（电路与系统专业论文）应用于测试环境的minizos操作系统的设计与实现.pdf

r 。 。1 。 删f i f f f 川川删 淼淼铷 m8 0 9 7 4 9 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 王豫日期：矽7 年 厶月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名：王数 日期：渺阡6 月易日 糊签名绋 日期：y 7 年石月日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程 ，同意将本人的 学位论文提交“c a l l s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益。圄童诠塞握童卮溢卮；旦堂生；旦二生；堕，二生蕴查! 作者签名： 磁 日期矽毋6 月 ，日 导师签名： 日期矽 日 出m 大型机作为一种大型商用服务器系统，是目前企业级数据集中处理的主要 平台。它以卓越的可靠性、可用性和和服务性，广泛应用于银行，航空，电信和石 油等重要领域。这些领域的共同特点是，要求系统能够提供长时间不间断的服务。 在生产环境下，z o s 上会运行众多重要的应用系统，因此生产系统的更新和重 启都会受到严格的限定。而在测试环境中，主要工作包括对操作系统和应用系统的 功能测试与产品升级，这些工作都需要系统的重新启动。而且，在某些紧急情况下， 需要系统连续的多次重启。z o s 的一次重起，需要3 个小时左右，这种情况对于测 试环境而言，是非常不方便的。 测试系统运行实践表明，引起系统重启失败的原因，往往是其中某个子系统的 错误引起的。而重新启动整个系统，必然会耗费大量的时间。所以，本文通过删减 测试系统的部分应用子系统，并重新设置系统参数，设计并实现了应用于快速启动 的m i n z o s 操作系统。 本文首先从启动过程、系统结构和系统组成数据集三个方面，对z o s 操作系 统进行了详细分析。并结合开放平台上广泛应用的操作系统裁剪技术，对z o s 操 作系统进行了裁剪、定制和调试，实现了m i n i z o s 操作系统。最后分别对系统启 动和用户登陆进行7 n 试，结果表明，m i n i z o s 可以有效作为测试环境中的快速 启动系统。 关键词：大型机；数据集中；测试环境；裁剪技术；z o s a b s t r a c t i b mm a i n f r a m ei so n eo ft h eb i g g e s tc o m m e r c i a ls e r v e rs y s t e m sw h i c ha r eu s e d f o r d a t ac o n c e n t r a t i o np r o c e s s i n go fe n t e r p r i s es i n c et h ei n t r o d u c t i o ni n1 9 6 4 i ti sp l a y i n g a k e vm l ei nt h ef i e l do fb a n k ，a e r i a l n e s s ，t e l e c o m m u n i c a t i o na n do i l a si t se x c e l l e n t r e l i a b i l i t y 、a v a i l a b i l i t y a n ds e r v i c e a b i l i t y t h e s ee n t e r p r i s e sr e q u e s tt h es y s t e mt o p r o v i d et h el o n gt i m eu n i n t e r r u p t e ds e r v i c e i nt h ep r o d u c t i v ee n v i r o n m e n t c o u p l e so fi m p o r t a n ta p p l i c a t i o ns y s t e m sm n o n z o s s ot h eu p g r a d ea n dr e s t a r tw i l lb er e s t r i c t e ds t r i c t l y b u ti nt h et e s t i n g e n v i r o n m e n t ， m a i nt a s k sc o n s i s to ff u n c t i o nt e s t i n ga n dp r o d u c t i o nu p g r a d ef o r b o t ho p e r a t i n gs y s t e m a n da p p l i c a t i o ns y s t e m a n dt