大型机中文介绍

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大型服务器的发展历史IBM大型机发展史1948年，IBM开发制造了基于电子管的计算机SSEC。1952年IBM公司生产的第一台用于科学计算的大型机IBM701问世，1953年又推出了第一台用于与数据处理的大型机IBM702和小型机IBM650。IBM701字长36位，使用了4000个电子管和12000个锗晶体二极管，运算速度为每秒20000次。采用静电存储管作主存，容量为2048个字，并使用磁鼓作为辅存。此外，IBM701还配备了齐全的外设，如卡片输入输出机和打印机等。这样，为第一代商用计算机描绘出一个丰满而生动的形象。在此之后，IBM于1956年继续推出701与702的后继产品704和705。1956年推出了第一台随机存储系统RAMAC305，RAMAC是“计算与控制随机访问方法”的缩写。它是现代磁盘系统的先驱，由50个磁盘组成，存储容量为5MB，随机存取文件的时间小于1秒。1958年，IBM推出了大型科学计算机7090，并实现了晶体化。它采用存取周期为218微秒的磁芯存储器、每台容量为1MB的磁鼓和每台容量为28MB的固定磁盘，并配置了FORTRAN等高级语言。1960年将7000系列全部晶体化，并制造了70941大型科学计算机和7040、7044大型数据处理机。70941的主频比7090高，又增加了双精度运算指令和变址寄存器个数，并采用了交叉存取技术。1963年又推出了70942计算机。总之，在1955年到1965年这10年间，美国名牌大学与大公司使用的计算机大多数是IBM704到IBM7094这些机器。1961年，IBM完成了第一台流水线计算机STRETCH（IBM7030），这台计算机的CPU既有执行定点操作和字符处理的串行运算器，又有执行快速浮点运算的并行运算器，采用最多可重叠执行6条指令的控制方式。为了提高速度，使用NPN和PNP高速漂移晶体管作电流开关元件，电路延迟时间为10纳秒，主存为存储容量为16000字的磁芯存储器，采用多体交叉存取。为了提高可靠性，首先采用了海明纠错码。此外，还采用了多道程序技术，并且能使CPU与输入输出设备并行工作。作为第一台流水线计算机，它成为超级计算机的雏形。1964年4月7日，IBM公布了360系统，成为计算机发展史上的一个重要里程碑。System/360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。360系统的主要贡献是：从应用角度来看，克服了第二代计算机性能单调的弱点，集科学计算、数据处理和实时控制功能于一身，确立了通用性。命名360的意思是指一个圆的360度角，表示全方位的应用服务，表达了这一计算机家族的普遍适用性。从生产角度来看，实现了系列化。360系统的主要型号有：20型、25型和30型小型机；44型和50型中型机；65型、75型、85型大型机；以及91型和105型超级计算机。型号虽多，但采用了标准化措施：统一指令格式（有16位、32位、48位3种字长，5种格式）、统一数据格式（有16位、32位、64位3种标准形式和可变字长形式）、统一字符编码、统一I/O接口、统一中断系统以及统一人机对话方式等。由于确立了兼容性，使同一程序在不同型号的机器语言级上兼容。促进了计算机工业能力的规范和发展。从发展角度来看，既采用了新的技术，又留有继续发展的余地。日后的System/370和System/390 (简称S/390)都是在System/360基础上的延续，它们各自标定着相应的系统体系结构。360系统在处理机设计中采用了微程序技术，为系列机功能的扩充创造了条件。为了使I/O操作进一步独立于CPU，采用了通道技术。在可靠性、可用性和可维护性方面，对指令与数据进行奇偶校验，对存储进行4位编码的存储键保护。对于高档机型还采用了高速缓存、流水控制、超常精度运算及冗余技术。从使用角度来看，360系统配有操作系统、汇编语言和FORTRAN、COBOL等高级语言，使用十分方便。更重要的是360在建立计算机系统的继承性上起了开创性的作用。所谓系统的继承性是指它有长远的开发价值，有逐步扩充的余地，有不断提高性能的灵活性。它能使计算机系统适应用户新的需求，使已有的软件资源能继续得到有效的利用，使新系列的开发周期越来越短。尽管System/360体系结构沿用了6年之久，在该体系结构发布后6个月，公司的决策层就 开始筹划开发基于单晶硅电路技术的新型计算机体系结构。这也就是后来的System/370 。1970年六月，IBM正式发布了SYSTEM/370的155和165两种型号。S/370的体系结构保持了与S/360的向上兼容（也就是说，为S/360写的应用可以继续在S/370上运行，而为S/370写的应用则不一定能够在S/360上运行），并且增加了新的功能（新增加的功能运行在EC方式）。在S/370的开发研制过程中，IBM认识到内存容量对应用程序运行的影响，因此在S/370的结构中引入了虚拟存储器的概念。虚拟存储器需要一个地址转换机制去增加应用程序可用的存储空间，它使得计算机系统具有比实际配置的内存大的多的存储空间。