Курсовая работа: Серверные платформы RISC/UNIX
Новый значительный шаг вперед был сделан с выходом в 2004 г. поколения POWER5. В нем получила развитие идея интеграции функций, для исполнения которых ранее применялись отдельные наборы микросхем, в частности, в кристалл был встроен контроллер оперативной памяти. Также в нем была реализована параллельная многопоточная архитектура, позволяющая в рамках одного потока команд выполнять целый комплекс задач: предсказание переходов, подготовку команд к исполнению и т. д. Это дало возможность значительно увеличить количество одновременно выполняемых инструкций, причем независимо от тактовой частоты. Согласно результатам открытых тестов, быстродействие систем на POWER5 в полтора-два раза больше, чем систем на POWER4. Использование многопоточности увеличивает производительность процессора POWER5 в среднем на 35% без повышения тактовой частоты. Одновременно с появлением нового поколения архитектуры была выпущена новая версия ОС AIX — AIX 5L V5.3.
AIX 5L V5.3 содержит многие инновационные технологии повышения производительности, надежности и гибкости, позволяя в рамках одной платформы выполнять приложения, работающие под управлением разных ОС. Среди наиболее важных особенностей платформы IBM POWER, реализуемых посредством ОС A1Х 5L V5.3, динамические логические разделы, средства изменения конфигурации по требованию, балансировка нагрузки на серверы при гарантированной безопасности работы приложений, средства повышения отказоустойчивости, возможность одновременного выполнения на одной платформе 32- и 64-разрядных приложений, а также использование инфраструктуры автономных вычислений (autonomic computing).
Для выполнения важных приложений в AIX 5L 5.3 имеется менеджер загрузки Workload Manager (WLM), гарантирующий их работу в соответствии с соглашением об обслуживании независимо от текущей нагрузки на систему. Обеспечивая автоматическое переключение ресурсов между заданиями, администратор транслирует бизнес-требования в политики, в соответствии с которыми происходит автоматическое распределение ресурсов и приоритетов, что особенно важно для обеспечения работоспособности и оптимизации выполнения приложений электронной коммерции, бизнес-разведки и ERP. Кроме этого, для более гибкого масштабирования в AIX 5L 5.3 предусмотрен механизм динамической модернизации сервера путем активизации установленных ранее неактивных ресурсов (процессоров, памяти) по запросу, известный как CUoD (Capacity Upgrade on Demand).
Кроме того, в AIX 5L 5.3 имеются средства DLPAR (Dynamic Logical Partitioning), позволяющие масштабировать серверы pSeries, обеспечивая одновременную, независимую работу на одном компьютере нескольких образов разных ОС. Логические разделы не ограничены рамками возможностей физических устройств, а оперируют блоками ресурсов, из которых можно строить виртуальный сервер с динамически изменяемой по числу процессоров, объему памяти, количеству гнезд ввода-вывода конфигурацией. Отличительной особенностью систем, построенных на POWER5 под управлением AIX 5.3, является уникальная возможность полной виртуализации вычислительной мощности. Независимые разделы могут «потреблять» процессорную мощность с шагом одна десятая процессора. При этом, учитывая динамическое перераспределение мощности и неравномерность загрузки процессоров выполняемыми задачами во времени, единовременное потребление каждой задачей может достигать 100% доступных вычислительных ресурсов. Для пользователя это означает, что консолидация нескольких задач в один сервер с подобным динамическим перераспределением может значительно повысить эффективность работы системы, а количество процессоров, используемых для консолидации, будет значительно меньше, чем необходимое для функционирования каждой задачи на индивидуальном сервере. (Flash Demo по технологиям, используемым в системах IBM eServer p5, можно посмотреть по адресу http://callisto.bstoke.uk.ibm.com/unixsolutions/sales/ cont/p5flashdemos.htm).