h es y s t e mr e s t a r ti sm a n d a t o r yf o rt h e s et a s k sc o m p l e t l o n h o w e v e r , m u l t i p l es y s t e mr e s t a r t si nu r g e n ts i t u a t i o na r en o tc o n v e n i e n t a se v e r y 佗s t a n w i l lt a k e sa b o u t3h o u r s a c c o r d i n gt ot h eh i s t o r y o ft e s t i n gs y s t e mr u n n i n g t h ef a i l e ds y s t e mr e s t a l tl s a l w a v so c c u r r e db yt h ee r r o ro fo n eo ft h es u b s y s t e m s i tw i l ls p e n dl o t s o ft i m ei fw e r e s t a r tt h ew h o l es y s t e m s ot h i st h e s i sd e s i g n sa n di m p l e m e n t st h em i n i z o so p e r a t i n g s y s t e mf o rf a s tr e s t a r tb yr e d u c i n gs o m ea p p l i c a t i o ns u b s y s t e m s f i r s t l y , t h i st h e s i sa n a l y s e st h er e s t a r tp r o c e s s i n g s y s t e ms t r u c t u r ea n d m i l l ns y s t e m d a t a s e t si nd e t a i l s a n dt h e n ，b a s e do nt h es y s t e mt a i l o r i n gt e c h n o l o g yf o rt n eo p e n p l a t f o r m ，m i n i ，z o si sd e s i g n e db yd o i n gt h et a i l o r , c u s t o m i z ，a t i o na n d t e s t i n g l a s t l y , s v s t e mr e s t a r ta n du s e rl o g o nh a v eb e e nt e s t e ds u c c e s s f u l l y t h ep r o j e c tr e s u l ti n d i c a t e d t h i ss y s t e mc a nb ee f f e c t i v e l yu s e di nt h et e s t i n ge n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：m a i n f r a m e ；d a t ac o n c e n t r a t i o n ；t e s t i n g e n v i r o n m e n t ；t a i l o r i n g t e c h n o l o g y ；z o s u 2 1z o s 操作系统的初始化分析5 2 1 1 载入操作6 2 1 2 初始程序载入7 2 1 3 内核初始化7 2 1 4 主调度器和子系统初始化9 2 2z o s 操作系统各组成子系统分析”9 2 2 1 作业进入子系统j e s 1 0 2 2 2 存储管理子系统s m s 1 0 2 2 - 3 分时子系统t s o 1 1 2 2 4 安全控制子系统r a c f 1 1 2 2 5 基本控制程序b c p 1 1 2 2 6 远程通信访问子系统v t a m 一1 2 2 3z o s 操作系统的主要数据集分析1 2 2 3 1 三种主要数据集类型的性能分析“1 2 2 3 2 系统参数库s y s l p a r m l i b 的参数分析1 3 2 3 3 系统目录的结构分析一1 6 3 m i n i z o s 操作系统的设计 1 8 3 1j e s 2 子系统的设计。