IBM представила новый мейнфрейм z13.

Что такое мейнфрейм

Многие из нас, пользуясь терминалами для банковских карт, бронируя рейс или совершая денежный перевод в сети Интернет, даже не подозревают, что пользуются мейнфреймами.

Возникает вполне закономерный вопрос: в принципе благодаря горизонтальной масштабируемости можно работать и на россыпи x86 -серверов, так зачем чем же нужны мейнфреймы. Для ответа на него следует заметить, что с помощью информационных технологий мы решаем множество абсолютно непохожих друг на друга задач. Такие корпорации как Google , Facebook , ВКонтакте , часто рассматриваемые как эталон высоких нагрузок, обрабатывают миллионы запросов в секунду, но при этом имеют полное право не выполнить некоторые из них по причине аппаратного или программного сбоя. Ничего страшного не случится, в крайнем случае пользователь просто повторит действие. Аналогичным образом данные компании могут потерять часть данных, это хуже, но данные не являются критичными и легко восстанавливаются. Например, когда вы ставите "лайк" в Facebook , то это вовсе не значит, что он тут же становится видим всем пользователям данной социальной сети.

Абсолютно другое дело - приложения, обрабатывающие пользовательские транзакции. При переводе денег из банка в банк невозможно допустить ситуацию, когда они спишутся с одного счета, но не попадут на другой. Аналогично невозможно допустить потери даже части пользовательских данных о финансовых транзакциях. Требования к согласованности данных и надежности информационных систем для того же Google и, например, Федерального резерва абсолютно несопоставимы друг с другом. Данная статья призвана рассказать о том, каким же образом мейнфреймы IBM обеспечивают высочайшую надежность и производительность, и как воспользоваться данными уникальными механизмами из ваших программ на языке Java .

Заглянем под капот

Для обеспечения максимально возможной производительности мейнфрейм zEnterprise EC12 снабжается специальными 6-ти ядерными процессорами , выпускаемыми по технологии 32 нм. и работающими на тактовой частоте 5.5 Ghz . На момент выпуска машины, а возможно и сейчас, это была самая быстрая модель процессора в мире. Топовая модель мейнфрейма может иметь на борту 20 процессоров, что составляет 120 ядер . Часть ядер используется для резервирования, работы канальной подсистемы ввода-вывода и специального использования, а 101 ядро доступно для использования в приложениях. Каждое из этих ядер можно настроить следующим образом:

• как процессор общего назначения (CP );
• исключительно для Java- и XML- приложений (zAAP );
• исключительно для работы информационных систем, например СУБД DB2 (zIIP );
• исключительно для запуска специальной версии Linux (IFL );
• для работы аппаратной подсистемы кластеризации (ICF );
• опционально, как дополнительный процессор для работы канальной подсистемы ввода-вывода (SAP ).

Распределение числа зарезервированных и доступных к использованию ядер в зависимости от модели мейнфрейма представлено в таблице:

• L1 : 64 Кб инструкций, 96 Кб данных на ядро;
• L2 : 1 Мб инструкций, 1 Мб данных на ядро;
• L3 : 48 Мб на процессор;
• L4 : 384 Мб на группу из шести процессоров.

Понятно, что 120 ядер, работающих с тактовой частотой 5.5 Ghz должны довольно ощутимо греться, поэтому каждый мейнфрейм снабжается системой воздушного охлаждения . Опционально можно подключить так же систему водяного охлаждения .

Оперативная память

Каждый мейнфрейм zEnterprise EC12 имеет на борту больше установленной памяти нежели заказано. Часть установленной памяти используется для реализации Redundant Array of Independent Memory (RAIM) . Для приложений, работающих на мейнфрейме, доступно до 3 Tб оперативной памяти, при этом одному логическому серверу в составе машины (LPAR ) доступно до 1 Тб ОЗУ.

Планки оперативной памяти вместе с группами процессоров и портами ввода-вывода помещаются в специальный модуль, называемый "книгой" (book ).

Внутренняя инфраструктура ввода-вывода в машине представлена двумя вариантами: InfiniBand I/O , впервые представленной в машинах серии z10 и поддерживающей 6 Гб/с InfiniBand I/O interconnect и PCI Express Generation 2 (PCIe Gen2) , используемой ранее в машинах серии z196 и z114 , поддерживающей 8 Гб/с PCIe I/O interconnect . Только последняя инфраструктура доступна на новых машинах.

