Обновление программного обеспечения обычно требует настройки операционной системы или ее частей и не нарушает работу только при использовании средств виртуализации , таких как IBM z / OS и Parallel Sysplex , или Unisys XPCL, которые поддерживают совместное использование рабочей нагрузки, чтобы одна система могла принимать над чужим приложением, пока оно обновляется.

В конце 1950-х годов мэйнфреймы имели только элементарный интерактивный интерфейс (консоль) и использовали наборы перфокарт , бумажной ленты или магнитной ленты для передачи данных и программ. Они работали в пакетном режиме для поддержки таких функций бэк-офиса , как расчет заработной платы и выставление счетов клиентам, большинство из которых основывались на повторяющихся операциях сортировки и объединения на ленте с последующей построчной печатью на предварительно напечатанные непрерывные канцелярские товары . Когда были представлены интерактивные пользовательские терминалы, они использовались почти исключительно для приложений (например, для бронирования авиабилетов ), а не для разработки программ. Печатная машинкаи телетайпы были обычными пультами управления для системных операторов в начале 1970-х годов, хотя в конечном итоге их вытеснили устройства с клавиатурой и дисплеем .

К началу 1970-х годов многие мэйнфреймы приобрели интерактивные пользовательские терминалы , работающие как компьютеры с разделением времени , поддерживающие одновременно сотни пользователей наряду с пакетной обработкой. Пользователи получали доступ через терминалы с клавиатурой / пишущей машинкой и специализированные ЭЛТ- дисплеи текстовых терминалов со встроенной клавиатурой или, позже, с персональных компьютеров, оснащенных программным обеспечением эмуляции терминала . К 1980-м годам многие мэйнфреймы поддерживали терминалы с графическим дисплеем и эмуляцию терминала, но не графические пользовательские интерфейсы. Эта форма вычислений для конечных пользователей устарела в 1990-х годах из-за появления персональных компьютеров, снабженных графическим интерфейсом пользователя.. После 2000 года современные мэйнфреймы частично или полностью отказались от классического » зеленого экрана » и доступа к терминалам с цветным дисплеем для конечных пользователей в пользу пользовательских интерфейсов в веб-стиле. [ необходима цитата ]

Требования к инфраструктуре резко сократились в середине 1990-х, когда мэйнфреймы CMOS заменили старую биполярную технологию. IBM заявила, что ее новые мэйнфреймы снизили затраты на электроэнергию центра обработки данных на питание и охлаждение, а также снизили требования к физическому пространству по сравнению с серверными фермами .

Отличия от суперкомпьютеров [ править ]

Суперкомпьютер представляет собой компьютер на переднем крае возможностей обработки данных, по отношению к скорости вычислений. Суперкомпьютеры используются для решения научных и инженерных задач ( высокопроизводительные вычисления ), которые обрабатывают числа и данные , в то время как мэйнфреймы сосредоточены на обработке транзакций. Отличия заключаются в следующем:

Мэйнфреймы созданы для обеспечения надежности обработки транзакций (измеряется TPC- метриками; не используются и не полезны для большинства суперкомпьютерных приложений), как это обычно понимается в деловом мире: коммерческий обмен товарами, услугами или деньгами. [ необходима цитата ] Типичная транзакция, как определено Советом по производительности обработки транзакций , обновляет систему базы данных для управления запасами (товары), бронирования авиабилетов (услуги) или банковского дела (деньги) путем добавления записи. Транзакция может относиться к набору операций, включая чтение / запись на диск, вызовы операционной системы или некоторую форму передачи данных от одной подсистемы к другой, которая не измеряется скоростью обработки ЦП . Обработка транзакций не является исключительной для мэйнфреймов, но также используется микропроцессорными серверами и онлайн-сетями.
Производительность суперкомпьютера измеряется в операциях с плавающей запятой в секунду ( FLOPS ) или в пройденных фронтах в секунду или TEPS , метрики, которые не очень значимы для приложений мэйнфреймов, в то время как мэйнфреймы иногда измеряются миллионами инструкций в секунду ( MIPS ), хотя определение зависит от измеренного набора команд. Примеры целочисленных операций, измеряемых с помощью MIPS, включают сложение чисел, проверку значений или перемещение данных в памяти (при перемещении информации в хранилище и из него, так называемый ввод-вывод).наиболее полезен для мэйнфреймов; и в памяти, только косвенно помогая). Операции с плавающей запятой в основном представляют собой сложение, вычитание и умножение ( двоичных чисел с плавающей запятой в суперкомпьютерах; измеряется с помощью FLOPS) с достаточной точностью для моделирования непрерывных явлений, таких как прогноз погоды и ядерное моделирование (только недавно стандартизированные десятичные числа с плавающей запятой , не используются в суперкомпьютеры, подходят для денежных значений, например, для приложений мэйнфреймов). С точки зрения вычислительной скорости суперкомпьютеры более мощные.