1 8 3 1 1j e s 2 处理作业的过程“1 8 3 1 2j e s 2 的初始化及主要组成部分“1 9 3 1 3j e s 2 假脱机( s p o o l ) 机制”2 0 3 1 4j e s 2 检查点( c h e c k p o i n t ) 机制”2 1 3 2 1t s o 子系统的组成2 1 3 2 2 终端地址空间t c a s 的创建2 2 3 2 3t s o 登陆程序的创建2 2 3 2 4v t a m 环境的建立2 3 3 3s m s 子系统的设计一2 4 3 3 1s m s 的四种存储管理类别的建立2 4 3 3 2 自动类别选择程序的建立2 7 3 3 3s m s 的初始化“2 8 3 4r a c f 子系统的设计2 8 3 4 1 组和用户的定义2 8 3 4 2 资源授权检查“3 0 3 4 3r a c f 子系统的初始化3l 4 m i n i z o s 操作系统中关键技术的实现 4 1 作业控制语言3 3 4 2 格式化系统卷3 4 4 3 创建系统主目录和用户目录3 5 4 4 创建系统数据集3 5 4 5 定制系统参数( c u s t o m i z a t i o n ) ”3 7 5 m i n i z o s 操作系统的启动测试 6 结束语 参考文献 4 0 在校期间发表的论文、科研成果等 附录1 中英文对照表 附录2 关键代码 4 6 4 8 5 3 5 5 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 绪论 1 1i b m 大型机及z o s 操作系统综述 在1 9 6 4 年，毋m 公布了3 6 0 系统，成为计算机发展史上的一个重要里程碑。 s y s t e m 3 6 0 是5 种不同型号计算机的统称，它克服了第二代计算机的品种重复、性 能单调、程序不兼容和用户负担重等缺点。命名3 6 0 的意思是指一个圆的3 6 0 度角， 表示能够提供全方位的应用服务，表达了这一计算机家族的普遍适用。在随后的 近半个世纪中，大型机及操作系统经过了三个发展阶段，如图1 - 1 所示。 舔r s 3 7 0 歪s a s 3 7 0 图1 1 大型机及操作系统发展阶段 在1 9 9 4 年，m m 发布了o s 3 9 0 操作系统。作为一个集成的企业服务器操作系 统，它将开放的通讯服务器、分布式数据和文件服务、并行复合系统支持、面向对 象程序设计以及开放应用程序接口集成为一个产品。由于它是在m v s 操作系统基 础上发展起来的，因而保留了m v s 的高可靠性、持续可用性及安全性等优异性能， 为用户提供了一个具有可扩充性的系统。m m 大型机以前的m v s 操作系统是封闭 的，而o s 3 9 0 转变成开放式的，它包括许多服务器软件，具有整合性的功能。 o s 3 9 0 除了保持原有m v s 的所有的功能和特性外，它还是一个完整的u n i x x p g 4 ( i p 通常所说的u n i x9 5 ) ，其主要功能包括： ( 1 ) u n i x 服务内核与分叉功能； ( 2 ) u n i x 服务文件系统汇合套接字； ( 3 ) u n i x 服务文件高速缓存，o s 3 9 0 的u n i x 服务文件高速缓存，允许将文 件从高速缓存放到虚拟存储器中( 位于与内核相连的数据空间中) ； ( 4 ) 内核裁剪转储支持。 内核裁剪转储支持添加了一个u n i xs v c 转储出口服务，这样就可以确保那些 具有u n i x 服务内核地址空间的非u n i x 服务实现s v c 转储。 在2 0 0 1 年，m m 发布了z o s 操作系统。它在系统集成方面，较之前的版本有 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 很大的提升，拥有很多增强功能以实现在z o s 环境中集成j a v a 负载，例如：支持 z 系列应用协处理器( z a a p ) 、改进的w e b 服务应用负载管理以及改进的m 网络可 用性。 新的z o s l 6 支持z 系列应用协处理器( z a a p ) ，它是m m 为了在z 系列上集成 各种w e b 应用，所提供的业界第个这种类型的专用处理器，能够为客户提供了一 个专用的j a v a 执行环境，允许客户在同一z 系列平台上集成基于j a v a 技术的w e b 应用以及现有的核心业务应用和数据。z 系列应用协处理器( z a a p ) 能够帮助提高整 体系统效率，简化服务器基础架构，提高运行效率，同时帮助降低z 系列平台上j a v a 应用的计算总成本【2 】。 除此之外，z o s l 6 对多种新应用技术都进行了改进，包括新的z o su n i x 指 令、6 4 位c c + + 应用开发支持和新的c c + + 编译器选项，通过这些改进可以对z 8 9 0 和z 9 9 0 服务器进行充分的开发和利用。此外，还发布了可以单独选购的6 4 位j a v a s d k1 4 1 。 