Мы рассмотрели основные внутренние системы мейнфрейма. С некоторыми другими аппаратными возможностями познакомимся уже применительно к вопросу обеспечения работы Java -приложений на данной платформе.

Место для Java

Корпорация заинтересована в стабильной надежной и быстрой работе Java -приложений на мейнфрейме и прилагает к этому множество усилий. Давайте рассмотрим какие возможности мейнфрейма уникальны для исполнения Java -кода.

Настраиваемые наборы процессоров

В последние годы на рынке программного обеспечения наметилась тенденция лицензирования по ядрам. Чем больше процессорных ядер в вашей машине, тем больше лицензий на программное обеспечение вам нужно купить, тем оно дороже. По данной схеме лицензируются СУБД, сервера приложений, различное ПО промежуточного уровня (брокеры сообщений, ESB , BPM и т.д.), а так же корпоративное ПО (CRM , ERP , АБС и т.д.) При этом объективно Java является довольно тяжелой нагрузкой, что связано и со сборкой мусора, и с необходимостью в JIT -компиляции, и с поздним связыванием. Поэтому можно зарезервировать часть имеющихся на борту мейнфрейма ядер под работу исключительно с данным типом нагрузки. Такие зарезервированные ядра или, в терминах мейнфреймщиков, "процессоры" называются zEnteprise Application Assist Processor (zAAP) . По аппаратной составляющей это - обычный процессор zEnterprise , часть команд которого отключается в настройках. Сам по себе такой процессор стоит гораздо дешевле обычного, т.н. Generic центрального процессора zEnterprise . Но основная выгода даже не в этом. Данный процессор не участвует в расчете лицензий на программное обеспечение . Таким образом использование zAAP позволяет существенно сэкономить.

При этом zAAP не может исполнять некоторые действия, такие как управление операциями ввода-вывода или работа JNI . Поэтому операционная система z/OS при выполнении диспетчеризации TCB (в мире распределенных систем используется термин "поток") может лениво переводить их с общего центрального процессора (GP ) на zAAP и обратно. Если диспетчер видит, что выполняется Java -код, запущенный на GP , то он при выделении следующего кванта времени данному TCB перенесет его на ядро, сконфигурированное как zAAP . Аналогично, если диспетчер понимает, что выполняется JNI , то он при выделении следующего кванта времени запустит соответствующий TCB на GP , а не на zAAP . Естественно, такие переносы занимают время на перестройку кэша и TLB , но в целом оно не настолько критично по сравнению с выигрышем на стоимости лицензий.

Важный момент: использовать процессоры zAAP можно только под операционной системой z/OS , допускается не более двух zAAP на один GP .

Помимо выполнения Java -кода, процессоры zAAP могут использоваться и при работе с XML .

Аппаратная транзакционная память

Мейнфрейм zEnterprise EC12 - первый сервер общего назначения от IBM , содержащий реализацию технологии транзакционной памяти, впервые использованной для того, чтобы сделать суперкомпьютер IBM Blue Gene/Q-based Sequoia , расположенный в Lawrence Livermore National Lab , самым быстрым в мире (по состоянию на октябрь 2014-го года данный суперкомпьютер занимает третью строчку в списке ТОП-500). В мейнфрейме zEnterprise EC12 IBM улучшила данную технологию, адаптировав ее для ускорения выполнения конкурентных операций над общим набором данных, например для параллельного проведения различных финансовых операций по одному и тому же набору счетов.

Транзакция - блок кода, который выполняется атомарно с точки зрения другого процессора, таким образом другой процессор в системе может увидеть либо результат исполнения всего блока кода целиком, либо не увидеть никаких результатов.

Транзакция начинается специальной командой процессора TBEGIN , а заканчивается командой TEND . Если за время выполнения транзакции какой-то из задействованных ею участков памяти был изменен другим процессором, то транзакция откатывается и восстанавливается состояние регистров общего назначения и оперативной памяти, которое было до ее начала. Затем управление передается блоку transaction failure handler , который решает повторить ли выполнение транзакции или наложить традиционную блокировку (coarse-locking ), чтобы гарантировать выполнение нужного кода.