Мэйнфреймы и суперкомпьютеры не всегда можно четко различить; Вплоть до начала 1990-х годов многие суперкомпьютеры были основаны на архитектуре мэйнфреймов с расширениями суперкомпьютеров. Примером такой системы является HITAC S-3800 , который имел набор команд, совместимый с мэйнфреймами IBM System / 370 , и мог работать под управлением операционной системы Hitachi VOS3 ( ответвление IBM MVS ). Таким образом, S-3800 можно рассматривать одновременно как суперкомпьютер и как IBM-совместимый мэйнфрейм.

В 2007 году объединение различных технологий и архитектур для суперкомпьютеров и мэйнфреймов привело к так называемому игровому фрейму .

Меньшие машины [ править ]

IBM 1401 проходит реставрацию в Музее компьютерной истории

До System / 360 IBM также продавала компьютеры меньшего размера, которые не считались мэйнфреймами, хотя по современным меркам они все еще были громоздкими и дорогими. К ним относятся:

IBM 650 (логика электронных ламп, десятичная архитектура , барабанная память , бизнес и наука)
IBM 305 RAMAC (логика вакуумной лампы, первый компьютер с дисковым хранилищем ; см .: Раннее дисковое хранилище IBM )
IBM 1400 series (обработка бизнес-данных; очень успешный, и многие периферийные устройства 1400 использовались с 360)
IBM 1620 (десятичная архитектура, инженерия, наука и образование)

IBM с трудом заставляла заказчиков переходить с меньших компьютеров на мэйнфреймы, потому что пришлось переписывать очень много программного обеспечения. 7010 был представлен в 1962 году как 1410 размером с мейнфрейм. Более поздние системы 360 и 370 могли имитировать 1400 машин. Компьютер размером с настольный компьютер с другим набором команд, IBM 1130 , был выпущен одновременно с System / 360 для решения ниши, занятой 1620. Он использовал ту же кодировку символов EBCDIC, что и 360, и был в основном запрограммирован на Fortran , который при необходимости было относительно легко приспособить к более крупным машинам.

IBM также представила машины меньшего размера после S / 360. К ним относятся:

IBM System / 7 (полупроводниковая память, управление процессами, несовместимая замена для IBM 1800)
IBM серии / 1
IBM 3790
IBM 8100
IBM System / 3 (представлена карта на 96 столбцов)

Компьютер среднего уровня — это обозначение, используемое IBM для класса компьютерных систем, которые находятся между мэйнфреймами и микрокомпьютерами.

2. Особенности и характеристики современных мейнфреймов

Повышенная устойчивость систем. Мейнфреймы могут изолировать и исправлять большинство аппаратных и программных ошибок за счёт использования следующих принципов:
- Дублирование: два резервных процессора, резервные модули памяти, альтернативные пути доступа к периферийным устройствам.
- Горячая замена всех элементов вплоть до каналов, плат памяти и центральных процессоров.

Целостность данных. В мейнфреймах используется память с коррекцией ошибок. Ошибки не приводят к разрушению данных в памяти, или данных, ожидающих вывода на внешние устройства. Дисковые подсистемы построенные на основе RAID-массивов с горячей заменой и встроенных средств резервного копирования защищают от потерь данных.

Рабочая нагрузка. Рабочая нагрузка мейнфреймов может составлять 80–95 % от их пиковой производительности. Операционная система мейнфрейма будет тянуть всё сразу, причём все приложения будут тесно сотрудничать и использовать общие куски ПО.

Пропускная способность. Подсистемы ввода-вывода мейнфреймов разработаны так, чтобы работать в среде с высочайшей рабочей нагрузкой на ввод-вывод данных.