在服务方面，z o s 可通过任务管理系统( w l m ) 对d b 2 可存储程序进行更精密的 优化，并提升了在一个系统综合体中的高可用t c p i p 网络功能，当正式上市时， z o s l 6 可通过z 9 9 0 j 艮务器上的一个单一z o sl p a r ( 逻辑分区) 支持多达2 4 个处理器， 因而提高了可支持的新负载的规模。 1 2 测试环境中m i n i z o s 的研究意义 z o s 作为一种大型商用服务器操作系统，从系统结构而言，主要包括了作业处 理( j e s 2 ) 、存储管理( s m s ) 、远程通信管理( v t a m ) 、分时系统( t s o ) 和安全控制系 统( r a c f ) 。从功能上，又可以分为生产环境系统和测试环境系统。 在生产环境中，z o s 系统上会运行两类应用系统。一种是产品应用系统，如 d b 2 数据库系统、i m s 数据库系统、c i c s 在线交易系统、m q 中间件系统和 w e b s p h e r e 等【3 】。另一种是系统管理应用系统，如系统任务管理系统( w l m ) 、作业 运行管理系统( o p c ) 和系统历史信息管理系统( s m f ) 等。同时，为了达到商用系统运 行的稳定性、可用性和服务性要求，会分别针对每一子系统制定操作管理流程。所 以，凭借完备的整体系统架构和严格的管理流程，大型机能够成为高端商用服务器 的主流平台。 z o s 和各子系统的产品升级，是大型机系统维护的主要难点。因为在生产环境 下，为保障重要应用的不间断服务，如银行在线交易服务等，系统一般要求2 4 小 时运行。但是，在系统或产品升级期间，系统必须重新启动。因此，对系统停止运 2 会配备 生产系 统进行升级操作。 在测试环境中，当z o s 或产品系统升级出现异常或失败时，需要回到原来的 状态，以检查和修复错误。目前，通常是采用设置两组完全一样的系统卷，当系统 测试失败无法完成启动时，就可以通过另外一组系统卷启动，以恢复到原来的状态。 这种方法实际是将操作系统进行全备份，实现简单，同时能够对整个系统进行检查 和更改。一般，这种功能子系统齐备的测试系统，一次系统重启需要3 个小时左右。 但是，在实际的测试环境中，导致系统无法正常启动的原因，往往是系统中某个子 系统产生的。因此在这种情况下，重新启动整个测试系统以恢复到原来的状态，浪 费了大量系统运行时间。换而言之，如果是系统某一子系统导致系统重新启动失败， 那么只需快速登陆到系统，进行重新设置修复即可。 这里所要做的主要工作，就是对z o s 系统中不需要的子系统，进行裁减删除， 以达到快速启动的目的。在嵌入式平台或中小型服务器上，经常会根据具体的应用 要求，对操作系统进行裁减使用，以减少系统资源开销。本文正是使用这种方法， 通过分析z o s 系统的启动过程和整个系统的组成结构，裁减出能够快速启动的 m i n i z o s 操作系统。 1 3 本文所做的主要工作和解决途径 本文是在毋m 全球服务中心m a i n f r a m e 项目组的支持下进行的，主要工作如下： ( 1 ) 从系统启动过程的角度，分别从硬件和软件两方面分析z o s 的初始化。硬 件系统初始化主要是指对初始微程序载入过程的分析。软件系统初始化分为载入操 作、初始程序载入、内核初始化和子系统初始化。通过系统初始化分析，以了解系 统启动过程中，有关的数据集、参数和子系统地址空间的创建情况。 ( 2 ) 从系统组成结构的角度，分析了z o s 几个主要子系统的功能和原理，并对 其在系统参数库( s y s l p a r m l i b ) 中的定义，进行了详细描述，以便准确设置 m i n i z o s 中的参数。 ( 3 ) 根据测试系统的快速启动要求，对z o s 系统进行功能裁减，设计出由四个 子系统组成的m i n i z o s 。并重点描述了各子系统的组成，实现方法和初始化设置。 ( 4 ) 在驱动系统( d e r i v i n gs y s t e m ) 中分四个步骤实现m i n i z o s 系统，包括格式 化系统卷、创建系统目录、创建系统数据集和定制系统参数。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s ( 5 ) 通过建立系统载入成员和定义系统载入文件，在硬件管理控制台( n m c ) 上 启动m i n i z o s ，并主要测试系统启动时间和用户登陆。 1 4 本文的主要内容和结构安排 全文共六章： 第一章为绪论，简述了本课题的目的与意义，分析了m m 大型主机及其操作 系统的技术发展特点。 第二章为z o s 操作系统的结构分析，该章主要从系统初始化和组成结构两方 面，对系统组成数据集、参数设置、地址空间的建立和子系统工作原理等进行了分 析。 第三章为m i n i z o s 操作系统的设计，重点分析了m i n i z o s 的作业处理子系 统、存储管理子系统、分时子系统和安全管理子系统的原理及设计方法。 