Mainframe

Z Wikipedii

Ten artykuł wymaga uzupełnienia źródeł podanych informacji. Aby uczynić go weryfikowalnym, należy podać przypisy do materiałów opublikowanych w wiarygodnych źródłach.

Honeywell-Bull DPS 7 mainframe, 1990.

Mainframe (ang. main – główny, frame – struktura) (często w Stanach Zjednoczonych nazywany Big Iron) jako komputery używane głównie przez duże organizacje dla krytycznych aplikacji (np. finansowych, statystycznych). Są systemami o dużej wydajności przetwarzania danych i większych możliwościach niż komputer domowy. Celem systemu mainframe jest świadczenie usług dużej liczbie użytkowników. W odróżnieniu od superkomputera mainframe nie posiada dużej mocy obliczeniowej, a specjalizuje się w wydajnych operacjach I/O i bardzo wysokimi współczynnikami wielozadaniowości. Komputer o architekturze mainframe może z powodzeniem obsługiwać dziesiątki tysięcy równolegle pracujących użytkowników zachowując równocześnie cały czas rozsądne czasy reakcji (poniżej 1 sekundy)^{[potrzebne źródło]}.

Komputery klasy mainframe są ważnym elementem rynku biznesowego (ocenia się że są odpowiedzialne za przetwarzanie prawie 90% krytycznych danych na tym rynku^{[potrzebne źródło]}) ze względu na nieporównywalną z domowymi komputerami wydajność^{[potrzebne źródło]}, łatwość zarządzania^{[potrzebne źródło]}, możliwości rozbudowy^{[potrzebne źródło]} i bezpieczeństwo^{[potrzebne źródło]}.

Termin mainframe pochodzi od wczesnych maszyn tego typu, ze względu na ich rozmiary. Dzisiaj termin ten używany jest zazwyczaj do komputerów kompatybilnych do linii IBM System/360 zaprezentowanej w 1965 roku. Ostatnim przedstawicielem tej linii jest IBM System z9. Systemy, które nie są kompatybilne z System/360 również nazywane są mainframe-ami, są to przede wszystkim produkty firmy Unisys[1], która powstała z połączenia firm Burroughs i Sperry.

[edytuj] Opis

Współczesne mainframe-y mają możliwości, które nie można zdefiniować za pomocą terminów takich jak MIPSy, FLOPSy, czy prędkość zegara, wykorzystywanych przy określaniu wydajności komputerów PC, ponieważ trzeba mieć na uwadze ich redundantną strukturę (wpływającą na niedoścignioną^{[potrzebne źródło]} niezawodność i bezpieczeństwo), rozszerzony system wejścia/wyjścia^{[potrzebne źródło]}, ścisłą wsteczną kompatybilność dla starszego oprogramowania oraz wysoką wydajność w masowym przetwarzaniu danych^{[potrzebne źródło]}. Te systemy często pracują latami bez żadnego przerwania, dzięki możliwości przeprowadzania napraw, zmian konfiguracyjnych zarówno w sprzęcie jak i oprogramowaniu w trakcie normalnej pracy systemu.

[edytuj] Charakterystyka systemów mainframe

Niemal wszystkie mainframe-y posiadają możliwość uruchamiania wielu systemów operacyjnych i przez to nie operują jako pojedynczy komputer, ale jako wiele wirtualnych maszyn. Pojedynczy mainframe może zastąpić dziesiątki nawet setki mniejszych serwerów, redukując przy tym koszty zarządzania i administracji^{[potrzebne źródło]}, dostarczając wielce ulepszoną skalowalność^{[potrzebne źródło]} (przy tym system mainframe IBMa można rozszerzać bez przerywania jego pracy), ale przede wszystkim kluczowym elementem tej architektury jest niezawodność uzyskana poprzez redundancję elementów składowych.

Nowoczesne mainframe-y, w szczególności IBM zSeries i System z9 oferują 3 poziomy wirtualizacji: logiczne partycje (LPAR), wirtualne maszyny (poprzez z/VM) oraz system operacyjny z/OS. Ta wirtualizacja jest tak kompletna, dobrze rozwinięta i tak niezawodna że większość klientów IBM mainframe uruchamia nie więcej niż 2 maszyny^{[potrzebne źródło]}: z danymi źródłowymi w pierwszym budynku, a w drugim z danymi zapasowymi(w pełni aktywny, częściowo aktywny lub wyłączony w przypadku katastrofy w pierwszym budynku). Wszystkie testy, rozwoje, treningi, obciążenie produkcyjne dla wszystkich aplikacji i wszystkich baz danych mogą zostać uruchomione na jednej maszynie, z wyjątkiem niezmiernie ogromnych wymagań gdzie pojemność jednej maszyny może być ograniczona.