В IBM Java7 SR3 с включенной опцией -Xaggressive становится доступной реализация многопоточной очереди ConcurentLinkedQueue (CLQ) , использующая TX . CLQ - это потокобезопасная реализация очереди, работающей по принципу "первый пришел - первый ушел (FIFO )". Стандартные реализации методов CLQ.offer() и CLQ.poll() основаны на свободных от блокировок алгоритмах и используют циклы и атомарные CAS -операции, т.е. стандартные примитивы, применяемые для построения множества конкурентных алгоритмов. IBM JVM компилирует данные алгоритмы в сотни машинных инструкций. При использовании TX , реализации методов CLQ.offer() и CLQ.poll() заменяются на описанные выше последовательности инструкций, обеспечивающие работу транзакций. Это существенно повышает эффективность алгоритмов из-за того, что сокращается исполняемый набор машинных инструкций и уменьшается необходимость в доступе к данным. Повышение эффективности в два раза подтверждается микробенчмарком.

Знаете ли вы, что каждый день в мире создается более 2000 петабайт данных? Цифровая вселенная увеличится более чем в 300 раз за время между 2005-м и 2020-м годами, со 130 до 40 000 экзабайт.

В последней версии IBM JVM для z/OS - IBM Java7R1 для работы класса, обеспечивающего поточное сжатие данных, - java.util.zip.GZIPOutputStream - используется специальная карточка - zEDC Express I/O Adapter . Задействование данной карточки позволяет снизить использование процессора на 91% по сравнению с программно реализованным сжатием. Среднее время сжатия снижается на 74% , а уровень сжатия повышается примерно в 5 раз .

Специальные команды процессора

Начиная с поколения z196 , в процессоры машин было добавлено более 70 новых машинных инструкций , часть которых используется для ускорения работы Java . JIT -компилятор использует их при генерации кода. Подробная информация о работе процессора является конфиденциальной, но ознакомиться с системой команд, поддерживаемыми типами данных и некоторыми особенностями можно, изучив документ z/Architecture. Principles of Operation .

Работа с упакованными десятичными числами

В мире финансовых вычислений для обеспечения точности округления и ускорения операций используется формат данных под названием "упакованные десятичные числа" или по-английски Packet Decimal . Данный формат реализован в zEnteprise EC12 аппаратно. Версия IBM Java7R1 предлагает библиотеку для работы c packed decimal . Данная библиотека решает следующие задачи:

• маршалинг и демаршалинг: трансформация примитивных типов в байтовые массивы, поддерживается как big- , так и little-endian ;
• операции над packed decimal (PD) : арифметические, сравнения, проверки ошибок (проверяет, является ли PD -операнд верно сформированным) и специальные: сдвиги и перемещения;
• конвертация типов: преобразование из Packed Decimal (PD) , External Decimal (ED) и Unicode Decimal (UD) в примитивные типы (int , long ) и обратно, преобразование между разными десятичными типами (PD , ED , UD ) и преобразование десятичных типов в Java -объекты: BigDecimal и BigInteger .

Multi-tenant JVM

В версии IBM Java7R1 в качестве технологического превью доступна такая опция, как multi-tenancy . Включается данная опция с помощью аргумента командной строки, передаваемого при запуске JVM : -Xmt .

Выводы

Сама по себе огромная вычислительная мощь мейнфрейма (101 ядро!) позволяет делать вещи, недоступные на других системах. Например, возможно разместить СУБД, критические для бизнеса приложения и веб-портал, работающий под управлением IBM WebSphere AS , на одной машине, что совместно с применением технологии общей памяти и гиперсокетов позволяет гарантировать минимальное время отклика всего комплекса и его соответствие самому жесткому SLA . Из взаимодействия приложений убирается самая медленная и нестабильная часть - компьютерная сеть.

Использование аппаратной транзакционной памяти (Hardware transactional memory ) открывает новую веху в разработке многопоточных приложений. Ученые и энтузиасты долгое время уже занимаются изучением программной транзакционной памяти, накоплены определенные знания, алгоритмы, есть реализации библиотек, в частности под Clojure . Теперь все данные возможности доступны на уровне самой машины, что существенно увеличивает производительность многопоточных приложений. Данное утверждение подтверждено результатами тестов, приведенными в статье.