第四章为m i n i z o s 操作系统的实现，主要内容包括系统卷的格式化、数据集 的创建于更新、系统主目录和用户目录的创建，并最后对系统参数进行定制 ( c u s t o m i z a t i o n ) 。 第五章为m i n i z o s 操作系统的测试，主要通过硬件管理控制台( h m c ) 启动 m i n i z o s 系统，并测试用户登陆。 第六章为结束语，对全文工作进行总结，包括本文的特色和不足，并对进一步 的工作进行了讨论。 4 m i n i z o s 的建立，是在功能完备的z o s 操作系统的基础上，经过功能裁减实 现的。本章从系统初始化和组成结构两个方面，主要对z o s 操作系统的启动过程、 子系统的功能与原理、参数定义和相关系统数据集等进行了分析。 2 1z o s 操作系统的初始化分析 z o s 的初始化过程，包括硬件系统初始化和软件系统初始化。首先执行的是初 始微程序载a , ( i m l ：i n i t i a lm i c r op r o g r a ml o a d ) 过程，该过程将硬件支持微码载入处 理部件，并通过读取输入输出配置数据集( i o c d s ：i n p u t o u t p u tc o n f i g u r a t i o nd a t as e t ) 中的信息对硬件设备进行初始化配置【4 】。 该过程完成后，系统操作员需在控制台上进行初始程序载入( i p l ：i n i t i a lp r o g r a m l o a d ) 操作，该操作将确定系统输入输出配置的软件定义，并指定下一步初始化过 程所需的l o a d x x 成员参数【5 】。l o a d x x 成员参数指定了操作系统的主目录( m a s t e r c a t a l o g ) ，标记了操作系统初始化的核心，以及大量初始化过程所需的参数定义。 系统通过这些参数启动主调度器( m a s t e rs c h e d u l e r ) ，进而创建系统地址空间、子系 统地址空间以及用户地址空间，从而完成初始化过程，如图2 1 和图2 2 所示。 图2 - 1 系统初始化过程1 5 u s e 潞c , o t l s o 钯$ 图2 - 2 系统初始化过程2 了解z o s 系统的初始化过程、初始化有关的参数以及初始化完成后存储系统 的状态，是设计实现m i n i z o s 的基础。 硬件系统的初始化主要是硬件系统的加电、初始微程序载入的过程。系统操作 员首先为主机和硬件控制台( h m c ：h a r d w a r em a n a g e m e n tc o n s o l e ) 力h 电，启动硬件 控制台和主机内的控制支持部件s e ( s u p p o r te l e m e n t ) 上的o s 2 操作系统，并载入 支持控制台操作的微程序代码。加电步骤结束后，操作员可登录到h m c 或s e 控 制系统，进行系统上电( p o w e r o n ) 操作。该操作将启动主机的外围设备的控制系统， 如磁盘控制器，通讯控制器等，这些外设控制系统被设定为远程启动，可由主机控 制上下电动作。本操作结束后，操作员还应进行上电重置( p o w e ro nr e s t ) 和分区激 活( a c t i v a t e ) 操作，使各系统和分区处于硬件就绪状态。具体来讲，可以将z o s 操 作系统的初始化分为以下四个步骤来完成【6 】。 2 1 1 载入操作 硬件系统就绪后，操作员在h m c 上对分区系统进行载a ( l o a d ) 操作。作为启 动软件系统的第一步，该操作需要确定载入参数，以确定以下信息： ( 1 ) 系统磁盘卷地址 6 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 载入操作参数一般用九个数字字符表示( 如0 3 2 0 0 1 0 0 2 ) ，左起四位数字表示操 作系统引导卷的地址( 如0 3 2 0 ) ，该卷一般被称作系统驻留卷( s y s t e mr e s i d e n c e v o l u m e ) ，存放了系统引导内核、主目录以及主要的系统数据集。 ( 2 ) l o a d 成员后缀名 载入操作参数左起第五、六个字符，用来确定系统初始化时所需的基本载入参 数，该参数保存于系统数据集s y s1 p a r m l i b 的成员l o a d x x 内。x x 是成员名的 后缀，一般用数字表示，通常数据集s y s l p a r m l i b 中有多个l o a d x x 成员，可 适应不同的初始化需要，或在修改系统初始化参数时备份之用。后缀名可确定使用 哪一个成员记录的参数进行系统初始化，如载入操作参数0 3 2 0 0 1 0 0 2 确定了后缀名 0 1 ，表示使用s y s l p a r m l i b ( l o a d 0 1 ) 作为初始化参数数据集盯1 。 ( 3 ) 消息发送形式 载入操作参数左起第七个字符用来确定初始化过程中系统控制台( 非h m c 或 s e ) 上提示信息的出现形式。 ( 4 ) i e a n u c 成员后缀名 载入操作参数左起第八、九个字符用来确定内核数据集s y s l n u c l e u s 下成 员a m i c x x 的后缀名。 操作员在h m c 或s e 上执行了l o a d 操作后，主机操作系统初始化过程就开 始了。初始化的作用是定位系统可用的内存( 主存) 并为各个系统区域建立相应的虚 拟存储环境，包括初始化系统和存储设备、建立系统成员地址空间以及主调度器和 子系统的初始化。初始化过程可分为初始程序载入( 口l ) 和内核初始化两大步骤。 2 1 2 初始程序载入 通过分析，初始程序载入主要完成以下功能： ( 1 ) 将内核程序载入主存； ( 2 ) 将可动态地址转换的内核程序载入虚存并使其跨越地址为1 6 m 的虚存位 置，此内核将一部分位于1 6 m 虚存以下，一部分位于1 6 m 虚存以上； ( 3 ) 在虚存中建立动态内核的映像( n u c m a p ) ，其地址在内核程序之后； ( 4 ) 在虚存中建立页面表( p f t ：p a g ef r a m et a b l e ) ，其地址在内核映像之后； ( 5 ) 为系统队列区( s q a ：s y s t e mq u e u ea r e a ) 和扩充系统队列区( e s q a ) 分配最 小的虚存空间； ( 6 ) 为主调度器的本地扩充系统队列区分配适当的虚存空间。 2 1 3 内核初始化 7 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i s 内核初始化过程读取各种系统初始化参数，主要完成以下功能： ( 1 ) 根据系统队列区的初始化参数扩展其虚存空间； ( 2 ) 如果初始程序载入方式为冷载入，则在虚存中建立可调页的连接群集区 ( p l p a ：p a g e a b l el i n kp a c ka r e a ) 和扩充p l p a 区；如果初始程序载入方式为热载入 或快速载入，则为p l p a 和扩充p l p a 区重置地址表； ( 3 ) 如果设置了f i x 初始化参数，则将系统执行模块载入固定的连接群集区 ( f l p a ：f i x e dl i n kp a c ka r e a ) 和扩充f l p a 区； ( 4 ) 如果设置了m l p a 初始化参数，则将系统执行模块载入变更的连接群集区 ( m l p a ：m o d i f l e dl i n kp a c ka r e a ) 和扩充m l p a 区； ( 5 ) 为公共服务区( c s a ：c o m m o ns e r v i c ea r e a ) 和扩充的c s a 区分配虚存空间， 分配空间的大小由c s a 初始化参数确定。 内核初始化完成后，操作系统将为各个子系统建立大小为2 g 的虚拟地址空间， 每个虚拟地址空间由四部分组成： a 位于1 6 m 以下的公共区 b 位于1 6 m 以下的私有区 c 位于1 6 m 以上的扩充公共区 d 位于1 6 m 以上的扩充私有区 它们在虚拟地址空间的位置如图2 3 所示： 扩充私有区j 扩充公共区 公共区 私有区 公共区 扩j s l 钍j 甄& 夏 扩完雩p 区 扩克c s a 区 扩克恐陷7 f p a 3 e l p a 匿 扩亮s 戳基 扩克走援程譬区 沲接程序区 靴区 p l p k , f l p a i l p a 区 c s 矗区 乳戳- 7 s w h 基 胃户区 暮袭区 嚣置莓储区( p 文， 图2 - 3 虚拟地址空间 8 一王一工一一 ( 3 ) 可调页的连接群集区( p l p a ) ( 4 ) 固定的连接群集区( f l p a ) ( 5 ) 变更的连接群集区( m l p a ) ( 6 ) 系统队列区( s q a ) ( 7 ) 内核程序 驻留在私有区的有： ( 1 ) 本地系统队列区( l s q a ) ( 2 ) 调度器工作区( s w a ) ( 3 ) 系统区( 大小为1 6 k ) 2 1 4 主调度器和子系统初始化 系统各地址空间就绪前，首先进行的是主调度器的初始化，此步骤除了启动主 调度器外，还将启动系统服务例程，如日志服务和通信服务等。主调度器负责为每 个子系统建立地址空间，其自身的地址空间也是系统初始化过程中第一个被建立的 地址空间。由于大多数子系统依赖作业调入子系统( j e s ：j o be n t r ys u b s y s t e m ) ，因此 主调度器一般首先为作业调入子系统建立地址空间。其它子系统将可执行的子系统 代码存放在各自地址空间的私有区内。它们的初始化在系统参数数据集 s y s i p a r m l i b 的成员i e f s s n x x 中指定，也可以在系统初始化完成后通过系统操 作命令s t a r t 启动。