Mainframe zostały zaprojektowane tak, aby obsłużyć wysokie obciążenie urządzeń wejścia/wyjścia (I/O), dlatego kładzie się duży nacisk na wydajność przetwarzanych danych. Od połowy lat 60. projekty mainframe zawierają kilka dodatkowych komponentów (nazywane kanałami lub obwodowymi procesorami), które zarządzają urządzeniami wejścia/wyjścia zostawiając CPU tylko obsługę głównej pamięci. Cechą wspólną dla systemów mainframe jest zajmowanie się obszernymi bazami danych i plikami. Pliki o wielkościach terabajtów czy gigabajtów nie są czymś nadzwyczajnym dla takich systemów. Porównując system mainframe z typowym komputerem PC, mainframe ma podłączony setki razy pojemniejsze urządzenie do przechowywania danych i może uzyskać z niego dane zdecydowanie szybciej^{[potrzebne źródło]}.

Istotną cechą dla firmy, która wybiera system informatyczny jest jego zdolność do zwrotu z inwestycji, a ta jest uzależniona od jego możliwości skalowania, wydajności, redukcji kosztów pracowników obsługi oraz nieprzerwanie dostarczanych usług dla istotnych aplikacji biznesowych^{[potrzebne źródło]}. Niektórzy uważają^{[potrzebne źródło]}, że nowoczesne systemy mainframe nie są w tej kwestii opłacalne. Hewlett-Packard i Dell, a także kilku niezależnych analityków przyjęli ten punkt widzenia^{[potrzebne źródło]}. Również Sun Microsystems przez pewien czas był zaliczał się do tej grupy, jednak od połowy 2007 zaczął promować nową spółkę z IBM, prawdopodobnie zawierającą wsparcie dla systemu operacyjnego firmy OpenSolaris uruchamianego na IBM mainframe-ie^{[potrzebne źródło]}. Ogólny konsensus (utrzymany przez Gartnera i innych niezależnych analityków) jest taki, że nowoczesny mainframe często ma unikalną wartość i największą wydajność szczególnie dla przedsięwzięć na ogromną skalę^{[potrzebne źródło]}. W rzeczywistości Hewlett-Packard także kontynuuje pracę nad stworzeniem własnego mainframe (prawdopodobnie)^{[potrzebne źródło]}, NonStop system pierwotnie stworzonego przez Tandem. Partycję logiczną LPAR można także znaleźć w wysokiej klasy serwerach UNIXowych i wielu sprzedawców promuje dzisiaj wirtualną technologię, w wielu przypadkach opartej na osiągnięciach IBMa^{[potrzebne źródło]}.

System z9 ma wbudowaną wyjątkową funkcję^{[potrzebne źródło]}, wykonuje każdą instrukcję dwukrotnie, porównuje uzyskane wyniki i przesuwa "w locie" przeciążenia na mniej obciążony procesor, wliczając w to zapasowe procesory, bez żadnych wpływów na funkcjonujące aplikacje lub zalogowanych użytkowników. Ta cecha również występuje w systemie NonStop HP i jest znana jako lock-stepping (dwa procesory pobierają kolejną instrukcję razem i sprawdzane są uzyskane wyniki). Nie wszystkie aplikacje potrzebują zapewnienia integralności danych jaką ten system dostarcza, ale wiele ją wymaga^{[potrzebne źródło]}, np. aplikacje bankowe.

[edytuj] Rynek (sektor)

Na początku 2006 roku, udział rynkowy urządzeń mainframe firmy IBM wynosił 90%, jednak nie jest on jedynym sprzedawcą tego sprzętu. Unisys stworzył mainframe'y ClearPath Plus z systemami operacyjnymi OS2200 i MCP wywodzącymi się z Sperry i Burroughs oraz jednocześnie umożliwiajacymi uruchomienie systemów Linux i MS Windows. Hitachi współprojektowało zSeries 800 z IBM w celu zmniejszenia kosztów. Hewlett-Packard sprzedał swoje unikalne systemy NonStop firmie Tandem Computers i Group Bull's DPS. W Europie są dostępne mainframe'y DPS grupy Bull. Unisys i HP z powodu redukcji kosztów projektowania własnych procesorów w coraz większym stopniu uzależniało się od procesorów Intel, podczas gdy IBM posiadał własny duży ośrodek badawczy i rozwojowy wprowadzający własne technologie mainframe'owe. Platform Solutions Inc., wprowadziła na rynek serwery z procesorami Intel Itanium 2 wyposażone w firmware emulujacy IBM System z. PSI i IBM są zaangażowane w serie sporów prawnych. IBM oskarża PSI o naruszenie patentów i odmawia udzienia licencji na swój software uruchamiany na platformie PSI, podczas gdy PSI skarży IBM o załamanie praw anty-monopolowych.[2][3]