Масштабирование. Масштабирование мейнфреймов может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Вертикальное масштабирование обеспечивается линейкой процессоров с производительностью от 5 до 200 MIPS и наращиванием до 12 центральных процессоров в одном компьютере. Горизонтальное масштабирование реализуется объединением ЭВМ в Sysplex (System Complex) — многомашинный кластер, выглядящий с точки зрения пользователя единым компьютером. Всего в Sysplex можно объединить до 32 машин. Географически распределённый Sysplex называют GDPS. В случае использования ОС VM для совместной работы можно объединить любое количество компьютеров. Программное масштабирование — на одном мейнфрейме может быть сконфигурировано фактически бесконечное число различных серверов. Причем все серверы могут быть изолированы друг от друга так, как будто они выполняются на отдельных выделенных компьютерах и в то же время совместно использовать аппаратные и программные ресурсы и данные.

Доступ к данным. Поскольку данные хранятся на одном сервере, прикладные программы не нуждаются в сборе исходной информации из множества источников, не требуется дополнительное дисковое пространство для их временного хранения, не возникают сомнения в их актуальности. Требуется небольшое количество физических серверов и значительно более простое программное обеспечение. Всё это, в совокупности, ведёт к повышению скорости и эффективности обработки.

Защита. Встроенные в аппаратуру возможности защиты, такие как криптографические устройства, и Logical Partition, и средства защиты операционных систем, дополненные программными продуктами RACF или VM:SECURE, обеспечивают надёжную защиту.

Пользовательский интерфейс. Пользовательский интерфейс у мейнфреймов всегда оставался наиболее слабым местом. Сейчас же стало возможно для прикладных программ мейнфреймов в кратчайшие сроки и при минимальных затратах обеспечить современный веб-интерфейс.

Сохранение инвестиций — использование данных и существующих прикладных программ не влечёт дополнительных расходов по приобретению нового программного обеспечения для другой платформы, переучиванию персонала, переноса данных и тд.

Текущий рынок

IBM с z Systems продолжает оставаться крупным производителем на рынке мэйнфреймов. В 2000 году Hitachi совместно с IBM разработала zSeries z900, чтобы разделить расходы, а последние модели Hitachi AP10000 производятся IBM. Unisys производит мэйнфреймы ClearPath Libra на основе более ранних продуктов Burroughs MCP и мэйнфреймы ClearPath Dorado на базе продуктовой линейки Sperry Univac OS 1100 . Hewlett-Packard продает свои уникальные системы NonStop, которые она приобрела вместе с Tandem Computers и которые некоторые аналитики классифицируют как мэйнфреймы. Groupe Bull «s ГСНК, Stratus OpenVOS, Fujitsu (ранее Siemens) BS2000, и Fujitsu- ICL VME мэйнфреймы по — прежнему доступны в Европе, и Fujitsu (ранее Amdahl) GS21 мэйнфреймы глобально. NEC с ACOS и Hitachi с AP10000-VOS3 по-прежнему поддерживают бизнес в области мэйнфреймов на японском рынке.

Сумма инвестиций поставщиков в разработку мэйнфреймов зависит от доли рынка. Fujitsu и Hitachi продолжают использовать собственные процессоры, совместимые с S / 390, а также другие процессоры (включая POWER и Xeon) для систем более низкого уровня. Bull использует смесь процессоров Itanium и Xeon . NEC использует процессоры Xeon для своей линейки младших ACOS-2, но разрабатывает специальный процессор NOAH-6 для своей линейки high-end ACOS-4. IBM также разрабатывает собственные процессоры, такие как . Unisys производит мэйнфреймы, совместимые с кодом, от ноутбуков до мэйнфреймов размером со шкаф, в которых используются как процессоры собственного производства, так и процессоры Xeon . Более того, существует рынок программных приложений для управления производительностью мэйнфреймов. Помимо IBM, на рынке значительными конкурентами являются BMC, Maintec Technologies, Compuware и CA Technologies . Начиная с 2010-х годов облачные вычисления стали менее дорогой и более масштабируемой альтернативой, обычно называемой большими данными .

Заключение

Мейнфреймы живы, развиваются, но вряд ли догонят остальной мир в плане технологий (хотя рывок за последние лет 5 был большим … догонять всегда проще чем прокладывать дорогу). У них есть очевидные недостатки (цена, нераспространённые технологии) так и свои скрытые достоинства.

P.S. Это моя первая статья на Habr, поэтому щадить меня не нужно, мне нужно учиться. Статья скорее всего выглядит рвано с быстрыми сменами тем, но очень трудно рассказывать про мейнфреймы, не вдаваясь в детали и конкретику некоторых вещей. Попробуйте объяснить людям 80+, что такое интернет и как им заказать еду на дом с предоплатой по карте, опустив объяснения про мышь, клавиатуру, браузер, сайт и т.д.