主调度器为每个启动的子系统建立一个大小为2 g 的虚拟地址 空间，从而形成一个多虚拟存储系统( m v s ) 。 2 2z o s 操作系统各组成子系统分析 在实际应用中，功能完备的z o s 系统体系，由z o s 系统本身和应用子系统两 大部分组成，如图2 4 所示。z o s 系统本身包括作业进入子系统( j e s 2 ) 、存储管理 子系统( s m s ) 、分时系统( t s o ) 、安全控制系统( r a c f ) 、基本控制程序( b c p ) 和远程 通信访问系统( v t a m ) i s l 应用子系统可分为两种：一种是产品应用子系统，如d b 2 数据库系统、i m s 数据库系统、c i c s 在线交易系统、m q 中间件系统和w e b s p h e r e 等；另一种是系统管理应用系统，如系统任务优化系统( w l m ) 、作业运行管理系统 ( o p c ) 和系统历史信息管理系统( s m f ) 等。 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 蔺国圄囤 8 回 圈 固 回一 毒 回一i 兰兰l 一 害 固一 图2 _ 4z 0 s 系统整体架构图 2 2 1 作业进入子系统j e s 作业进入子系统被用来管理作业的输入输出【9 】。作业进入子系统有两种类型： j e s 2 和j e s 3 。j e s 2 和j e s 3 基本提供相同的功能，但j e s 3 通常应用于s y s p l e x ( 耦 合系统) 中，这里主要讨论j e s 2 。 j e s 2 工作过程如下：作业通过读卡机、分时终端或网络进入系统，或者由程序 生成后传递给系统【10 1 。所有的作业都要经过扫描检验其正确性，然后排入适当的队 列。j e s 2 提供一种手段，使系统以优先权分级结构为基础，通过有序的方式调度工 作。转换程序将作业控制语言语句( j c l ) 转换成系统能读的内部形式，同时也进行一 些其它的校验。如发现错误，则将该作业从系统中清除，并向用户发出相应的信息。 下一步，作业又一次根据分级与优先权送至系统执行。这时j e s 2 放弃对作业 的控制权，直到有打印输出被j e s 2 截获时，j e s 2 把它交付给假脱机磁盘【l l 】。作业 终止使系统通知j e s 2 ，作业进入下一个j e s 2 操作输出步骤，输出经过打印或穿孔 后作业从系统中撤销，该作业用过的假脱机空间便可重新利用。 j e s 2 对优先权进行动态调整，作业等待运行的时间越长，系统将它的优先权提 升的越高【1 2 】。 2 2 2 存储管理子系统s m s 1 0 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 存储管理子系统( s m s ) 主要完成以下功能【l 3 1 ： ( 1 ) 管理外存资源，存储管理子系统( s m s ) 可以让你为操作系统定义自动管理外 存的策略，使操作系统按照你定义的策略自动管理外存。 ( 2 ) 提供编目的机制，对磁盘、磁带上的数据进行编目，以便与用户能够方便 迅速地访问数据。 ( 3 ) 把程序存储在程序库中，以便于读出并执行。 ( 4 ) 定义系统中的输入输出设备并控制这些设备的操作。 ( 5 ) 支持从工作站、个人计算机或基于s n al u 6 2 网络的其它系统通过分布式 文件管理器( d f m ) 访问主机系统的数据。 2 2 3 分时子系统t s o t s o 是支持分时系统的软件，终端用户发出的每一条命令都由t s o 处理【1 4 1 。用 户通过t s o 行命令与系统进行交互式工作，但这样做不太方便，m m 又在t s o 下 开发了程序产品i s p f p d f ( i n t e r a c t i v es y s t e mp r o d u c t i v i t yf a c i l i t y p r o g r a m d e v e l o p m e n tf a c i l i t y ) 。其中i s p f 支持会话( s e s s i o n ) 功能，p d f 支持程序开发功能， 从而使终端用户与t s o 会话更加简单和直观，提高用户应用开发效率。i s p f p d f 是 以屏幕为单位的菜单输入方式，用户只需进行一些简单的菜单选择就可和系统会话 - v 【1 6 】 j o t s o 是支持分时系统的软件，终端用户发出的每一条命令都由t s o 处理。用户 通过在t s o 下工作的另一软件产品是s d s f ，用户利用s d s f 可非常方便地查看用 户提交到j e s 2 队列中的作业信息，也能修改作业的属性如改变作业的优先等级。 2 2 4 安全控制子系统r a c f r a c f 是z o s 中的安全管理部分，它可以保护系统中的所有资源，认证用户的 登录，有选择地记录系统中的安全事件。 