[edytuj] Historia

IBM zSeries 800 - może być na nim uruchomiony klon Linuksa (zLinux) nie tylko dlatego, że na obudowie procesora jest naniesione logo linuksowe

Produkcja komputerów mainframe zaczęła się pod koniec roku 1950. Pierwsze komputery mainframe znane były pod nazwą "IBM and the Seven Dwarfs": IBM, Burroughs, Control Data, General Electric, Honeywell, NCR, RCA, i UNIVAC. Potem rozdzieliły się na IBM oraz BUNCH. Dominacja IBM rosła dzięki ich systemowi "700/7000 series" oraz rozwinięta póżniej w "System/360". Z czasem technologia ta rozwijała się i ewoluowała do obecnej "zSeries/z9". IBM twierdzi, że może ciągle uruchamiać "24-bit System/360 code", podczas gdy serwery "64-bit zSeries" oraz "z9 CMOS" nie mają nic fizycznie wspolnego ze starszymi konstrukcjami. UNIVAC zostal wchłoniety przez Sperry ktory kontynował rozwój tej linii w postaci mainframów 2200 Series z systemem operacyjnym OS/2200. Burroughs rozwijał swoja linię mainframów B5000 z systemem operacyjnym MCP. Jednocześnie dostawcami spoza USA byli: Siemens, Telefunken w Niemczech, ICL w Anglii, oraz Fujitsu, Hitachi, Oki, NEC w Japonii. Podczas zimnej wojny państwa należące do Układu Warszawskiego produkowały klony "System/360" pod nazwą RIAD. W Polsce produkowano własne konstrukcje oraz klony mainframów ICL pod nazwą Odra. W Związku Radzieckim opracowywano własne systemy, takie jak Ural i Strela.

Malejące wymagania oraz zacięta rywalizacja spowodowały selekcję na rynku na początku lat 80. Honeywell zostało wykupione przez Bull, UNIVAC został działem Sperry Corporation, który potem w roku 1986 złączył się z Burroughs w firme o nazwie Unisys Corporation. Sperry i Borroughs po połaczeniu ciągle wspierają oraz rozwijają swoje mainframe które obecnie wyewoluowały w platformę Clearpath Plus. W roku 1991 AT&T przemianowano na NCR. W latach 80. korporacje odkryły serwery bazujące na architekturze mikrokomputera, można je było uruchomić za ułamek ceny zakupu i oferowały lokalnym użytkownikom o wiele większą kontrolę nad ich własnymi systemami. Terminale używane do interakcji systemu mainframe z użytkownikiem zostały zastąpione poprzez zwykłe pecety. W rezultacie wymagania malały, a nowe instalacje systemów mainframe były ściśle dopasowane do wymagań finansowych, serwisowych oraz zadaniowych.

W wczesnych latach 90. XX wieku wśród analityków pojawiła się teoria, że platforma mainframe jest platformą kończącą się oraz, że będzie ona stopniowo zastępowana poprzez platformę komputerów osobistych. Pogląd ten zaczął się jednak zmieniać pod koniec lat 90. kiedy to korporacje znalazły nowych użytkowników dla ich istniejących komputerów mainframe, co było spowodowane między innymi obniżeniem kosztów dostępu do internetu na świecie. Dodatkowo wzrost e-biznesu także drastycznie zwiększyły liczbę transakcji oraz procesów przetwarzanych przez komputery mainframe, wzrost wielkości oraz wydajności baz danych także nie został bez znaczenia. Dodatkowym atrybutem zwiększającym liczbę użytkowników komputerów mainframe było zwiększenie liczby dystrybucji systemu Linux, które mogły być na tym systemie uruchomione. Systemy mainframe mogły uruchomić wiele systemów dedykowanych jako maszyny wirtualne jednocześnie. Linux zezwalał także na wykorzystanie oprogramowania open source wraz z mainframe-owym sprzętem RAS. Ciągły wzrost i dystrybucja komputerów na nowo powstałe rynki, zwłaszcza Chiny, stworzyły nowe problemy informatyczne stawiane komputerom mainframe np. jednoczesna obsługa transakcji online wykorzystująca bazy danych dla miliarda klientów jednocześnie (banki, raporty kredytowe, serwisy rządowe).

