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第三章 主机硬件系统与逻辑分区,四川大学IBM技术中心 肖政灵,早期的系统设计S/360结构图,系统组件,中央处理器盒(Central Processor Box)包含处理器、内存、控制电路和通道接口 通道（Channel）可以在I/O设备和内存之间提供一个独立数据和控制的路径。早期的系统最多可以有16个通道，目前的z系列大型主机最多可以支持1000多个通道 通道是连接在控制单元（Control Unit/CU）上的，而控制单元具有一定的逻辑功能来控制特定类型的I/O设备。 并行通道最多可以连接8个控制单元，而大部分的控制单元可以连接多个设备，连接的最大数量将取决于特定的控制单元，但是一般来说是16个,设备地址,每一个通道、控制单元和设备都有一个十六进制的地址 例如：某磁盘驱动器的地址为132 由于一个设备可以使用多个通道，所以一个设备可以同时具有多个地址，但约定该设备的地址取最小的那一个 例如：某设备使用1、5、6号通道；控制单元为7；设备编号为1。那么设备地址取171，但操作系统可以用三个地址中任何一个访问该设备,早期的系统设计与目前系统的差异,最新的大型机上不能使用并行通道，而且它们在旧型号的大型机上也逐渐被替代。 并行通道已经被ESCON（企业系统连接）和FICON（光纤连接）通道所取代，这些通道只能连接在一个控制单元上，更确切的说这些通道都使用光纤，并连接在一个导向器（director）或交换机（switch）上。 目前的大型机有16个以上的通道，并用两位十六进制数来作为地址的通道部分。 在新的系统中，通道通常被认为是CHPID（通道路径标识符）或者PCHIDs（物理通道标识符），所有的通道都被集成到了主处理器盒里面。,目前系统的设计,目前CEC的设计比早期的S/360要复杂得多，其主要体现如下几个方面： I/O连接和配置 I/O操作 系统分区,I/O连接,I/O连接的关键概念,ESCON和FICON通道仅连接一个设备或者一个交换机上的一个端口 大部分的现代大型机在通道和控制单元间使用了交换机,交换机可以连接到多个系统上，共享所有系统中的控制单元和I/O设备。 CHPID地址用两位十六进制数表示。 有时，多个分区可以共享CHPIDs，能否这样做取决于CHPID所连接的控制单元的状态。总的来说，用于磁盘的CHPID是可以共享 在分区的操作系统和CHPID之间存在着一个I/O子系统层。,I/O连接的主要技术,ESCON导向器和FICON交换机都是支持多连接高速数据传送的设备 I/O控制层使用一个叫做IOCDS（I/O控制数据集，I/O Control Data Set）的控制文件，来将由CHPID号、交换机端口号、控制单元地址和单元地址构成的物理I/O地址转换成操作系统软件访问设备所使用的设备号，它在系统加电时被加载到硬件存储区（Hardware Save Area，HAS），并可被动态修改 设备号相当于我们前面所提到的早期S/360架构中的地址，但它可以包含3个或4个十六进制数 现代控制单元，特别是磁盘的控制单元，经常有多个通道或者交换机连接到其相关的设备上，它们可以在同一时间在多个通道中传输多批数据,系统控制和分区,系统控制和分区,系统控制的功能之一就是可以把系统划分为若干个逻辑分区（LPARs）。长久以来，系统的逻辑分区数被限制在15个内，而新的大型机可以有30个或更多的逻辑分区 提供分区功能的硬件和固件称作PR/SM（Processor Resource/System Manager)。PR/SM负责创建和运行逻辑分区。 系统管理员为每个LPAR分配内存，不同的LPAR之间不能共享内存。可以给特定LPAR分配处理器，或者让系统控制器用内部负载均衡算法来给所有LPAR分配处理器。也可以给特定LPAR分配通道，或者根据每个通道的设备的状态来使它在多个LPAR间进行共享。,LPAR的特性,从某种意义上说，LPAR是独立于主机的，每个LPAR都运行着各自的操作系统。这些操作系统可以是任何大型机操作系统，而并不一定是z/OS，多个LPAR间也允许共享I/O设备 系统管理员可以分配一个或多个处理器给一个LPAR专用，系统控制功能（通常是微码和固件）提供了分配器来在所选的LPAR间共享处理器。管理员可以指定每个LPAR能同时使用的最大处理器数量，也可以为不同LPAR提供权重 每个LPAR的操作系统都有独立的初始装入程序IPLed，都有各自操作系统的备份，有各自的操作控制台等，如果一个LPAR上的系统崩溃，并不会影响到其它LPAR,系统组件,系统组件,处理器组件（Processor components） 系统辅助处理器（System assist processor, SAP） 中央处理器联合（Central processor complex, CPC） 通道（Channels） 通道路径（Channel paths） Crypto ETR,多处理器,目前，从PC机到大型机的所有操作系统，都支持多处理器环境，但是集成多处理器的程度有很大区别 大型机系统或LPAR中的每个处理器都有一块很小的唯一私有内存区，即Prefix Storage Area（PSA），它用于中断处理和错误处理。