1972年八月，IBM推出的S/370158和168系统采用了虚拟存储器技术。在S/370158和168系统中还采用了多处理技术。所谓多处理技术是指两个以上的处理器装在一个计算机系统中，共同工作（这个概念与现在UNIX机器重的对称多处理是同一个概念）。到1976年年底，S/370已发展成为具有17种型号的庞大计算机家族。伴随用户应用程序对系统主存及交互处理能力需求的日渐增长，IBM又把基于System/37 0体系结构的产品划分成两个相互兼容的产品系列：30XX大型机系列和43XX中型机系列。 这里的30XX和43XX即指产品系列的名称，XX是两位数字的通配符。1981年，IBM公布了扩展的S/370体系结构（370XA）。S/370XA将地址线位数增加到31位，大大增强了S/370的寻址能力，同时有保留了24位兼容方式（向上兼容），使得原来为24位地址写的应用可以不加修改地在S/370XA上继续运行。S/370XA中的某些型号还增加了扩展存储器（ExpandedStorage）。这是一种新形式的处理器存储器，与主存分离，用于保存计算机中较常用的信息。这样使得整个系统的性能得到了改善。1985年2月，IBM公司在3090的基础上扩展了30XX系列产品，最早的类型有Models 200和 400，该系列产品即成为当时IBM大型机系统的领航船。从80年代下半叶开始，为适应I/T行业迅猛发展的势头，大型机系统体系结构的更新步伐 明显加快，并且，每走一步都留下一个坚实的印记。 1986年10月，IBM发布9370系列产品，这标志着System/370向低端方向的延伸，目标是服务于中小型企业。1988年，IBM对S/370的体系结构作了进一步的改进，发布了ESA（EnterpriseSYSTEMArchitecture）/370。ESA/370增加了访问寄存器，改进了虚存的性能。通过这项技术，应用可以访问称之为数据空间另一个虚存空间。因此，ESA/370允许应用访问多个2G的数据空间。基于该体系结构的产品系列使得多用户可以更方便地共享系统资源。1990年9月，IBM开发了ESA/390以及ES/9000S/390系列计算机系统，其性能价格比远高于S/370系统。ES/9000是多个产品系列的统称，主要包括9021，9121和9221。ESA/390和ES/9000的18种型号不仅与以往的S/360、S/370系列机的所有应用程序可以兼容，而且还增加了新的功能。同S/370系列一样，S/390系列也是多用户计算机系统，也就是说一台计算机可以供多个（两个至上千个）用户同时使用。同时，在ESA/390中又加入了许多新的技术，如ESCON等。其中ESCON和parallel sysplex 是该体系结构在原有体系结构基础上的两项重大技术革新，它们直接而有力地增强了系统的内部通讯能力及可扩展能力。并且，在系统性能得到显著改善的同时 ，保持了对System/360的向上兼容性。在扩展ES/9000产品系列的基础之上，IBM于1994年发布了System/390(简称S/390)体系结构。S/390所引入的先进技术不胜枚举，其中有两点不能不提：其一是COMS技术的应用，在大大降低企业计算运营及维护成本的同时大幅度提高了性能；其二是面向企业需求的计算机系统配置，这一设计理念从用户的角度出发，使其应用于企业计算的投资能够发挥最高效率。相应地，多个产品系列应运而生，主要有9672系列，2003系列以及3000系列，其系统类型多达上百种，例如9672-RA5，2003-216等等。IBM的S/390系列基于以前的S/370系统相比，在体系结构上作了如下改进：企业系统连接结构ESCON：这是一种新的输入输出结构，它定义了一套规则，使诸如存储器子系统、控制部件、通讯控制部件等I/O设备都通过这套规则与处理器相连接。ESCON使用光缆通讯，而不再使用以前在S/370上使用的电信号。使用光纤通信后，不仅大大提高了I/O设备和通道之间的信号传输速度，而且还可以把I/O设备放置在远离处理器几十公里以外的地方。加密结构：在S/390中，计算机通过集成密码特征来实现对计算机中的信息进行加密或解密，以防止信息被非法访问。子系统存储保护：防止诸如CICS等子系统对存储器的干扰。这个功能由操作系统和子系统共同提供。数据压缩：S/390在硬件级上提供数据压缩，其速度是软件压缩的5倍以上。异步数据转移结构（ADMF）：利用I/O处理器去更有效地实现中央存储器与扩展存储器之间的信息移动，以空出处理器来完成其它任务。DB2排序增强：使用硬件完成DB2种的排序算法。在计算机系统中，CPU的主要功能是处理数据，而计算机系统中的其它部件（例如存储器）则为CPU提供数据。如果存储器的访问速度更不上CPU的处理速度，那么整个系统的运行速度就大受限制了。为了最大程度地提高整个计算机系统的运行效率，同时又考虑到成本的因素，大多数计算机系统（包括S/390系统）都采用了由多种不同性能和不同价格的存储介质组合在一起，形成一个虚拟存储体系。图1.1 S/390的虚拟存储体系结构如图1.1所示，在S/390中，整个虚拟存储体系由8层组成：寄存器：是速度最快的存储介质，但数量较少。