[edytuj] Mainframe kontra superkomputer

Różnica pomiędzy superkomputerem i mainframe nie jest zbyt oczywista, generalnie można powiedzieć że, superkomputery stosuje się do rozwiązywania problemów które wymagają dużej szybkości obliczeń, podczas gdy mainframe'y stosuje się gdy potrzebna jest wysoka wydajność I/O(Input/Output), niezawodność oraz jednoczesna obsługa różnorodnych procesów biznesowych (en:mixed workload). Wyliczmy kilka podobieństw i różnic:

• Oba typy systemów stosują przetwarzanie równoległe. Superkomputery zwykle pozwalają programistom tworzyć bardziej złożone programy, podczas gdy mainframe-y są zwykle używane do uruchomienia wielu programów(zadań) równolegle. Jednym z efektów tej różnicy jest prosta zależność pomiędzy liczbą procesorów mainframe-a a jego wydajnością.
• Superkomputery są optymalizowane dla złożonych obliczeń, które głównie odbywają się w pamięci komputera, podczas gdy mainframe-y optymalizowane do wykonywania relatywnie prostych obliczeń na olbrzymich zasobach danych zewnętrznych, Na przykład przewidywanie pogody(modele klimatyczne) lepiej pasuje do superkomputerów, a przedsiębiorstwa ubezpieczeniowe czy banki wykorzystują w swojej działalności mainframe-y.
• Superkomputery są często budowane dla ściśle określonych zadań konkretnej instytucji (np. symulacje czy modelowanie), podczas gdy mainframe-y mogą wykonywać znacznie szerszy zakres zadań (np. przetwarzanie danych, hurtownie danych). Konsekwencją tego jest, że większość superkomputerów jest projektowanych i budowanych na zamówienie, podczas gdy mainframe'y zwykle są oferowane przez producentów jako linia produktów z których zamawiający wybiera odpowiedni dla potrzeb model.
• W świecie mainframe'ów istnieje tendencja do obudowywanie głównego centralnego zespołu procesorów wieloma procesorami usługowymi przeznaczonymi do takich zadań jak: obsługa I/O, monitorowanie pracy, usługi kryptograficzne, obsługa pamięci, konfiguracja sprzętu, automatyzacja obsługi i wznawiania pracy po awarii itp. Stąd rzeczywista liczba procesorów może znacznie przewyższać oficjalnie podawaną przez producenta. Podczas projektowania superkomputerów nie stosuje się tak wielu procesorów usługowych i koncentruje się na zwiększaniu liczby jednostek przetwarzania liczb zmiennoprzecinkowych.
• Wydajność superkomputerów określa się zwykle w MIPS lub FLOPS, podczas gdy wydajność mainframe'ów zwykle w jednostkach en:TPC-C, en:TPC-E, en:TPC-H lub jednostkach wprowadzonych przez producentów dla porównywania wydajności poszczególnych modeli np. en:RPM (Relative PerforMance) lub en:LSPR (Large System Performance Reference).^[1] Użytkownicy mainframe'ów żartobliwie rozszyfrowują skrót MIPS jako "Meannigless Indication of Processor Speed" czyli "nic nieznaczący wskaźnik szybkości procesora".

[edytuj] Statystyka (dotyczy tylko IBM mainframe)