В целом можно отметить, что слухи о смерти "танцующего динозавра" слишком преувеличены. Уникальная серия, которая недавно отметила свои 50 лет лидерства в серверном мире, продолжает шествие по планете. Мейнфрейм от IBM предлагает высокопроизводительную, надежную, максимально зарезервированную среду исполнения приложений и для нашего любимого языка программирования. Не COBOL "ом единым!

На последок уместно привести высказывание одного из основателей корпорации IBM , сделанное задолго до появления не только персональных компьютеров, но и средних ЭВМ:

"Развитие вычислительной техники полностью повторит развитие транспорта. Когда-нибудь появятся персональные ЭВМ, как появились персональные автомобили, и для них будет существовать целая сеть мастерских, "дорог" и "заправок". Это будет лучшее средство решения индивидуальных проблем. Наверняка будут средние ЭВМ, роль которых будет аналогична автобусам - решать проблемы небольшой группы потребителей. Решение особых задач потребует быстрых и сверхдорогих компьютеров - их место подобно авиации. Но для решения масштабных задач всегда будут использоваться железные дороги - поезд гарантированно перевезет сотни и тысячи людей на огромные расстояния за очень умеренные деньги. Да, железным дорогам требуется прокладка рельсов, строительство вокзалов, подготовка машинистов и прочее, но в целом ряде случае альтернативы им нет и никогда не будет. Это место наших машин - мейнфреймов.”

Если у вас появились вопросы о работе мейнфрейма, о работе Java на нем, может быть вы - представитель партнера IBM и хотите протестировать или обеспечить работу вашего приложения на zEnterprise , то могу предложить несколько каналов связи. Во-первых, вы можете писать в комментарии, во-вторых, обратиться ко мне по электронной почте [email protected] , в-третьих, позвонить по телефону +7-495-775-88-00 ext. 4353 . Всегда буду рад вам помочь.

Материалы

Начало и конец истории мейнфреймов связан с именем IBM, и это не удивительно. В далёкие 1930-е годы, когда "компьютером" фактически был ваш напарник с логарифмической линейкой, который производил за вас все вычисления, компания IBM была в основном известна своими перфорационными машинами. Но во многом благодаря дальновидному руководству, которое в то время было представлено Томасом Уотсоном (Thomas Watson), IBM трансформировалась из одного из многих продавцов офисной техники в компанию, которая позднее стала монополистом по производству компьютеров.

Harvard Mark I

Машина, получившая название Harvard Mark I, стала примером дальновидности Томаса Уотсона, хотя с практической точки зрения она не была технологической отправной точкой последующих открытий. И всё же стоит взглянуть на эту машину, ведь только так мы сможем увидеть, насколько далеко зашёл прогресс.

Всё началось в 1936 году, когда гарвардский математик Говард Айкен (Howard Aiken) пытался решить проблему, связанную с разработкой вакуумных трубок (ламп). Чтобы добиться прогресса, ему нужно было решить систему нелинейных уравнений, а под рукой не было ничего, что могло бы сделать это за него. Айкен предложил гарвардским учёным построить крупномасштабный калькулятор, который мог бы решать подобные задачи. Однако его предложение было встречено без энтузиазма.

Затем Айкен обратился в Monroe Calculating Company, но компания отвергла его предложение. Тогда Айкен пошёл в IBM. Предложение Айкена, по сути, представляло собой список требований, а не настоящий проект, поэтому компании IBM самой нужно было понять, как воплотить эти требования в жизнь. Начальная стоимость проекта была оценена в $15 000, но она быстро взлетела до $100 000 к тому моменту, когда в 1939 году предложение было принято официально. В итоге воплощение данной идеи в жизнь стоило IBM около $200 000.

Только в 1943 году пятитонный механический "монстр" длиной около 15 метров начал выполнять свои первые вычисления. Поскольку компьютеру нужна была механическая синхронизация между разными вычислительными блоками, по всей его длине располагался вал, приводимый в движение мотором мощностью в пять лошадиных сил. Компьютерная "программа" создавалась путём вставки проводков в штекерную панель. Данные считывались с помощью перфокарт, и результаты печатались на перфокартах или выводились с помощью электрических пишущих машин. Даже по тем временам этот "компьютер" работал медленно. Он мог делать только лишь три операции сложения или вычитания в секунду, а на одно умножение у машины уходило целых шесть секунд. Вычисление каждого логарифма и тригонометрические преобразования занимали более одной минуты.