用于存放当前正在执行的指令和正在使用的各类数据。它位于CPU内部。其中通用寄存器为32位，浮点寄存器则为64位。高速缓冲器：位于CPU内部，由高速半导体存储线路组成。其中存放的是下一批待执行的指令。二级高速缓冲器：不在CPU内部。主要功能是自动地从它的下一层存储器（即主存）获取信息并传送到上一层的缓存中。其目的是更快地将信息从主存提出送到缓存。主存：是整个存储系统的主角。位于CPU外部。所有经过CPU和I/O通道的信息都必须存放于此。其容量远远大于以上各层存储器，但访问速度仍然很快。扩展存储器：其目的是降低整个存储系统得成本的同时又不降低太多的性能。它由超大规模的半导体存储线路矩阵组成，作为主存的补充。在S/390的有些型号中，扩展存储器实际上是主存的一部分。然而，在一些较大的S/390系统中，就必须要求一个与主存分开的扩展存储器了。哪些仍然还要使用的但不是马上要用的信息都会自动地存入扩展存储器中。一旦这些信息又要被使用时，它们将立即被送回到主存，以备CPU随时使用。直接访问存储设备（DASD）：即磁盘存储器。在S/390中，磁盘存储器一般可以分为两类，一类是带有高速缓存的，另一类则不带高速缓存。磁盘存储器同I/O设备一样，也是通过S/390的I/O通道或系统总线与系统相连的。由于它利用磁介质存储信息，即使在关掉电源后信息也不会丢失，因此也称为永久性存储器。在S/390中使用的磁盘中有两种存放信息的格式：计数键格式（CKD）和固定块结构格式（FBA）。这两种格式都是将信息存放在称之为块的小的数据组中。在CKD格式中，将字节数存放在块的首部，定义了该块的长度，使得该块的长度与所需存储的信息量正好相等。而在使用FBA格式的磁盘中，写入的信息存放在长度固定的块中，所以在这种格式中，即使只存放一个字节也必须占用磁盘的一个完整块。表面上看来，FBA格式似乎较浪费空间，但性能却远优于CKD格式。光盘存储器：它是利用光技术获得极高的记录密度。它是一种比磁盘速度低的随机存储器。可以长期保存信息。磁带存储器：磁带存储器往往是作为磁盘存储器的备份。是一种低成本高速度的存储媒体，对于存储一些档案文件非常适合。S/390的系统运行方式为了满足各种不同的环境需要，S/390处理器可以运行在不同的方式。S/370基本任选方式S/370基本方式中，S/390可以执行S/370的217条指令，存储器使用24位地址，也就是说，最多支持16MB的虚拟存储器。同时支持16个通道和集成I/O适配器。但在此方式下不支持ESCON通道。S/370本机方式在此方式下，S/390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位地址，可以将中央处理器扩展到64位。中央处理器的增大意味着页面调度次数的减少，提高了整个系统的性能。S/370本机方式的另一个优点是同的最大通道数增加到了32，这些通道可以是并行通道，但不能是ESCON通道或S/370多路选择通道。有些在S/370基本任选方式下支持的9370集成I/O适配器在S/370本机方式下并不支持。ESA/390方式这个方式的运行是按企业系统结构（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31位地址，因此虚拟地址空间扩展到了2GB，但仍与24位的程序相兼容。在最大的S/390计算机系统中，总共可以配置256个通道。它支持并行通道、ESCON通道或集成I/O适配器。另外，在硬件中还有自动处理“通道占线”条件，它可以十分有效地减少与I/O动作有关的整个等待或延迟时间。ESA/390LPAR方式所有的S/390系列计算机都可以以此方式运行。在此方式下，系统虽然在物理上是在一个机柜中，但是在逻辑上，它可以划分为最多十个部分。这种逻辑上的划分石油被称为处理器资源/系统管理器（PR/SM）的微码来完成的。PR/SM可以让系统操作员将一个系统逻辑地分成若干个系统(并不是虚机器)，每一个系统都有其自己的通道、处理器存储器和中央处理器（或时间片）。这样划分后，每一部分都是一个完全独立的系统，每个系统可以运行不同的操作系统。在这种方式下，系统操作员可以在任何时间将CPU和中央处理器作重新配置，甚至一个CPU可以由多个独立划分的系统来共享。但是，单通道不能被多个独立划分的系统共享。然而，同一个I/O设备却可以由多个独立划分的系统共享，只需对每一个独立划分系统确定一个通道，将这些通道都连接到一个相同的I/O设备上即可。这样，一台机器可以在运行生产管理，同时另外的O S却在让机器执行应用开发、程序测试等工作。物理划分方式除了逻辑上用PR/SM可以将S/390划分为LPAR外，S/390的N重多处理器也可以作物理上的划分。例如，一个4重处理器部件可以在物理上划分为2个2重处理器部件（虽然其物理位置仍然是在一个机柜内）。在物理上上划分成两个系统后，每个系统都有自己的处理器控制器，而且它们是独立控制的。 S/390的操作系统在S/390上可以运行多种操作系统，每种操作系统都有各自不同应用程序的应用环境。用户在选择操作系统时应根据自己的应用环境，考虑应用程序的兼容性、工作负荷以及用户的数量和类型，加以选择。