• 85% oprogramowania na komputery klasy mainframe jest napisane w języku COBOL, pozostałe aplikacje zostały napisane w PL/I (około 5%), Assemblerze (około 7%) oraz w innych językach^{[potrzebne źródło]}. Według oceny eWeek rocznie tworzonych jest kilka milionów linijek kodu, i niedługo liczba programistów COBOL-a przekroczy milion^{[potrzebne źródło]}. Co prawda coraz większą popularność wśród programistów piszących dla systemów mainframe^{[potrzebne źródło]} zdobywa JAVA, C oraz C++ to COBOL i tak zostaje najbardziej użytecznym językiem, może dlatego, że przede wszystkim jest używany do tworzenia oprogramowania biznesowego^{[potrzebne źródło]}.
• COBOL uzyskał ostatnio liczne cechy zorientowane na technologie WEB, takie jak chociażby parsowanie XML. Również język PL/I podąża ścieżka adoptującą cechy nowoczesnych języków.
• 90% Maszyn klasy Mainframe posiada system transakcyjny CICS (ang. – en:CICS – Customer Information Control System).^[2] Pozostałe oprogramowanie spina system IMS – Information Management System z bazą danych DB2 oraz IBM WebSphere MQ z WebSphere Application Server.
• IBM twierdzi, że od 2004 pozyskał ponad 200 nowych klientów, czyli takich którzy nigdy wcześniej nie posiadali maszyn typu mainframe^{[potrzebne źródło]}. Wiele z nich używa tej maszyny do obsługi systemu Linux, te i pozostałe firmy, które korzystają z systemu z/OS, aby zwiększyć efektywność swoich przedsiębiorstw^{[potrzebne źródło]}.
• W maju 2006 roku IBM podał, że ponad 1700 jego klientów używa na swoich maszynach Linuksa. Nomura Securities w Japonii stwierdziła na łamach czasopisma LinuxWorld że ponad 200 procesorów IFL jest w stanie zastąpić wszystkie serwery dedykowane dla normalnych maszyn^{[potrzebne źródło]}.
• Większość maszyn typu mainframe działa bez przerwy na 70% użycia zasobów. Często spotykanym obciążeniem jest 90% zajętości, a większość współczesnych maszyn jest zdolna do utrzymywania 100% zajętości procesora przez dłuższe okresy czasu, ustawiając sobie wykonywanie zadań według procesów biznesowych bez przerywania pracy.
• Mainframe posiada reputację jednego z najdroższych komputerów na świecie^{[potrzebne źródło]} jednak dzisiejsza rzeczywistość jest zupełnie inna^{[potrzebne źródło]}. W roku 2006 roku możliwie było zakupienie i skonfigurowanie kompletnej maszyny z oprogramowaniem, macierzą i wsparciem technicznym za sumę około 50 tysięcy dolarów. Jednak liczba personelu technicznego spadła około 50% więc jest to ogromna oszczędność. Za system z/OS minimalnie trzeba płacić 1,500 dolarów rocznie.

[edytuj] Szybkość i wydajność

Szybkość CPU dawniej mierzona była w MIPS-ach (milionach operacji na sekundę), a używano tej miary do porównywania możliwości obliczeniowych procesorów/systemów. Najmniejszy dzisiaj system mainframe IBMa ma prędkość 26 MIPSów (IBM z9 BC A01), największy - 17.801 MIPS (według IBM Reference Performance szybkość systemu mainframe IBM z9 EC model 754). Dla porównania współczesny procesor Intel Core 2 X6800 przy prędkości 2,93 GHz osiąga 27.079 MIPS, czyli prawie dwukrotnie więcej na korzyść procesora stosowanego w zwykłym komputerze x86. Z kolei jednak rozwiązanie Parallel Sysplex^[3] pozwala połączyć do 32 komputerów takich jak z9, powodując że zachowują się one jako jedna logiczna jednostka, uzyskując dzięki temu wydajność około 569.632 MIPS^[4]. Z tego względu obecnie mylące jest obliczanie i porównywanie wydajności systemów za pomocą MIPS-ów często nazywanych dlatego żartobliwie "Meaningless Indication of Processor Speed" czyli "nic nieznaczący wskaźnik szybkości procesora"^[5].

Złożoność architektury procesora współczesnego mainframe zredukowała znaczenie MIPS do mierzenia aktualnej liczby wykonywanych operacji przez procesor, ponieważ we współczesnym systemie istotna jest nie tylko wydajność procesora, ale również wydajność systemu I/O oraz możliwości wirtualizacji zasobów. Dlatego IBM opublikował LSPR - Tabelę referencyjną wydajności wielkich systemów^[1] (ang. Large System Performance Reference) z wartościami odniesionymi do różnych modeli pracy, w tym np. dla różnych obciążeń maszyn zSeries.

Przypisy

[edytuj] Linki zewnętrzne

• IBM Mainframe portal
• IBM eServer zSeries mainframe servers
• Univac 9400, mainframe z 1960 roku wciąż w użyciu w niemieckim muzeum.
• Mainframe na polskiej uczelni
• Definicje testów organizacji TPC