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大型主机操作系统基础,肖政灵 四川大学IBM技术中心,第一章 大型主机操作系统概述,内容提要 大型主机操作系统 z/OS介绍 虚拟存储和地址空间 z/OS的特点 z/OS的软件产品 z/OS的中间件 z/OS与UNIX,IBM主机系统教育中心（ 成都）,拥有IBM新型的64位Z系列大型机一台，大型机设置了z/OS V1.5以及Linux for zSeries操作系统，并装配有DB2,IMS,Websphere,CICS TS等应用软件，中心配备相应的外围设备作为控制台。精密空调和UPS供电系统等辅助设备使得中心也适宜于生产环境下主机产品的运行。,大型机IBM eServer zSeries z900,组成部件 主机（型号2064） 磁盘柜ESS（型号2105） 磁带机（型号3590） 通讯控制器（型号2074）,主机系统,型号： 2064-2C2 处理器： 64位2个处理器 (可扩充至20个处理器) 处理速度：600MIPS 内存： 16GB 目前逻辑分区：4个，最多可达15个 I/O吞吐能力：最低每秒24GB,存储系统,型号： Shark 磁盘阵列 容量： 873.6GB （可扩充至11.2TB） 磁盘阵列,I/O通道,最多256个ESCON通道，或者160个ESCON通道 96个FICON 目前2路OSA通道 令牌环、FDDI、以太网、ATM,主机总揽,主机特点：RAS高可靠性、高可用性、高服务性 操作系统：z/OS V1R5、 LINUX 系统软件：DB2 V7、IMS 、Websphare 5.0、CICS TS 2.3等 支持语言：JCL、C、COBOL、JAVA、FORTRAN、PL/I、汇编等 应用特征：高性能科学计算、数据分析、联机事务处理、图形处理等 适用范围：具有大量数据处理要求，对系统稳定性，安全性要求较高的各种商业应用系统开发和运行。,大型机概念, 大型机是商业中用于储存 商业数据库，事务处理/交 易服务和应用程序的机 器，相比于小规模的计算 机，大型机上的这些程序 和服务要求更高的安全性 和可用性。 RAS - reliability, availability, serviceability 指计算机系统的总可靠性、响应故障的能力和进行完全不停机维护的能力。,Roles in the mainframe world,大型机上的操作系统,z/OS 由OS/390更新演变而来的，具有极高的可升级性和高可靠性的计算机操作系统.它是基于64位z结构的操作系统. 以运行紧急任务而具有更高可靠性而著称的. 支持Web和Java应用. z/VM 这种虚拟机使每一种操作系统看起来像拥有自己的资源.虚拟机和监控系统一起使用,广泛应用于一些大型企业的服务器上,它可以支持用户之间大量的数据交换,同时运行多个程序. VSE为批处理和在线交易处理提供相对较小的、更简易的环境。 Linux for zSeries 将 IBM 大型机的优点和 Linux 操作系统的开放标准的灵活性结合起来。简化业务集成 ，快速部署。 z/TPF z/Transaction Processing Facility 是大多数客户的大容量交易事务处理平台的首选。这些客户涉及各行业，包括航空、货运、金融、卫生保健和旅游。,z/OS介绍z/OS的系统运行方式,S/370本机模式 主机同样可以执行S/370的217条指令，但是它利用S/370的扩展实寻址的26为地址，可以将重要存储器扩展到64位。中央存储器的容量的增大意味着页面调度次数（PAGING）的减少，因而提高了整个系统的性能。 ESA/390方式 是按企业系统结构ESA/390所确定的功能来进行的，其指令集扩展到了229条指令。它使用32位地址，因此虚拟地址空间扩展大了2GB，但仍与24位的程序相兼容 ESA/390 LPAR方式 系统虽然物理在一个机柜里。但是在逻辑上，它最多可以分成16个部分，这种在逻辑上的划分是由PR/SM微码来完成的。每个系统可以拥有自己的通道 CPU和内存，每个部分都可独立工作独立安装一个系统。 COUPLE FACILITY 方式 主机被作为了一个单独管理数据的主机。这种模式要运行CFCC微码，没有任何应用程序在CFCC上运行。主要是在并行耦合系统中应用。,大型机体系结构的发展历史 使用了独有的处理器、操作系统、它自己的文件系统、截然不同的硬盘格式化方法和其它一些独有的技术。,z/OS介绍z/OS使用的硬件资源,z/OS介绍模块和宏,一组相关的指令称为一个程序或功能模块。能完成某项特殊功能的相关功能模块集称为系统组件 执行经常使用的系统功能的一系列指令能通过调用可执行的宏指令(宏)实现,z/OS介绍程序状态字,程序状态字（PSW）是一个64位的数据区，与控制寄存器、计时寄存器和预处理寄存器一起位于处理器中，它为硬件和软件提供关键的细节信息 当前的PSW包括下一条程序指令的地址和正在运行的程序的控制信息 每个处理器只有一个当前PSW,z/OS介绍多道程序设计和多重处理,z/OS能支持多道程序设计，或同时执行不同用户的多个程序 z/OS在另外一个程序运行之前通过捕捉并保存被中断程序的所有相关信息来实现多道程序设计 z/OS还可以执行多重处理，即让两个或更多的处理器共享各种的硬件资源同时运行，如内存和外部磁盘存储设备 多道程序设计和多重处理技术使得z/OS非常适合处理需要很多I/O操作的作业 多个用户运行许多各自的程序意味着，除了需要大量复杂的硬件以外，z/OS用户还需要大量的内存来确保相应的系统性能,z/OS介绍 Control Block控制块,一种作为传输媒介为整个z/OS 通信提供服务的数据结构 当程序执行z/OS系统的任务时，它们在名为控制块的存储区域监控该任务的执行情况。 