r a c f 提供如下支持： ( 1 ) 灵活可变的资源保护方式。 ( 2 ) 保护所有资源。 ( 3 ) 可以选择集中保护或分散保护。 ( 4 ) 提供了一个i s p f 菜单。 ( 5 ) 对最终用户透明。 2 2 5 基本控制程序b c p 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s m v s 基本控制程序b c p 与j e s 2 组成了z o s 的主干部分。它提供了基本的服 务，使得z o s 能够可靠、安全、完整地处理用户的数据。与m v s 相比，z o s 增强 了对l n k l s t 处理、系统日志及高级程序间通信技术a p p c ( a d v a n c e dp r o g r a mt o p r o g r a mc o m m u n i c a t i o n s ) 的支持。 2 2 6 远程通信访问子系统a m v t a m 是实现系统网络架构s n a 和高级程序间网络a p p n 的网络通讯访问方 法。它为在主机处理器上的应用程序和s n a 网络上的其它资源之间提供了一个接 口。v t a m 为网络上的用户建立和终止会话。为了建立或终止这些会话，v r a m 按 照其控制及活或不激活资源，这些资源包括应用程序、网络控制程序( n c p ) 及其控 制的设备以及v t a m 直接连接的设备。v t a m 也维护网络的配置信息、活动的会 话和网络条件。为了帮助用户控制网络，v t a m 从操作员接收命令然后执行网络服 务。它通过操作员信息通知操作员网络的状况。 2 3z o s 操作系统的主要数据集分析 2 3 1 三种主要数据集类型的性能分析 数据集是存储在存储介质上的一组有联系的逻辑记录集合【l 丌。它可能是一段源 程序，或是一组宏集合，也可能是一些用于程序处理的数据。数据集可以理解为 u n i x 和p c 操作系统上的文件。在z o s 环境中，对数据集的管理包括：创建、存 放、移动、备份，取回、恢复和删除。这些操作可以由人工完成，也可以由系统自 动实现。z o s 中的数据集的命名规则很特殊，采用分段式的方法，如数据集 s y s l p r o c l i b 。s y s l 是该数据集的最高限定符h l q ( h i g hl e v e lq u a l i f i e r ) ，表示 数据集的种类特性。而p r o c l i b 作为第二段，表示数据集的用途，这个数据集是 系统的源程序库。 z o s 数据集由多种类型，这里主要讨论其中三种：s e q u e n t i a l ，p a r t i t i o n e d d a t a s e t ( p d s ) 和v s a m 。 s e q u e n t i a l 数据集是z o s 系统中最简单的数据结构。它由一个或多个按物理顺 序存储的记录组成，新增的记录直接放在最后。用户可以通过作业控制语言 ( d s o r g = p s ) 来创建这种数据集。 p d s 是由多个成r 员( m e m b e r ) 和一个目录( d i r e c t o r y ) 组成，每一个成员相当于一 个s e q u e n t i a l 数据集。目录中存放着每一个成员的名字和对应的指针，名字按字母 顺序排放。p d s 通常被用来存放源程序，系统或应用控制参数，j c l 和可执行的模 1 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 块，所以p d s 也被称为库b r a r y ) 文件。用户可以通过作业控制语句( d s o r g = - p o ) 来创建p d s 。与s e q u e n t i a l 相比，p d s 使用简单，管理灵活，但也有几点不足。 ( 1 ) 浪费空间。当p b s 中的成员被删除后，目录中的指针也会被同时删除，这 会导致该成员所占的空间不能被使用。 ( 2 ) 有限的目录空间。目录空间是在p d s 创建时指定的，但p d s 有扩展的属 性，因此有些p d s 多次扩展后，会出现目录空间不足的情况。而精确计算出目录 空间的大小，是很难实现的。 ( 3 ) 冗长的目录查询。由于目录中的成员指针是按字母顺序排列的，所以当插 入一个指针到目录前面时，必须将插入位置后面的所有指针向后移动，这样会导致 大量的i o 操作。同时，按字母顺序查询指针，效率也不高。 v s a m 不仅表示了一种数据类型，还提供了一种数据访问方法，即虚拟存储访 问方法。这种数据类型，主要用于应用数据，而不作为源程序或作业控制语句等系 统数据的存储方法。在z o s 中，有四种v s a m 类型：k s d s ( k e ys e q u e n c ed a t as e t ) 、 e s d s ( e