一个处理器可以通过专用程序访问另一个处理器的PSA，但这一般只用于错误恢复的情况。处理器可以使用特殊指令（SIGP，for Signal Processor）来中断其它处理器,磁盘设备,磁盘设备（2105简介）,2105单元是一个非常复杂的设备，它模拟大量的控制单元和3390磁盘驱动器，它最大可以支持11TB的磁盘空间和32个通道接口、16GB的高速缓存和284M非易失性（non-volatile）内存。主适配器是用来控制单元接口的，它最多可连接32个通道 2105提供了很多3390不能提供的功能，包括快速拷贝（FlashCopy）、扩展远程拷贝（Extended Remote Copy）、并发拷贝（Concurrent Copy）、并行访问卷（Parallel Access Volumes）、多应用（Multiple Allegiance）、大容量的高速缓冲存储器（huge cache）等。,系统处理单元,系统处理单元CPs,中央处理器（CP）就是一个处理器单元PU，它支持z/Architecture 和ESA/390的指令集，它可以运行z/Architecture、ESA/390、Linux、TPF操作系统和耦合设备控制编码。 z990处理器只能以LPAR模式运行，因此，所有的CPs都只用于一个分区或在两个分区之间共享，保留的CsP可以被定义给一个逻辑分区，从而允许不中断的映象升级（non-disruptive image upgrade）。,系统处理单元IFLs,IFL为Linux的负载提供了额外的处理能力，通常，IFL工作激活的处理单元（PU）被看作是一个IFL引擎。 IFL处理单元或引擎有如下一些特性： 它可以用于一个或多个逻辑分区LPARs。 它只能运行Linux，或在z/VM 4版本之下的Linux。CMS也可以用于z/VM之下的版本，原则就是CMS是用来管理z/VM的，而IFL使用z/VM的主要目的是管理Linux的客户。然而大多数用于z/VM的有许可证的软件产品都不能在IFL中运行。 一些PUs可以作为IFL的处理器。 IFL PUs可以以任何需要的方式在逻辑分区LPARs之间来为Linux使用，例如，也许有一个IFL PU运行着3个Linux 逻辑分区LPARs，或者你可以把一个IFL PU分配给一个特定的Linux 逻辑分区LPAR，然后让其他的Linux逻辑分区LPARs共享另外一个IFL PU。 不能在同一个逻辑分区中同时使用标准S/390 PUs和IFL PUs。,系统处理单元ICFs,内部耦合设备（ICF）为耦合设备控制编码在CF逻辑分区中的执行提供了额外的处理能力，由于有了IFLs，传统的z/OS软件的负载并没有受额外的ICF处理能力的影响。为ICF工作而激活的处理单元通常被看作是一个ICF引擎。 从功能上看，ICF就是一个PU引擎，它需要进行配置之后在CF逻辑分区中来执行，特定PR/SM TM 的微码不包括定义好的、来自正在执行的non-CFCC编码的ICFs，这会导致软件许可的负载超出ICF PUs的能力。,系统处理单元SAPs,系统辅助处理器（SAP）也是一个处理单元（PU），它运行通道子系统允许的内部编目来控制I/O操作，在z990结构中所有的SAPs都是作为主SAPs来执行的。 可以通过定制可选的SAPs、或分配一些CPs作为SAPs来向结构中增加额外的SAPs，在这里，首选的是定制SAPs，因为它们不会招致软件负载。反之，如果分配CPs作为SAPs，则会产生软件负担的问题。,输入/输出系统,I/O操作流程（1）,1.用户程序通过发布一个OPEN宏来允许访问数据集，这个OPEN宏会通过一个SVC指令来调用Open程序，随后，请求输入或输出数据，这就使用一个I/O宏，例如GET、PUT、READ、或WRITE，并指定一个目标I/O设备。这些宏将会产生一个指令流，从而调用一个访问方法 2.访问方法有许多种，例如VSAM、BSAM和BPAM，它们每一个都为用户程序提供了不同的功能，选择一个访问方法就取决于程序计划如何去访问数据（例如随机的、或顺序的） 3.为了请求转移数据，访问方法会用EXCP宏来给出关于一个I/O驱动器程序（通常是EXCP驱动器）的操作信息，这个EXCP宏可以扩展成一个SVC 0 指令,I/O操作流程（2）,4.如果对于请求的设备来说不存在挂起的I/O操作，那么IOS将会向通道子系统发布Start Subchannel（SSCH）指令，然后CPU继续处理其他工作（执行访问方法的任务可能被置为等待状态），直到通道子系统用I/O中断指出I/O操作已经完成为止。