MVS/ESAMVS/ESA操作系统是S/390上运行的综合能力较强、可靠性较高的操作系统。它实际上是1964年IBM在其S/360上运行的OS/360操作系统的后代。OS/360支持多道程序，最多可同时运行15道程序。为了便于管理，OS/360把中央存储器划分为多个（最多15个）分区，每个程序在一个分区中运行。1972年IBM推出了新的操作系统OS/VS2，也就是单虚存系统。它最大的特点是提供了对虚存的支持。IBM在1973年宣布，并于1974年售出了MVS/370（多虚存系统/370）。尽管MVS/370的早期版本仅支持最多16MB的中央存储器（24位地址），但在70年代末问世的扩展实寻址的改进版（26为地址）却使得MVS/370最多可支持64MB的中央处理器。中央处理器容量的增加意味着在运行时中央处理器与磁盘之间的页面调度次数的明显减少，从而使整个系统的性能得到了更大的提高。因此，MVS/370将可用中央处理器扩展成为多虚地址空间，各个应用程序各自在自己的虚地址空间中运行（最多可达16MB）。为了满足在不同地址空间工作的用户对所需要的公用程序和数据的共享，MVS/370提供了一个公用区。在公用区中有一个存放程序和数据副本的区域，其中的程序和数据就可以被所有授权的地址空间共享。与S/370扩展体系结构（370/XA）相配合，IBM与1981年宣布并于1983年发行了MVS/XA操作系统。尽管S/370最多可以支持2GB的中央存储器，但在MVS/XA上实现时，它仅支持256MB。由于使用了31位地址，每个虚地址空间可达2GB。同时为了保持应用程序的兼容性，370/XA和MVS/XA均支持两种操作模式，即24位地址模式和31位地址模式。应用程序在运行时，硬件和操作系统会自动识别出需要哪一种模式。1988年，IBM宣布并发行了MVS/ESA操作系统。同样，MVS/ESA也是为1988年问世的ESA/370的新功能而设计的。MVS/ESA最多可支持2GB的中央存储器并能较好地利用扩展存储器。扩展存储器也是一种半导体存储器，其速度比中央存储器要慢一些，但比硬盘又快，当然其价格也相应地便宜一些。它在整个虚拟存储体系中，是处在中央存储器和磁介质存储器之间的一种存储器，其目的是提高整个虚拟存储体系的性能。1990年9月，IBM开发了MVS/ESA SP V4。MVS/ESA的这个版本管理存储器的方法与早期的MVS/ESA发行版一样，但它改进了对ESCON通道和复合系统时钟的支持。1994年，IBM发布了MVS/ESA的第5版，实现了操作并行复合系统的功能，它最多可支持32个MVS/ESA系统，每一个系统都可以是一个多处理器。OS/390OS/390是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、DCE以及开放应用程序接口集成为一个产品。由于它是在MVS 操作系统基础上发展起来的，因而保留了MVS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。IBM大型机以前的MVS操作系统是封闭性的，而OS/390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。OS/390除了保持原有MVS的所有的功能和特性外，它还是一个完整的UNIX XPG4(即通常所说的UNIX 95)。其主要功能包括：*UNIX服务内核与分叉功能公用网关接口（CGI）是一种广泛使用的机制，用于处理可执行的脚本、执行程序或者桥接至传统的MVS事务管理环境。当前的实现方法是UNIX服务分叉功能使用APPC服务将请求送到APPC管理的初始器。这意味着APPC接口、APPC LU层、SCF服务（从APPC LU到APPC调度程序）以及APPC调度程序都将引起额外开销。而现在提供了这种支持以后，就可使我们能够用流水线来处理这个过程。这样，客户请求就可以由路由到工作复合管理的预置服务空间，以便从路径中省略APPC。*UNIX服务文件系统汇合套接字在UNIX服务中，汇合套接字为异步I/O和SRB模式调用程序提供了支持。MVS TCP/IP与UNIX服务套接字API汇合成为策略套接字库。*UNIX服务文件高速缓存OS/390的UNIX 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）。*内核裁剪转储支持内核裁剪转储支持添加了一个UNIX SVC转储出口服务，这样就可以确保那些具有UNIX服务内核地址空间的非UNIX服务实现SVC转储。12 大型服务器的特点S/390体系结构基于以前的S/370的结构做了一系列改进，这意味着系统的软件/硬件界面，硬件的功能方面有较大的变化。正向兼容S370系统实际上包括309X、438X、9370三个系列，它们在体系结构上是向上兼容的。但是在特权指令，内部配置能力以及资源管理方法等多个方面又有明显差别，造成三类机型的系统软件不尽相同，例如MVS/XA不能在9370上运行。此外应用软件及用户使用方式也只是基本相同。但S/390则是提供了一个统一的硬件平台，在不同机型上支持相同的系统软件，并保证和原有S/370的三个系列正向兼容。