Они все еще существуют — компьютеры, о кончине которых объявлялось неоднократно: их около 3 тыс. в Германии, более 15 тыс. в США, а во всем мире — от 25 до 30 тыс. Уже в начале 90-х гг. им предсказывали скорый закат, так что если бы эти прогнозы сбылись, то сегодня, спустя 15 лет, оставалось бы только вспоминать о них. Системы на базе ПК — огромные серверные фермы под управлением Windows и Linux — достигли того уровня производительности, когда желать вроде бы больше нечего; настольные компьютеры также демонстрируют высочайший уровень стабильности и готовности. Тем не менее большие и очень большие «ящики» востребованы не только в науке или обороне, но и в коммерческом секторе. Более того, судя по всему, они до сих приносят прибыль производителям, в противном случае IBM не стала бы инвестировать около 1 млрд долларов в разработку представленного в прошлом году z9, самого быстрого коммерческого компьютера всех времен.
В действительности мэйнфреймы, как и прежде, остаются опорой «больших» информационных технологий. Там, где речь идет о гигантских объемах данных и огромном количестве пользователей, что характерно для банковского бизнеса, страховых компаний и штаб-квартир крупных корпораций, альтернативы им пока нет.
В мире 75% всех транзакций и 90% всех финансовых транзакций обрабатывают мэйнфреймы. Объем соответствующих приложений, программируемых главным образом на языке Cobol, превысил 200 млрд строк и растет на 3-5% ежегодно.
По утверждению аналитиков компании Ovum, в верхнем сегменте, т. е. в области систем с производительностью более 2000 млн команд в секунду (Million Instructions Per Second, MIPS), к которым относится и последняя модель z9, наблюдается более или менее заметный рост. Причем соотношение цена/качество для клиентов улучшается, хотя и не столь явно, как в области персональных компьютеров.
Иначе выглядит ситуация в нижней части шкалы. «Небольшие» мэйнфреймы, т. е. мощные компьютеры производительностью до 1000 MIPS, испытывают ощутимое давление со стороны систем под управлением UNIX: Linux и Windows не только в состоянии предложить сравнимую производительность по более низким ценам, но и менее требовательны к инфраструктуре. С тех пор как эти системы догнали мэйнфреймы в отношении производительности, надежности, стабильности и безопасности, традиционных аргументов в их защиту стало недостаточно, что позволило Ovum отнести мэйнфреймы производительностью менее 500 MIPS к «вымирающим видам». Количество мэйнфреймов производительностью менее 100 MIPS в ближайшие пять лет должно снизиться более чем вдвое.
В области систем производительностью ниже 1000 MIPS эксперты из Ovum ожидают сокращения на 40% к 2010 г.
Пользователи уже давно отказываются от больших компьютеров. Гораздо сильнее, чем IBM, это ощутили на себе другие производители. Список тех, кто навсегда покинул этот рынок, довольно велик и включает такие громкие имена, как Control Data, Amdahl, Wang, Burroughs, Sperry, Prime, DEC и Comparex. Но давление рынка ощущают и Fujitsu Siemens Computers и Unisys. Даже IBM, лидеру отрасли, с трудом удается противостоять общей тенденции в области небольших хостовых систем, к примеру iSeries. При этом iSeries (ранее она называлась AS/400 или AS/36) и так уже является последним представителем класса средних компьютеров, которые 15 лет назад были законодателями мод среди коммерческих информационных технологий. Именно в этой области и происходило массовое вымирание видов.
Таким образом, многочисленные пользователи не самых мощных мэйнфреймов в ближайшие годы переориентируются на другие технологии: одни — потому что не хотят тратить много денег на эксплуатацию больших машин; другие — из-за прекращения поддержки со стороны производителя. Остается решить главный вопрос: что же станет с тысячами унаследованных приложений, от которых сегодня полностью зависит функционирование деловых процессов. Стратегии рассматриваются разные.
Новая разработка для новой платформы. Предприятие хотя и получает решение, соответствующее его потребностям и полностью адаптированное к новой технологии, однако стоимость новой разработки от начала и до конца очень высока, а процесс разработки при определенных обстоятельствах может занять несколько лет.
Внедрение стандартного решения. Сегодня многие организации переходят от приложений для мэйнфреймов к стандартным продуктам, к примеру SAP. В этом случае приходится отказываться от имеющихся приложений и заново отображать все деловые процессы. Хотя в результате они получают в свое распоряжение новое решение, где отсутствует груз прошлого, с новой архитектурой издержки оказываются довольно велики. Адаптация к особенностям предприятия сложна, кроме того, высока зависимость от производителя. Поэтому обычно копии всех без исключений старых приложений не делаются: для определенных процессов и впредь используются программы на Cobol, которые с помощью Micro Focus Enterprise Server могут работать на сервере Linux и т. д. Сегодня сопряжение стандартных модулей ERP и унаследованных модулей осуществляется без проблем.