如果设备忙，请求就会在UCB控制块中排成队列 5.SAP会选择一个通道路径来开始I/O操作，这个通道将执行通道程序来控制数据在设备、控制单元和中央存储器之间的转移。 6.当I/O操作完成之后，SAP会通过向所有I/O激活的CPU产生一个I/O中断来表示操作完成。 7.IOS通过决定来自通道子系统的I/O操作的状态（成功或失败）来处理中断，IOS通过发布TSCH指令来向内存中读取IRB，IOS会通过发布等待中的I/O任务和访问分派器来指出I/O已完成。 8.在适当的时候，分派器会分发任务以返回访问方法的代码。 9.访问方法将控制权返回给用户程序，这样用户程序可以继续执行,辅助存储设备,使用数据设备存储管理子系统(DFSMS)时需要直接访问存储设备(DASD)和磁带设备。本节我们将对存储设备的类型和RAID技术做一个简要的介绍 DASD有如下几种类型： 传统的DASD(例如3380和3390) RAMAC虚拟阵列(RVA) 企业存储服务器(ESS),DASD类型概述,传统DASD 3380 model J,E,K 3390 model 1，2，3，9 基于RAID技术的DASD RAMAC阵列 RAMAC虚拟阵列(RVA) 企业存储服务器(ESS),传统DASD,在传统DASD的时代，硬件设备是由诸如3880和3990之类的控制器组成的，这些控制器可以对存储子系统进行操作，控制器通过并行（parallel）或ESCON通道连接到S/390系统中 一个控制器包含着若干个具有磁盘驱动器的3390模块组。有了这些模块之后，这些磁盘驱动器对于每个设备就具有了不同的容量，在每个模块组中，不同的模块提供了4个、8个或12个设备，所有这些具有4个控制器的单元总共提供了4条访问3990存储控制的路径 此时，你不能对给定DASD设备的特性进行修改,基于RAID技术的DASD,随着1994年RAMAC阵列的引入，IBM公司针对S/390系统率先引入了基于RAID技术的存储子系统。 IBM公司最近的一些DASD产品，例如RAMACs，RVA，和企业存储服务器(ESS)，以及其他厂商提供的DASD，在规格参数、磁道容量和每个柱面上的磁道数量等方面仿真了IBM公司的3380和3390卷，这使得其他的所有部件都认为它们是在处理真正的3380或3390，这样做的好处是，它允许DASD厂商在不影响组件与DASD的交互方式的情况下，对磁盘上的磁道和柱面等规格参数进行修改，但是从操作系统的角度来看，设备的类型一直都是3390。,ESS 技术,IBM的企业存储服务器(ESS)是IBM最强大的磁盘存储服务器，它是用IBM的Seascape架构来开发的，ESS为电子商务服务器家族、以及非IBM家族的服务器(例如，基于intel和基于UNIX)提高了无可匹敌的功能性 在所有的这些环境中，ESS的特点是它对可以最大限度地满足性能、容量、以及商业计算所要求的数据可用性方面的要求,传统的DASD容量,冗余磁盘阵列（RAID）,冗余磁盘阵列（RAID）是一个直接访问存储结构，它里面的数据是存储在多个物理磁盘上的，并带有奇偶校验码，这样可以保证当阵列里面的任一磁盘发生故障时，仍然能够读取数据 RAID的优点主要如下： 性能（由于是并行的） 成本（SCSI是普通接口） z系列的兼容性 环境（空间和能源）,RAID结构类型,RAID-6+ RAID10,企业存储服务器(ESS),IBM的企业存储服务器(ESS)是一个高性能、高可用性的存储子系统 两个6路RISC处理器（668MHZ） 4.8GB/秒的总带宽 最多32个ESCON /SCSI / 混合 最多16个FICON和FCP通道 最大64GB的高速缓存 2GB的NVS高速缓存 18.2/36.4/72.8/145.6GB的磁盘容量 最大55.9TB的容量 8x160MB/秒的SSA环 10000转/秒和15000转/秒的磁盘 到SAN的连接 RAID-5或RAID-10,复习题：,1. Why does software pricing for mainframes seem so complex? 2. Why does IBM have so many models (or “capacity settings”) in recent mainframe machines? 3. Why doesnt the power needed for a traditional COBOL application have a linear relationship with the power needed for a new Java application? 4. Multiprocessor means several processors (and that these processors are used by the operating system and applications). What does multi