Операційні системи мейнфреймів

Мейнфрейм (також мейнфрейм, від англ. mainframe ) - Даний термін має три основних значення.

   Велика універсальна ЕОМ - високо продуктивний комп'ютер зі значним обсягом оперативної і зовнішньої пам'яті, призначений для організації централізованих сховищ даних великої ємності і виконання інтенсивних обчислювальних робіт.
   Комп'ютер c архітектурою IBM System/360, 370, 390, zSeries.
   Найбільш потужний комп'ютер (наприклад, задовольняє ознаками значення (1)), використовуваний в якості головного або центрального комп'ютера (наприклад, в якості головного сервера). 

1. Історія

Історію мейнфреймів прийнято називати з появи в 1964 універсальної комп'ютерної системи IBM System/360, на розробку якої корпорація IBM витратила 5 млрд доларів. Сам термін "мейнфрейм" походить від назви типових процесорних стійок цієї системи. В 1960-х - початку 1980-х років System/360 була беззаперечним лідером на ринку. Її клони випускалися в багатьох країнах, в тому числі - в СРСР (серія ЄС ЕОМ).

Мейнфрейми IBM використовуються в більш ніж 25 000 організаціях по всьому світу (без урахування клонів), в Росії їх за різними оцінками від 1500 до 7000 (з урахуванням клонів). Близько 70% всіх важливих бізнес-даних обробляються на мейнфреймах. [1]

На початку 1990-х почалася криза ринку мейнфреймів, пік якого припав на 1993 рік. Багато аналітиків заговорили про повне вимирання мейнфреймів, про перехід від централізованої обробки інформації до розподіленої (за допомогою персональних комп'ютерів, об'єднаних дворівневої архітектурою "клієнт-сервер"). Багато стали сприймати мейнфрейми як вчорашній день обчислювальної техніки, вважаючи Unix - і PC- сервери більш сучасними і перспективними.

Важливою причиною різкого зменшення інтересу до мейнфреймам в 1980-х роках був бурхливий розвиток PC і Unix -орієнтованих машин, в яких завдяки застосуванню нових технологій створення мікросхем вдалося значно зменшити енергоспоживання, а їх розміри досягли розмірів настільних станцій. У той же час для установки мейнфреймів були потрібні величезні площі, а використання застарілих напівпровідникових технологій в мейнфреймах того часу спричиняло необхідність рідинного (наприклад, водяного) охолоджування. Так що, незважаючи на їх обчислювальну потужність, через дорожнечу і складність обслуговування мейнфрейми все менше користувалися попитом на ринку обчислювальних засобів.

Ще один аргумент проти мейнфреймів полягав у тому, що в них не дотримується основний принцип відкритих систем, а саме - сумісність з іншими платформами.

Віднесшись до критики конструктивно, керівництво компанії IBM, основного виробника апаратного та програмного забезпечення мейнфреймів, виробило кардинально нову стратегію стосовно цієї платформи з метою різко підвищити продуктивність, знизити вартість володіння, а також домогтися високої надійності і доступності систем. Досягненню цих планів сприяли важливі зміни в технологічній сфері: на зміну біполярної технології виготовлення процесорів для мейнфреймів прийшла технологія КМОП. Перехід на нову елементну базу дозволив значно знизити рівень енергоспоживання мейнфреймів і спростити вимоги до системи електроживлення та охолодження (рідинне охолодження було замінено повітряним). Мейнфрейми на базі КМОП-мікросхем швидко додавали в продуктивності і зменшувалися в габаритах. Поворотним же подією став перехід на 64-розрядну архітектуру z / Architecture. Сучасні мейнфрейми перестали бути закритою платформою: вони здатні підтримувати на одній машині сотні серверів з різними ОС.

Згідно одному з прогнозів Gartner, останній мейнфрейм передбачалося вимкнути в 1993 році. Термін цього прогнозу давно минув, а ринок мейнфреймів залишається стабільним, і їх продажу щороку зростають.

З 1994 року знову почалося зростання інтересу до мейнфреймам. Справа в тому, що, як показала практика, централізована обробка даних або централізовані обчислення на мейнфреймах вирішує багато завдань побудови інформаційних систем масштабу підприємства простіше і дешевше, ніж розподілена.

2. Особливості та характеристики сучасних мейнфреймів

   Середній час напрацювання на відмову. Час напрацювання на відмову сучасних мейнфреймів оцінюється в 12-15 років. Надійність мейнфреймів - це результат їх майже 60-річного вдосконалення. Група розробки операційної системи VM / ESA затратила 20 років на видалення помилок, і в результаті була створена система, яку можна використовувати в самих відповідальних випадках. 