Перенос на новую платформу. Унаследованное приложение сохраняется, но полностью или частично переводится на новую платформу — UNIX, Linux или Windows. Так, (прежнее) приложение для мэйнфрейма, написанное на Cobol, работает на системах UNIX, Linux или Windows без снижения производительности. Стоимость переноса умеренная, а благодаря применению новой платформы больше нет необходимости нести расходы по эксплуатации мэйнфрейма. Доказавшая свою эффективность бизнес-логика может использоваться и дальше благодаря привлечению современных технологий. Однако приложения выглядят и воспринимаются как приложения для мэйнфреймов.
Перевод и модернизация. Унаследованные системы переводятся на новые платформы и дополняются новыми системами, прежде всего графическими программами на основе HTML или Java. При помощи современных инструментов разработки это можно сделать без особых затрат. Подобное решение сравнительно недорого, поскольку бизнес-логика и программные структуры остаются незатронутыми, причем для их поддержки мэйнфреймовая система уже не нужна. Пользователю предлагается зрелое решение с применением современных подходов. Причем проект отличается малой степенью риска, а срок его исполнения невелик.
Модернизация унаследованных приложений касается и тех, кто не собирается расставаться со своей мэйнфреймовой системой и соответствующей инфраструктурой. Однако и в этом случае часто оказывается необходимо найти или построить метод сопряжения приложений с другими технологиями. Лишь тогда мэйнфреймовые системы будут в состоянии отвечать деловым требованиям, которые постоянно изменяются под влиянием Internet и электронного бизнеса. Ведь унаследованные системы создавались не для синхронизации с КПК, интеграции данных из приложений Windows или вывода данных XML — этого нельзя добиться простым подключением по принципу Plug-and-Play. Между тем появились высокопроизводительные и проверенные на практике технологии для объединения обоих миров, при помощи соответствующих инструментов возможна даже интеграция деловых процессов из унаследованного приложения в сервис-ориентированную архитектуру.
МЭЙНФРЕЙМ ИЗНУТРИ
С технической точки зрения мэйнфреймы отличаются тем, что процессоры, накопители и периферийные системы могут использоваться несколькими виртуальными серверами одновременно. Зачастую скорость таких процессоров действительно ниже немэйнфреймовых: сегодня она составляет приблизительно 770 МГц — 1,3 ГГц, что выглядит довольно скромно по сравнению с привычными 3 ГГц у персональных компьютеров. Однако загруженность процессоров гораздо выше: 80-90%. Поэтому на мэйнфреймах очень удобно консолидировать приложения. Для оптимизации производительности командный процессор мэйнфрейма использует другие процессоры, берущие на себя выполнение специальных задач — системные вспомогательные процессоры для операций ввода/вывода или специальное криптографическое аппаратное обеспечение для шифрования и расшифровки данных. В отличие от отдельно стоя-щих серверов коммуникация между виртуальными серверами происходит не через внешние сети, а с применением внутренних методов: Hiper Sockets, VM Guest LAN или Virtual Channel to Channel.
У мэйнфреймов имеются специальные методы для эффективного объединения процессоров, накопителей и периферийных устройств. Они оснащены большим количеством параллельных каналов, что предотвращает возникновение узких мест при обращении к подсистемам. Емкое адресное пространство в несколько гигабайт позволяет одновременно выполнять множество программ. При обработке крупных объемов особая роль принадлежит мониторам транзакций, к примеру CICS, которые контролируют производительность. Будучи главной составной частью архитектуры мэйнфрейма, они необходимы при очень объемных потоках данных, однако вне мира мэйнфреймов о них мало кто знает.
Какими бы производительными ни были современные персональные компьютеры и серверы, некоторые из их функций уже много лет активно используются на мэйнфреймах. По одной только этой причине имеет смысл подробнее рассмотреть функционирование мэйнфрейма в части разделения нагрузки и виртуализации.
ТЕХНОЛОГИИ РАЗБИЕНИЯ НА РАЗДЕЛЫ
Ввиду непрекращающейся шумихи вокруг виртуализации серверов полезно вспомнить о том, что эта функция уже давно реализована на мэйнфреймах — под названием «разбиение на разделы». При необходимости на одном сервере параллельно могут выполняться несколько систем на базе одной или разных платформ. Разделение серверов на работающие независимо друг от друга виртуальные блоки позволяет консолидировать инфраструктуры ИТ, повысить тем самым отказоустойчивость и более оптимально использовать ресурсы, благодаря чему удается улучшить гибкость и адаптивность информационных технологий на предприятии.
Простейшая форма виртуализации заключается в том, что соответствующий компонент обращается к реальному ресурсу не напрямую, а опосредованно (в этом случае вместо физического адреса задается символическое имя или просто идентификатор). При обращении к ресурсу компонент, в чьем ведении он находится, преобразует имя в адрес. Такая непрямая адресация позволяет изменять отображение так, что использующий ресурс компонент об этом даже не подозревает.