Подсистема Virtualization Engine переносит из мэйнфреймов на UNIX-серверы механизм создания разделов, позволяющий выполнять на одном процессоре множество независимых экземпляров ОС. Технология микроразделов (micro-partitioning) повышает до уровня мэйнфреймов загрузку серверных мощностей, которая сегодня для UNIX-серверов составляет лишь 15%. Помимо оптимизации ресурсов серверов, Virtualization Engine поможет упростить процессы управления сложными ИТ-инфраструктурами. Однако в отличие от технологии логических разделов, уже более пяти лет используемой в серверах iSeries, система Virtualization Engine, реализованная в pSeries, имеет ряд новых возможностей: интеграцию механизмов создания микроразделов с программными модулями Tivoli, WebSphere, решения но балансировке рабочей нагрузки, средства управления элементами ИТ-инфраструктуры, позволяющие управлять ресурсами виртуального сервера. Virtualization Engine содержит также новый программный модуль Tivoli Provisioning Manager для автоматизации процессов конфигурирования и представления всех видов ресурсов в ИТ-среде: серверов, ОС, промежуточного ПО, систем хранения и сетевых устройств.
Для построения практически неограниченных по мощности систем используется кластерное ПО, обеспечивающее координацию и синхронизацию между узлами. В AIX 5L системному администратору предоставляется интерфейс к аппарату Cluster Systems Management (CSM), позволяющему из одной точки управлять логическим центром данных, образованным физически распределенным кластером из серверов pSeries и xScries, работающих с ОС AIX или Linux.
Кроме того, совместно с AIX может быть поставлена система НАСМР (High Availability Cluster Multiprocessing), помогающая обеспечить работоспособность приложений в режиме 24x7 (круглосуточно ежедневно) и автоматически определяющая сбойные узлы или нарушения работы сети и организующая восстановление работы оборудования, приложений и пользовательских сессий.
AIX 5L имеет сертификат уровня С2, а также в ней предусмотрена расширенная поддержка многих стандартных протоколов и технологий безопасности: Pluggable Authentication Module (РАМ), PKI, Enterprise Identity Mapping (EIM), BIND V9, SNMP V3, Mobile IPv6, WAP, OpenSSH и ряда других, среди которых следует отметить IBM Network Authentication Server, IBM Directory Server 4.1 и ICSA Certified Ipsec/VPN, технологии безопасности в Java: JAAS, JCE/JCE, JSSE, JGSS и J-PKI.
Несомненно, будущее платформы IBM POWER связано с развитием процессорной архитектуры POWER и дальнейшим совершенствованием двух операционных систем — AIX 5L и i5/OS, однако, согласно давнишней традиции, корпорация IBM не раскрывает своих планов относительно грядущих разработок до момента их официального объявления. Можно только сказать, что следующее поколение POWER6 и соответствующая ОС AIX 5L V5.4 должны появиться ориентировочно в 2006 г.
Мэйнфреймы IBM zSeries
В истории компьютерной индустрии существует несколько моментов, определивших направление дальнейшего развития электронно-вычислительных машин. К ним, без сомнения, относится проект по созданию новой архитектуры ЭВМ — мэйнфреймов, реализованный IBM в первой половине 1960-х гг. Существовавший в то время подход к проектированию и производству компьютеров в определенной степени можно сравнить с производством автомобилей до изобретения Генри Фордом конвейерного метода сборки. Каждая новая ЭВМ представляла собой уникальный продукт, созданный командой инженеров, причем ЭВМ не всегда даже была универсальной, ибо зачастую создавалась для решения какой-нибудь единственной задачи. Естественно, такое положение не могло удовлетворить компанию, поскольку с каждой новой реализацией множилось количество нестандартных узлов и блоков, несовместимых между собой, а накопленный бесценный опыт раз за разом терялся впустую. В самом начале 1960-х гг. руководство корпорации приняло решение о запуске кардинально нового проекта, нацеленного на создание стандартизованной, хорошо масштабируемой, высоконадежной архитектуры ЭВМ универсального назначения.