   Підвищена стійкість систем. Мейнфрейми можуть ізолювати і виправляти більшість апаратних і програмних помилок за рахунок використання наступних принципів:
       Дублювання : два резервних процесора, резервні модулі пам'яті, альтернативні шляхи доступу до периферійних пристроїв.
       Гаряча заміна всіх елементів аж до каналів, плат пам'яті і центральних процесорів. 

   Цілісність даних. В мейнфреймах використовується пам'ять з корекцією помилок. Помилки не призводять до руйнування даних в пам'яті, або даних, які очікують виведення на зовнішні пристрої. Дискові підсистеми побудовані на основі RAID -масивів з гарячою заміною і вбудованих засобів резервного копіювання захищають від втрат даних. 

   Робоче навантаження. Робоче навантаження мейнфреймів може становити 80-95% від їх пікової продуктивності. Операційна система мейнфрейма буде обробляти всі відразу, причому всі додатки будуть тісно співпрацювати і використовувати загальні компоненти ПЗ. 

   Пропускна здатність. Підсистеми введення-виведення мейнфреймів розроблені так, щоб працювати в середовищі з високою робочою навантаженням на введення-виведення даних. 

   Масштабування. Масштабування мейнфреймів може бути як вертикальним, так і горизонтальним. Вертикальне масштабування забезпечується лінійкою процесорів з продуктивністю від 5 до 200 MIPS і нарощуванням до 12 центральних процесорів в одному комп'ютері. Горизонтальне масштабування реалізується об'єднанням ЕОМ в Sysplex (Sys tem Com plex) - багатомашинний кластер, який виглядає з точки зору користувача єдиним комп'ютером. Всього в Sysplex можна об'єднати до 32 машин. Географічно розподілений Sysplex називають GDPS. У разі використання операційної системи VM для спільної роботи можна об'єднати будь-яку кількість комп'ютерів. Програмне масштабування - на одному мейнфреймів може бути налаштоване фактично нескінченне число різних серверів. Причому всі сервери можуть бути ізольовані один від одного так, як ніби вони виконуються на окремих виділених комп'ютерах і в той же час спільно використовувати апаратні і програмні ресурси і дані. 

   Доступ до даних. Оскільки дані зберігаються на одному сервері, прикладні програми не потребують зборі вихідної інформації з багатьох джерел, не потрібно додатковий дисковий простір для їх тимчасового зберігання, не виникають сумніви в їхній актуальності. Потрібна невелика кількість фізичних серверів і значно більш просте програмне забезпечення. Все це, в сукупності, веде до підвищення швидкості та ефективності обробки. 

   Захист. Вбудовані в апаратуру можливості захисту, такі як криптографічні пристрої, і Logical Partition, і засоби захисту операційних систем, доповнені програмними продуктами RACF або VM: SECURE, забезпечують надійний захист. 

   Інтерфейс користувача. Інтерфейс користувача у мейнфреймів завжди залишався найбільш слабким місцем. Зараз же стало можливо для прикладних програм мейнфреймів в найкоротші терміни і при мінімальних витратах забезпечити сучасний веб-інтерфейс. 

   Збереження інвестицій - використання даних і існуючих прикладних програм не тягне додаткових витрат з придбання нового програмного забезпечення для іншої платформи, перенавчанню персоналу, перенесення даних і т. д. 

3. Положення на ринку

На даний момент мейнфрейми IBM займають домінуюче становище на світовому ринку [2]. Також на ринку зі своєю продукцією присутні фірми Hitachi, Fujitsu і Amdahl.

4. Мейнфрейми і суперкомп'ютери

Суперкомп'ютери - це машини, що знаходяться на піку доступних сьогодні обчислювальних потужностей, особливо в області операцій з числами. Суперкомп'ютери використовуються для наукових і інженерних задач (високопродуктивні обчислення, наприклад, в області метеорології або моделювання ядерних процесів), де обмежувальними факторами є потужність процесора і об'єм оперативної пам'яті, тоді як мейнфрейми застосовуються для цілочисельних операцій, вимогливих до швидкості обміну даними, до надійності і до здатності одночасної обробки великої кількості процесів (інвентаризація товарів, резервування авіаквитків, банківські операції). Продуктивність мейнфреймів, як правило, обчислюється в мільйонах операцій за секунду ( MIPS), а суперкомп'ютерів-в операціях з плаваючою комою (крапкою) в секунду ( FLOPS).

У контексті загальної обчислювальної потужності мейнфрейми програють суперкомп'ютерів.