Как уже говорилось выше, машина Harvard Mark I была технологически бесперспективной и не сделала ничего особо важного за все свои 15 лет использования. Тем не менее, она представляла собой первую в истории полностью автоматизированную вычислительную машину. Несмотря на то, что машина Mark I работала очень медленно, была механической, и ей не хватало таких важных операций, как условный переход, это всё же был компьютер, который был лишь маленьким намёком на то, чему ещё предстояло появиться.

ABC (Atanasoff-Berry Computer)

Первым электронным компьютером на самом деле была машина ABC (Atanasoff-Berry Computer), хотя этот факт был признан многими годами позднее. Словосочетание "электронный компьютер" может показаться странным, однако только что на примере Harvard Mark I мы видели, что действительно были компьютеры без электронных компонентов, которые использовали механические переключатели, регулируемые зубчатые колёса, реле и рукоятки. В отличие от таких машин, компьютер ABC все вычисления производил с помощью электроники, поэтому он является очень важным этапом в развитии вычислительной техники.

Несмотря на то, что компьютер ABC был электронным, его компоненты очень сильно отличались от тех, что используются сегодня. На самом деле, здесь потребовались бы транзисторы и интегральные микросхемы, но в 1939 году, когда Джон Атанасов (John Atanasoff) получил финансирование на сборку прототипа, таких компонентов ещё не было, поэтому он использовал то, что было доступно на тот момент: электровакуумные лампы. Электровакуумные лампы могли усиливать сигналы и работать как переключатели, а значит, они могли использоваться для создания логических схем. Впрочем, эти лампы потребляли много энергии, сильно нагревались и были очень ненадёжными. Такими вот недостатками обладали компьютеры, построенные на электровакуумных лампах, но с этим приходилось мириться.

Логические схемы, созданные Атанасовым с помощью электровакуумных ламп, работали быстро и могли выполнять по 30 операций сложения и вычитания в секунду. Сегодня это является нормой, но тогда компьютеры редко использовали двоичную систему счисления, поскольку в то время с ней были знакомы немногие. Ещё одной важной технологией было использование конденсаторов для памяти и "подпитка" их электричеством для сохранения "содержимого" (аналогично регенерации динамической памяти типа DRAM, используемой сегодня). Однако память не была по-настоящему "random" (не обладала произвольным доступом), поскольку она фактически находилась во вращающемся барабане, который совершал полный оборот за 1 секунду. Конкретные области памяти могли быть считаны только тогда, когда участок барабана, где они находились, оказывался над считывателем. Из-за этого возникали серьёзные задержки. Позднее Атанасов добавил перфорационную машину (в те времена перфокарты очень широко использовались организациями для хранения документов и выполнения расчётов), чтобы хранить данные, которые не могли поместиться в барабан памяти.

В ретроспективе, компьютер ABC был не так уж полезен. Его даже нельзя было запрограммировать. Но, по крайней мере, на концептуальном уровне он представлял собой очень важный этап в развитии компьютеров и стал прародителем компьютеров будущего. Работая над этой машиной, Атанасов пригласил Джона Мочли (John W. Mauchly) посмотреть на своё изобретение. Эта встреча оказалась знаковой. И вот почему.

ENIAC

Нажмите на картинку для увеличения.

7 декабря 1941 года Япония напала на Перл-Харбор, втянув Соединённые Штаты во Вторую мировую войну. Каждая воюющая страна столкнулась с проблемой создания баллистических таблиц стрельбы для всех производимых типов артиллерии. Это был очень длительный и утомительный процесс. Поэтому армия США предоставляла средства Электротехнической школе Мура при Университете штата Пенсильвания на разработку электронного компьютера, который смог бы облегчить процесс создания баллистических таблиц стрельбы. Вы уже, должно быть, догадались, что участие во всём этом принимал уже известный нам Джон Мочли, он взялся за проект вместе с талантливым аспирантом по имени Дж. Преспер Эккерт (J. Presper Eckert).