也就是说S/390做到不同机型间的向上兼容，做到和原来S/370正向兼容。所谓正向兼容即指原有S/370的软件可以在S/390中运行。这包括： 汇编级用户程序，高级语言开发的软件产品，数据库和操作系统，通信和联网的标准、规范、操作方式等。向量处理向量处理过去多用于以线性代数和偏微分方程为数学基础的科学工程计算上， 有较广泛的应用领域。近来，图形学和图象处理发展迅速，向量处理、FFT等有极大的用途。过去IBM的大中型机没有专门的向量处理指令，但有健全的浮点和整数运算，因此用子程序的办法解决向量运算，但不尽人意。随着巨型机，小巨型机和并行处理系统的发展，工程和科学计算已不是大中型机的优势，此问题早在20年前已经提出，而且日渐尖锐。为了在大中型通用机系统上有效解决向量运算，IBM采用了两种方法：一是在通道上加接数组处理器(AP)，和CPU组成松散的协同关系，这种方法已使用近二十年，对处理FFT等问题十分方便。二是在中央处理机增加向量运算部件(VF)，这种办法最早出现在3033大型机上， 后来又用在308X和309X上。此法可以较好地解决中小粒度并行问题，和CPU关系紧密，用于信息传递时间和系统开销都较少。当然随之而来对操作系统( MVS)功能，编译器等有更高的要求，而且费用也较贵。S/390继续发展了VF的使用。S/390系列有多种机型，其中多数机型均可配置向量运算装置。例如中档机器320型(相当于4381)就可以在中央处理机增配向量运算部件，这样中等用户也可使用向量处理了。在最高档的900型则可同时配置六个向量运算装置。一个向量装置的处理能力为23MFLOPS，向量运算装置有171条指令，功能齐全。在硬件上提供8个64位的向量寄存器组，每组可提供256个数据单元。在内部结构上做到标量和向量重迭加工， 多条流水线并行工作。在理想状态下，一个中央处理器节拍可以获得4个整数或32位单精度结果，也可以获得2个双精度(64位)结果。新的通道系结构ESCON (Enterprise System Connection Architecture)其实最早在大型机中使用光纤并非IBM，日立公司在1987年前就开始用光纤连接大型机系统，只是可惜没有形成光纤通道为基础的体系结构。IBM在S/390中采用了ESCON，已远远超过使用光纤技术，而是在通道结构上做了较大的变革，是非常值得重视的动向。保密硬件措施S/370的加密和解密均由系统软件解决，速度慢并增加系统开销，在S/ 390中则提供了密码特性件(Cryptographic feature) 。保护企业内部信息资源，保证信息传送和存放中不受破坏或外界盗用是十分重要的。在企业内部由大型机，大部门使用的中、小型机以及各基层部门使用的各种小型机，工作站等连成一个庞大的体系，安全保护就尤为重要。当然，仅仅提高机器本身的可靠性还不够，还需在S/390中采取抗干扰，抗病毒侵入的硬件安全装置。当各个部件之间交换数据时，对于发送方，由其硬件密码装置将信息加密后再发送(在企业内可通过光纤)，而对于接收方，则在接收后由主机的密码装置解密。这种密码装置效率甚高，每秒可处理1000笔资料。看来，这种装置涉及到个别专用指令或固化操作逻辑、中断等，当然系统软件也有相应模块。例如RACF软件产品(Resource Access Control Facility)。31位地址编码在S/370的XA体系结构中已使用31位编码地址，但在9370系列和多数438X中仍为24位地址。S/390则规定所有机型都是31位地址结构，直接寻址范围可达2000兆字节，大大增加了用户程序及数据的可用虚存空间。随之，主存大增，例如900型可达9GB。并大量使用扩展存储器可到8000MB ，这样在多个作业同时运行时，大大减少对DASD的访问，磁盘对系统性能的影响也就减弱。为什么AS/400小型机的地址为64位字长，而大型机的地址却只有31位？事实上在S390宣布以前也曾有人预测新的大型机将采用64位地址虚空间。但实际上S/390仍然使用31位地址。在S/390中使用31位地址的原因可以从应用对象的不同来做出解释。AS/400多安装在“部门”一级，它所处理的资料是积累型的，而且许多程序大同小异，反复使用。程序、数据之间一方面要经常互相访问，另一方面还要统一的管理。因此，单虚存空间，在这个虚空间里可以成年累月的不断增加新的数据就成为AS/400设计的目标，所以AS/ 400采用了地址字长为64位的单虚存空间。S/390的应用矛盾不在于单个的虚存空间有多大，一个31位的虚空间对于一个大的作业已足够。主要矛盾在于它需要解决多个虚存空间同时使用和工作， 强调多个虚存空间的横向关系。Cache缓冲技术的改进Cache技术首先在IBM360/85型计算机中使用。后来，在巨型机中又使用了二级Cache技术。使用Cache之目的是为了缓解中央处理器指令执行周期和主存速度的匹配矛盾。由于通道数目增加，大大增加访问主存的频率，特别是在多个CPU结构中， 各CPU同时访问主存带来的速度矛盾，多路竞争矛盾和信息副本的矛盾，使得过去那种以主存为中心辅之以单级Cache的存贮体系无法满足大型机的性能要求。