z/OS存在四种类型的CB 与系统相关的控制块 与资源相关的控制块 与作业相关的控制块 与任务相关的控制块 许多同类型单元的控制块可以串接成队列，每个控制块指向队列中的下一个控制块。 三种最常使用的CB 任务控制块(TCB)，用于表示一个任务单元 服务请求块(SRB)，用于表示一个系统服务的请求 地址空间控制块(ASCB)，用于表示一个地址空间,z/OS介绍z/OS使用的物理存储,从概念上来说，大型机和所有其他计算机都有两种类型的物理存储 大型机处理器自身的物理存储，也称为处理机存储器或实存，可以认为它是大型机的内存。 大型机外围的物理存储，包括直接访问的存储设备，譬如硬盘驱动器和磁带驱动器。这种存储称为辅助存储器。 这两种类型的存储的主要区别与它们被访问的方式有关，即： 实存的访问与处理器是同步的。就是说，在数据从实存中取出之前处理器必须等待。 辅助存储是异步访问方式。处理器通过输入/输出（I/O）请求访问辅助存储，这个I/O请求根据系统中其它任务的要求按照预定时间运行。,虚拟存储和地址空间,z/OS使用两种类型的物理存储（实存和外存）来实现另外一种存储虚拟存储 在z/OS中，每个用户都访问虚拟存储，而不是物理存储 当处理很大的任务时，使用虚拟存储对于z/OS同时与大量用户交互这种独特的能力是至关重要的 z/OS使用多种存储管理部件来管理虚拟存储,虚拟存储和地址空间虚拟存储,虚拟存储意味着每个运行的程序可以假定它访问的是由体系结构地址表定义的所有实存 唯一的限制是存储器地址的位的个数 z/OS支持64位的地址，这允许一个程序寻址高达18446744073709600000字节（16）的存储空间 为了使每个用户程序执行时感觉在计算机系统中真有这样大的实存，z/OS只把每个程序的作用部分（active portion）存放于实存中。而把其余的代码和数据保存在辅助存储上的特殊文件中，这种辅助存储通常由一些高速的直接访问存储的设备（DASDs）组成,虚拟存储和地址空间地址空间,操作系统分配给用户或独立运行的程序的虚拟地址范围称为地址空间（Address Space）这是执行指令和存储数据可利用的相邻的虚拟地址区域。地址空间的虚拟地址范围从0开始，并可扩展到操作系统的体系结构允许的最高地址 z/OS为每个用户提供独一无二的地址空间，并维持属于各个地址空间的程序和数据之间的差异 从某种程度上讲，z/OS中这种地址空间的使用和UNIX线程是类似的，即UNIX内核支持同时执行的多线程 一个运行的z/OS系统上会存在很多个地址空间,z/OS的特点（1）,在z/OS中使用了地址空间。使用这一概念有很多优点：不同地址空间中私有空间的隔离提供了系统安全性，然而每个地址空间同时提供每个地址都能访问的公共区域 系统能保持数据完整性，无论系统中的用户数量有多大。z/OS阻止用户随意访问或改变任何系统的对像，包括用户数据，除非使用系统提供的强制遵守授权规则的接口 系统能完成大量并发的批处理任务，而不需要客户从外部处理由于并发执行或使用给定数据集时发生冲突引起的工作量平衡问题或完整性问题 安全性设计覆盖了从系统功能到一般简单文件的各个层面。安全性可以整合到应用程序、资源和用户层面 系统允许多子系统同时通信，这为多个完全不同的面向通信的应用同时运行时提供了极大的灵活性。譬如，多个TCP/IP堆栈可以同时操作，每个堆栈都有不同的IP地址并为不同的应用提供服务,z/OS的特点（2）,系统提供了丰富软件的恢复级别（recovery levels），使生产环境中的系统几乎不必进行非计划的系统重启。系统接口允许应用程序提供自己的恢复级别(layers of recovery)。简单的应用很少使用这些接口，通常复杂的应用才会使用到 系统程式化地管理多个完全不同的任务，自动平衡资源以满足系统管理员确定的生产需求 系统被设计成程式化的管理大量I/O配置以支持方便的扩展，这些I/O设备可能包括数千个硬盘，多个自动磁带库，多台的打印机，大量网络终端等等 系统可以由多个操终端控制，也可以根据系统API编写一些管理程序以完成某些自动管理功能 系统管理员接口是z/OS的关键功能。它提供状态信息，异常情况消息，工作流控制，硬件设备控制，并允许操作员完成特殊的恢复,z/OS的软件产品,安全系统RACF 编译器C、COBOL 相关的数据库DB2 事务处理程序CICS,IMS,Websphere 排序程序DFSORT 其他产品SDSF,z/OS的中间件,运行大范围的日常事务（批处理任务，事务处理，网络服务，数据库查询和更新等的混合）是z/OS的一大特征。 数据库系统 网络服务器 消息队列和路由功能 处理管理器 Java虚拟机 XML处理功能,A brief comparison of z