Но Вторая мировая война закончилась до того, как машина была готова. Работа над компьютером была завершена в 1946 году, и публике был представлен "монстр" весом в 30 тонн, состоящий из 15-метровых шкафов, 18 000 вакуумных ламп, 1500 реле, 70 000 резисторов, 10 000 конденсаторов и 6000 ручных переключателей и потребляющий 200 киловатт. Хотя разработка этого компьютера закончилась уже после войны, он всё же принёс пользу. Производительность машины была невероятно высокой: 5000 операций сложения, 357 умножений или 38 делений в секунду. Задачи, на которые у математика уходило 20 часов работы, ENIAC решал всего за 30 секунд.

Основная проблема этого компьютера, помимо ненадёжности, присущей всем машинам на вакуумных лампах, заключалась в том, что он не был программируемым в общепринятом смысле этого слова. "Программы" вводили сотрудницы лаборатории (так называемые "ENIAC girls") с помощью штекерных панелей и блоков переключателей. Этот процесс обычно занимал от нескольких часов до нескольких дней. Кроме того, в отличие от компьютера ABC, ENIAC работал с десятичными, а не с двоичными числами, и это был своего рода шаг назад.

Тем не менее, ENIAC на славу послужил Соединённым Штатам, особенно после дальнейшей модернизации, пока в 1955 году его не "отправили в отставку". За время своего существования ENIAC работал над самыми разными проблемами: прогнозы погоды, исследование случайных чисел, теплового воспламенения, аэродинамической трубы, расчёт траектории артиллерийских снарядов и даже разработка водородной бомбы. Подсчитали, что за свою "жизнь" ENIAC сделал больше расчётов, чем всё человечество вплоть до 1945 года.

Хотя история компьютера ENIAC заканчивается в 1955 году, Мочли и Эккерту предстоит ещё многое сделать.

Предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой ёмкости и выполнения интенсивных вычислительных работ.

История

Историю мейнфреймов принято называть с появления в 1964 году универсальной компьютерной системы IBM System/360 , на разработку которой корпорация IBM затратила 5 млрд долларов . Сам термин «мейнфрейм» происходит от названия типовых процессорных стоек этой системы. В 1960-х - начале 1980-х годов System/360 была безоговорочным лидером на рынке. Её клоны выпускались во многих странах, в том числе - в СССР (серия ЕС ЭВМ).

Мейнфреймы и суперкомпьютеры

В контексте общей вычислительной мощности мейнфреймы проигрывают суперкомпьютерам.

См. также

Ссылки

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

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» (

Мейнфрейм – это высокопроизводительный компьютер, предназначенный для большой обработки данных и хранения большого количества данных, и который имеет большой объем памяти.

Мейнфрейм – история, интересные факты

1. Первый мейнфрейм стоил 5 миллиардов долларов. Создала его компания IBM в 1964 году. Название тому компьютеру было IBM System/360, хотя называть целый комплекс систем компьютером, как-то и язык не поворачивается.

2. Система была настолько популярной в мире, что её клон выпускали даже во враждебном для США – СССР.

3. 25000 организаций во всем мире сейчас имеют мейнфреймы.

4. Начало 90-х годов 20 века можно было бы считать эрой вымирания мейнфреймов, если бы не одно “но”. Из-за того, что они занимали большие площади и всё большее распространение получили настольные компьютеры. Компания IBM поняла, где “собака зарыта” и стала улучшать технологии, постепенно уменьшая и габариты мейнфреймов и их производительность.

5. Согласно прогнозу Gartner Group, последний мейнфрейм предполагалось выключить в 1993 году. Срок этого прогноза давно истёк – на дворе давно 21 век, а рынок мейнфреймов остаётся стабильным, и их продажи ежегодно растут.

6. Знаете каким параметром оценивают надежность мейнфреймов? Наработкой на отказ. Этот параметр показывает сколько компьютер стабильно проработает в режиме 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Так вот наработка на отказ современных мейнфреймов – 12-15 часов.

7. Несмотря на то, что складывается впечатление, что мейнфреймы выпускает только фирма IBM – это не так. Hitachi, Amdahl и Fujitsu – это ещё три фирмы, выпускающие мейнфреймы, но стоит признать, что доля IBM на рынке очень велика.

8. Многие путают мейнфрейм с понятием сервер. Это разные вещи. Мейнфрейм всё-таки рассчитан на более высокопроизводительные задачи и служат для построения информационных систем. Проще говоря, если объяснять на пальцах – мейнфрейм, это совокупность серверов в одной коробке (это грубое, но в целом верное определение в каком-то смысле).