为此在S/390中高档的机型都使用了两级Cache技术。每一个中央处理机使用一个256K字节的一级Cache，但是把数据和指令分开，二者并行工作。这意味着S/390的软件可以采用“纯量”概念。在多机结构中，一级Cache的信息由二级Cache提供，二级Cache的容量高达4MB，二级Cache再和主存交往。IBM曾发表一个有趣的数字说明Cache的重要性：如果处理的数据在Cache中需1秒，那么处理的数据在主存中需16秒，那么处理的数据在扩存中需2500秒，那么处理的数据由通道调度需70000秒。SCE系统控制单元技术SCE是机器信息流通的心脏。它控制主存之间，各中央处理机之间以及通道子系统之间的数据调动，这包括主存和扩存之间的数据调动， S/390的高档机采用了两级Cache，二级Cache也是SCE的一个组成部分。因此，SCE是一种提高硬件性能和保证多处理机、多通道子系统如何正确实现ESA体系结构的硬件措施。例如：在4381的双机结构中，每个中央处理器都只连接各自的通道，即CPU和通道的关系定死，而S/390则要求通过SCE解决通道的动态分配问题。数据库访问措施S/390可以运行多种数据库系统，其中之一就是DB2。除了沿用过去的办法使用DB2外，当然还可以按照SAA的规定，通过Language Access直接使用英文或德文访问。但是这只是解决用户使用数据库的简易性，并未能解决访问DB2的效率和速度问题。由于采用了某些硬件措施，比如硬件实现排序、查询，DB2性能可以提高30%。供电系统的改进S/390系列各型号均采用50/60赫芝市电直接供电方式。气冷柜架式的多个机型使用了电池备份供电，一旦电源切断，电池可以继续工作5分钟。其他机型则使用一种新的可靠性高的电源。 提高存储器检测/纠正功能在S/390中，不仅主存部分和高速缓存部分普遍使用海明码，而且在扩存部分使用了检测3位错并纠正两位错的装置。此外，还在机器信息存取装置上，传递通路上，信息转换装置甚至远算部件上安置了上千个自动纠错装置。这样做的目的不仅可以克服偶然出现的随机性错误的干扰，从硬件角度看又起了冗余作用，不会因某个硬件器件的损坏而影响系统正常运行。关键部件的备份工作在S/390中，许多关键部件都实行双部件冗余工作，其中一个部件出现故障，另一个立即自动切换上去。例如一个电源出现故障，系统立即切换到另一个电源部件增加输出维持工作。其他的冗余设计方法在中央处理器内部也有采用。外部设备的动态再配置功能如果要增加或更换外部设备，终端等，这不必停机，而是在系统运行中进行。IBM为此将MVS的某些控制程序以微码形式固化，以保证这种动态再配置工作不影响系统正确运行。在一个大企业内部由多台机器构成一个整体时，各用户均按SAA规范工作， 这种自动再配置功能的优越性能显著地显示出来。诊断的远程支持早在4381等机器上就已采用这种技术。一旦机器出现错误且无力自行排除时，由机器自动拨话，利用高层维修网传送诊断程序做更高层次的诊断测试或者软件恢复。13 大型服务器操作系统的组成部分在S/390中可以运行多种操作系统，但在本节中，我们只讨论OS/390操作系统。OS/390操作系统由基本部分和多个子系统组成，本节就OS/390操作系统的基本部分和各个子系统作一个简单的介绍。MVS基本控制程序BCPMVS基本控制程序BCP与JES2或JES3组成了OS/390的主干部分。它提供了基本的服务，使得OS/390能够可靠、安全、完整地处理用户的数据。与MVS相比，OS/390增强了对LNKLST处理、系统日志及APPC的支持。作业进入子系统作业进入子系统接受要处理的作业并处理作业的输出。作业进入子系统共有两个，JES2和JES3。他们分别是假脱机系统HASP和ASP的后代。JES2和JES3基本提供相同的功能，通常使用JES2。JES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。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。JES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JCL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JES放弃对作业的控制权，直到有打印输出被JES截获时，JES把它交付给假脱机磁盘。作业终止使系统通知JES，作业进入下一个JES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。JES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。存储管理子系统（SMS）存储管理子系统（SMS）主要完成以下功能：（1）管理外存资源，存储管理子系统（SMS）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SNA LU6.2网络的其它系统通过分布式文件管理器（DFM）访问主机系统的数据。分时系统（TSO）TSO是支持分时系统的软件，终端用户发出的每一条命令都由TSO处理。