4 апреля 1964 г. проект принес первые плоды — появилось семейство вычислительных машин IBM System/360, ставшее эпохальным в истории развития высокопроизводительных серверов. Первоначально в серию входили модели 20, 30, 40, 50, 60, 62, 70 и 92. Модель 20 была ориентирована на нижний сегмент рынка. Следующие три представляли собой системы среднего уровня и должны были заменить мини-ЭВМ серии IBM 1400. Последние четыре предназначались на замену серии «тяжелых» ЭВМ IBM 7000. В 1965 году семейство пополнилось системами среднего уровня — моделями 57, 65 и 75, «научной» моделью 44, дополненной аппаратным блоком для работы с вещественными числами, и high-end моделью 67, в которой впервые была реализована система динамической трансляции адресов, позволившая повысить эффективность работы с памятью и быстродействие системы, а также зачатки системы виртуализации ресурсов ЭВМ. В 1966 г. была представлена еще одна система высшей категории — модель 91. В 1968 г. пополнение произошло в начальном секторе — модель 25 — и в секторе систем высшего уровня — модель 85. В 1969 г. появилась еще одна high-end машина — модель 195, наконец, в 1971 г. последняя система, модель 22, из категории «легких» машин.
В качестве операционной системы в машинах серии System/360 использовалась специально разработанная система OS/360 (Operating System/360). Модели нижнего уровня работали с использованием одной из ее разновидностей — Basic Operating System/360 (BOS/ 360), Card Operating System (COS/360), Tape Operating System (TOS/360) или Disk Operating System/360 (DOS/360). Старшие модели использовали систему OS/360 MVT (Multiprogramming with a Variable number of Tasks), обеспечивавшую исполнение нескольких приложений одновременно в режиме многозадачности с динамическим перераспределением памяти.
Большие универсальные ЭВМ серии System/360 стали первыми в мире системами, которые были предназначены как для коммерческих, так и для научных расчетов. Несколько блоков выполнения команд, а также встроенные специализированные процессоры, функции операционной системы, связующее программное обеспечение и микропрограммный код обеспечивали высокую масштабируемость этих многопользовательских вычислительных систем и их взаимную совместимость.
Именно в рамках проекта по созданию System/360 были впервые применены многие концептуальные решения, ставшие впоследствии непререкаемым стандартом. Это прежде всего 8-бит байт вместо использовавшихся ранее 4- и б-бит, 32-разрядная архитектура вычислительной системы, побайтная адресация памяти, сегментация и алгоритм страничной адресации памяти, а также многие другие идеи,
В начале 1970-х гг. IBM выпустила на рынок модельный ряд высокопроизводительных серверов второго поколения, получивший название System/370. Системы System/370 были обратно совместимы с выпускавшимися ранее системами System/360, но использовали усовершенствованные процессоры, оперативную и внешнюю память, что позволило расширить их возможности по поддержке одновременно работающих пользователей и более ресурсоемких и динамических приложений. Основными новациями System/370 можно считать возможность использования нескольких процессоров в рамках одной системы, полноценную поддержку виртуальной памяти и новый 128-разрядный блок вещественной арифметики.
Первые машины серии System/370 (модели 145, 155, 165 и 195) появились в 1970 г. и были нацелены на средний и высший уровень сложности решаемых задач. Годом позже была представлена система начального уровня — модель 135. В 1972 г. к семейству добавились модели 125, 158 и 168: первая относилась к категории «легких», вторая и третья — к «средним» системам. Тогда же в мэйнфреймах появилась полноценная программно-аппаратная система виртуализации ресурсов ЭВМ. В 1973 г. появилась самая младшая в серии система — модель 115. Через два года она получила развитие в виде двухпроцессорной модификации 115-2. В этом же 1975 г. была представлена двухпроцессорная модель 125-2. 1976 г. ознаменовался целым рядом новых систем, причем большая их часть — трехпроцессорные модели 135-3, 145-3, 158-3 и 168-3, и всего две (138 и 148) использовали один процессор.
В дальнейшем (на протяжении 1980-х гг.) выпускался целый ряд машин, совместимых с оригинальной системой System/370. Первоначально они базировались на расширении стандартной архитектуры, System/370 Extended Architecture (370-ХА), предполагавшим переход от 24- к 31-бит адресации памяти, а позже на ее дальнейшем развитии — Enterprise Systems Architecture/370 (ESA/370), полностью реализовавшем преимущества новых механизмов работы с памятью.