用户通过TSO行命令和系统进行交互式工作，但这样做不太方便，IBM又在TSO下开发了程序产品ISPF/PDF（Interactive System Productivity Facility/Program Development Facility）。其中ISPF支持会话功能，PDF支持程序开发功能，从而使终端用户与TSO 会话更加简单和直观，提高用户应用开发效率 。ISPF/PDF 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了。在TSO 下工作的另一软件产品是SDSF(System Display and Search Facility ) ，用户利用SDSF 可非常方便地查看用户提交到 JES2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。环境记录编辑和打印程序(EREP)EREP编辑和打印错误记录数据集(ERDS)中的记录报告，错误记录数据集是由操作系统的错误恢复程序(ERP)产生的。EREP可以帮助维护人员维护客户的数据处理，因为维护人员可以分析EREP报告确定是否存在问题以及问题出在哪里。设备支持机制（ICKDSF）ICKDSF可用于执行对IBM直接访问设备（DASD）的安装和使用的任务。例如，你可以使用ICKDSF对DASD进行错误检测、介质维护等。硬件配置定义（HCD）HCD用于定义操作系统配置的定义以及处理器硬件配置的定义。由于HCD是在设备定义时验证其数据的有效性，而不是在设备被访问时才验证，设备定义的不一致性可以得到避免。SMP/ESMP/E是一个安装和维护软件的工具。它提供了一个可靠的方法用于安装和维护OS/390中的软件。SOMobjects 运行库 (RTL)SOMobjects 运行库 (RTL)是一组函数，用于创建目标及调用这些目标的方法。即使应用使用不同的程序设计语言，SOMobjects 应用也可以使用同样的面向对象的类。SOMobjects服务类SOMobjects服务类提供了一组对象服务类，帮助你建立面向对象的应用。OpenEdition系统服务OpenEdition将开放的、基于UNIX的计算加入到OS/390操作系统中。OpenEdition以及其语言环境支持C语言、Shell程序和客户/服务器应用的工业标准。应用开发者和交互式用户可以不必对OS/390进行深入的了解而开发OS/390的应用。OpenEdition应用服务（Shell、应用程序和调试器）OpenEdition的Shell和应用程序对交互式UNIX用户提供了标准的命令接口。OS/390包含了所有符合X/Open标准的命令和应用程序。这一特性使得UNIX程序员和其它用户像使用UNIX那样与OS/390交互，而不必学习OS/390命令语言或其交互界面。OpenEdition的调试其提供了一组命令使C程序员交互式地调试程序，多数UNIX用户多熟悉这组命令。OpenEdition分布式计算环境基本服务OpenEdition支持如下功能：*远程调用：允许不同平台之间的程序相互调用，这种调用对程序员看来本地过程调用一样。*目录服务：允许资源在企业中的任何地方被找到而不必知道其本地名字。*安全服务：通过对用户、客户、服务器和系统的证实解决在分布使系统中的安全问题。*分布式时间服务：同步运行在不同节点上的时钟。OpenEdition分布式计算环境的基本服务支持运行在TCP/IP或SNA网络上的客户和服务器。其分布式文件服务（DFS）使得用户访问和共享分布在多种平台上的（不管是IBM或非IBM）的数据变得容易了。而其网络文件系统（NFS）则作为一个文件服务其为工作站、个人计算机或其它TCP/IP网络上授权的系统提供服务。它允许客户用户通过TCP/IP网络使用DFSMS/MVS网络文件系统协议的客户端软件远程访问MVS的数据集或OpenEdition文件。挂接在主机上的数据集或文件对客户系统来说好像是本地文件或目录一样。VTAMVTAM是实现SNA和APPN的网络通讯访问方法。它为在主机处理器上的应用程序和SNA网络上的其它资源之间提供了一个接口。VTAM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，VTAM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（NCP）及其控制的设备以及VTAM直接连接的设备。VTAM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，VTAM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。AnyNet实现了多协议传输网络（MPTN）体系结构。它允许应用和传输服务之间消除强制联网协议约束。换句话说，应用和它们的服务能超过一个协议通讯而非原始的实现。AnyNet的这一特性使得SNA应用可以在TCP/IP网络上通讯，同样建筑于TCP/IP之上的SNA对逻辑单元通讯（例如APPC打印机）提供了支持，它支持所有的逻辑单元类型，包括LU6.2。