ОС семейства System/370 (OS/370) корнями уходит в предыдущее поколение — OS/360 — и развивалась на базе одного из ее ответвлений под названием Multiple Virtual Storage (MVS). Эволюция системы MVS повторяла развитие аппаратных средств, что нашло отражение в названии этой системы в разные периоды времени: MVS/System Product(MVS/SP), MVS/Extended Architecture (MVS/XA) и MVS/Enterprise Systems Architecture (MVS/ESA).
Новое поколение мэйнфреймов, семейство System/ 390, появилось в начале 1990-х гг., но сохранило совместимость с предыдущими поколениями. В процессе создания System/390 произошло обновление всей элементной базы мэйнфреймов — микропроцессоров, оперативной и внешней памяти на несколько поколений. В период с 1990 по 1999 г. было выпущено множество разнообразных систем, известных под общим названием IBM S/390 Enterprise Server.
В 2000 г. название System/390 было заменено на IBM eServer zSeries, и в октябре была представлена первая модель этого семейства — система масштаба предприятия zSeries 900. На тот период это была самая мощная ЭВМ массового коммерческого применения из когда-либо созданных прежде. Тогда же появилась новая 64-разрядная операционная система z/OS, вобравшая в себя наработки предыдущих поколений, начиная с OS/360. В 2002 г. было представлено семейство zSeries 800, нацеленное на задачи среднего уровня. Новая версия 1.4 операционной системы z/OS, главной ОС для мэйнфреймов zSeries, оказалась на 60% быстрее предшествующих. 2003 г. был отмечен появлением нового лидера в семействе zSeries — eServer zSeries 990. Наконец, в 2004 г. обновление пришло в сегмент систем среднего уровня — в апреле появился сервер zSeries 890.
В середине 2005 года семейство мэйнфреймов пережило очередное переименование — отныне все системы этого класса будут обозначаться System z9. Одновременно с этим было объявлено о выходе новой системы — модели 109.
С аппаратной точки зрения zSeries отличается высокоинтегрированной упаковкой компонентов при снижении возможности отказа любого из них. В системе zSeries также реализовано уникальное сочетание функций обеспечения готовности, подобных коду коррекции ошибок (Error Correction Code, ECC) на всех уровнях памяти, а также возможности автоматической разгрузки сбойных процессоров и памяти при одновременном переключении на резервные компоненты без участия оператора и без нарушения обслуживания пользователей. Возможность непрерывного профилактического обслуживания также вносит весомый вклад в то, что среднее время наработки на отказ (MTBF) систем zSeries исчисляется десятилетиями.
Жесткие требования по доступности и надежности корпоративных систем обработки данных диктуют использование многомашинных комплексов, кластеров, применение различных схем дублирования, горячего резервирования критичных серверов. Для этого IBM предлагает использовать принципиально новую архитектуру комплексирования — Parallel Sysplex. Работа серверов в режиме Parallel Sysplex характеризуется повышенной живучестью комплекса: его надежность сейчас 99,999%, что позволяет обслуживать пользователей 24 часа в сутки 365 дней в году. При отказе или даже физическом уничтожении одного или нескольких серверов возможен некоторый спад производительности, но все приложения будут нормально функционировать, целостность данных не нарушится, пользователи будут продолжать работу. Плановые профилактические работы с оборудованием или программным обеспечением, подключение новых серверов в комплекс также происходят без прерывания работы комплекса.
Применение Parallel Sysplex обеспечивает высокую пропускную способность комплекса. Благодаря динамической балансировке нагрузки все компьютеры в Parallel Sysplex и все процессоры в каждом из серверов загружены равномерно. Такое эффективное использование имеющихся ресурсов обеспечивает улучшенные показатели времени ответа для прикладных подсистем и уменьшает общую потребность в ресурсах.
Использование Parallel Sysplex обеспечит эволюционное развитие вычислительной системы. По мере роста числа пользователей системы и количества приложений можно практически безгранично наращивать мощность комплекса как путем добавления новых процессоров в существующие серверы, так и добавлением новых серверов в комплекс без прерывания технологического цикла.