TCP/IPTCP/IP是一组工业标准协议和应用，它允许你与其它计算机共享数据和计算资源，不管这些计算机使IBM的或非IBM的。标准的TCP/IP应用包括电子邮件、文件传输、远程登录等。TCP/TP CICS Socket应用提供了在COBOL、PL/1及汇编语言中使用通用的应用程序接口（API）的能力。LANRESLANRES建立了一个服务器环境，这个环境为 NetWare 工作站用户提供了对S/390资源的透明访问。LANRES提供了如下功能：*磁盘服务，允许NetWare 工作站用户在主机系统上存储文件，增加了磁盘存储器的容量、提高了可靠性、加强了存储设备的中央控制、增加了自动备份过程的可用性和物理安全性。*打印服务，支持对打印系统的透明访问，具有“any-to-any ”打印的优点，并且具有根据工作环境的需要来增强打印能力的灵活性。*LAN管理，允许授权管理员从中央节点增加、删除和重命名 LAN上的用户，这样可以减少资源开支，并且提高了中央数据处理中心的安全性。管理员还可以设置口令、口令限制、限制空间使用、控制文件和目录访问，并执行其他功能。*数据分布，允许系统管理员处理与主机系统相连的 LAN上的数据，它们可以分发及检索来自服务器的数据，列出、创建和删除服务器上的文件与目录，从中央节点分发数据以及创建在主机系统和 之间移动数据的应用程序。*LANRES连接功能，在保护LAN自主性和操作独立性的同时将NetWare服务器紧密地与主机联系在一起。OS/390安全服务器（RACF）RACF是OS/390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。RACF提供如下支持：*灵活可变的资源保护方式。*保护所有资源。*可以选择集中保护或分散保护。*提供了一个ISPF菜单。*对最终用户透明。资源度量设备（RMF）资源度量设备（RMF）是反映OS/390资源使用情况的一个窗口。它收集在sysplex级，单个系统级或地址空间级的信息，在sysplex中的任何系统上产生报告。用户能在这些报告中选择所关心的活动，比如能专门选择关注存储器，I/O或处理器数据。RMF 的后处理器产生长期的报告，用于对RMF收集的长期数据进行详细的分析。这些报告能被打印或显示出来。你可以用RMF电子数据表转换器，从屏幕或MVS数据集下载这些报告，产生工作站上的电子数据表并对其进行详细分析.DFSMSDFSMS主要由三个部分组成：DFSMSdss是一个DASD数据和空间管理工具，它可用于在卷之间拷贝，移动数据集；dump、恢复数据集及完整的卷或磁道；使数据集和卷改变为SMS管理的或非SMS管理的；压缩分区式的数据集；释放数据集中未使用的空间。DFSMShsm是一个DASD存储管理工具，用来管理较少活动和不活跃的数据的。它通过自动管理空间的使用和数据的有效性，在存储体系中改善DASD使用情况。DFSMShsm和SMS一起工作，按照数据集的management class 对数据集进行空间管理和有效性管理。DFSMSrmm管理你的磁带卷以及其上的数据集。DFSMSrmm可以管理所有的磁带介质以及其它可移动的介质。例如，DFSMSrmm能记录光盘架的位置，追踪他们的必不可少的记录状态；但不管理光盘上数据。系统显示和查找设施(SDSF) 系统显示和查找设施（SDSF）提供给用户有关监视、管理和控制OS/390系统信息。SDSF提供一个简单有效高的方法，控制作业的处理和设备的运行。比如你可以在作业运行时监视作业，浏览作业的输出而不打印，你可以浏览包括整个sysplex范围的操作日志和系统日志。SDSF提供对信息进行分类、过滤，查找和打印的功能，帮助你定位和组织信息。菜单和弹出式窗口，使SDSF的使用非常简单。SDSF提供了完整的联机帮助和交互式的入门指导。14 大型服务器的应用前景 从1994年起，IBM开始对大型机进行深入的技术改造，采用了新的CMOS技术，极大地缩小了大型机的系统体积，降低了能耗和散热成本，提高了性能价格比。据Meta 估计，S/390机的价格每年至少降低35%，每MIPS的平均成本已从几万美元降低到1998年的5000美元，这在很大程度上是由于成本较低的CMOS系统取代了较早的ECL双极性系统。另一方面，分布式计算开始变得庞杂起来，许多公司的管理费用激增，而且由于数据分散，在数据的互访和集中管理方面，安全和准确性都不够高，许多企业开始转向大型机。大型机在总体拥有成本上已经比分布计算廉价，制造业、保险、航空、运输及大型零售企业的大量事务处理对大型机的要求越来越高，这是大型机重新被人们认可的原因之一。S/390系列的计算机运算速度可以达到1000MIPS，而且采用光纤连接技术，使数据存储设备和主机间的传输速度大大提高，目前许多用户对大型机充满了信心。作为一种新的运算模式?再集中模式开始在国际上流行起来，这是因为以前的分布系统在不断扩充的过程中，系统越来越庞大，数据分散难以管理和发挥效益，再集中就是用大型机在许多分布式服务器上搭建大型机，对服务器进行数据的集中管理，使企业的信息系统管理变得简便起来，提高了系统的效率，并降低了管理费用。再集中需求的出现表明集中计算模