Однако разбиение на разделы выходит далеко за рамки непрямой адресации. В данный момент существуют разные подходы, которые можно комбинировать. В результате повышается гибкость и появляется возможность быстрого реагирования на изменение потребностей. Кроме того, при помощи концепций разбиения на разделы можно отделить друг от друга производство продукции, исследования/разработки и обновление программного обеспечения. Это улучшает готовность и снижает длительность «запланированных» простоев.
При помощи разбиения аппаратного обеспечения на разделы системный администратор может определять на одной машине полностью независимые системные среды и тем самым генерировать абсолютно разные системы. Они разделены на аппаратном уровне, причем каждая поддерживается собственной операционной системой. Раздел включает одну или несколько системных плат, центральных процессоров, накопителей и портов ввода/вывода. Аппаратные ресурсы подлежат гибкому распределению в зависимости от изменения ситуации с нагрузкой.
В случае мэйнфреймов, к примеру из серии SX от Fujitsu Siemens Computers, администратор в состоянии определять как несколько разделов BS2000/OSD, так и разделы BS2000/OSD и Solaris; в свою очередь программно поддерживаемый VM2000 способен при необходимости разделить каждый раздел BS2000/OSD на ряд гостевых систем (см. Рисунок 1).
|
| Рисунок 1. В мэйнфреймах серии SX администратор может определять как несколько разделов BS2000/OSD, так и разделы BS2000/OSD и Solaris, а виртуальная машина VM2000 с программной поддержкой способна разбить любой раздел BS2000/OSD на целый ряд гостевых систем. |
Многие виртуальные машины отображаются на целый ряд реальных компонентов: процессоры, оперативную память и порты ввода/вывода. Для этого между физическим аппаратным обеспечением и операционной системой вводится уровень абстракции. Таким образом, с одной стороны, можно «виртуально» умножать реальные ресурсы, а с другой — параллельно запускать на одной машине несколько операционных систем, благодаря чему становится возможным полномасштабное управление ресурсами всей системы, в том числе и в гетерогенной серверной среде.
При использовании виртуальных машин, которые в состоянии эмулировать программно-аппаратные интерфейсы (Hardware-Software-Interface, HSI), возможно даже управление ресурсами за пределами платформы. Все операционные системы, выполняющиеся на виртуальной машине, могут работать как в «родном» режиме. Они полностью отделены друг от друга посредством встроенного программного обеспечения, так что возможные сбои в одной системе не оказывают никакого влияния на остальные. Столь же маловероятен доступ к оперативной и постоянной памяти, а также устройствам других систем.
Виртуальная машина VM2000 способна одновременно выполнять 15 систем BS2000 или поддерживать разные, полностью отделенные друг от друга системные среды на одном сервере. Так называемый гипервизор динамически назначает ресурсы отдельным системам — в зависимости от рабочей нагрузки, причем некоторым предоставляется приоритет путем выделения квоты на использование ресурсов.
При логическом разбиении на разделы оператор статично распределяет между системами — в пределах заданных архитектурных границ — процессоры, оперативную память и каналы ввода/вывода физического сервера, причем в любой момент он может изменить распределение. Автоматическое изменение границ самой системой не предусмотрено. Преимущество заключается в большей (по сравнению с разбиением на разделы исключительно аппаратными средствами) детализируемости. Чем мельче порции распределяемых по отдельным блокам ресурсов, тем вероятнее будет обеспечена максимальная эффективность их использования.
Основой «расширенного разбиения на разделы» (Extended RARtitioning, XPAR) является расширенная системная плата (Extended System Bus, XSB). Ей выделяются процессоры, оперативная память, каналы ввода/вывода (слоты PCI) физических системных плат (Physical System Board, PSB). Каждая из двух таких плат PSB может быть разделена на четыре XSB, т. е. всего получается восемь. Наименьшая конфигурация включает в себя два процессора, оперативную память объемом 4 Гбайт и три слота PCI.
XPAR состоит из одной или нескольких XSB, которые нередко располагаются на разных физических системных платах. Каждый XPAR обладает собственной операционной системой и ведет себя как самостоятельная машина. Один или несколько XPAR могут параллельно использоваться для BS2000 или для Solaris на одной SX150.
Динамическая реконфигурация дает дополнительные преимущества в отношении готовности при обслуживании и перераспределении ресурсов между разделами. Она означает, что администратор может во время работы подключать системные платы к разделам и отключать их независимо от конфигурации. Таким образом, замену неисправных компонентов системной платы можно провести без прерывания работы.
Перераспределение ресурсов часто оказывается рациональным при нехватке вычислительной мощности и определенной нагрузке. Речь в этом случае идет о временном перемещении процессоров между разделами. Соответствующее перемещение ресурсов из раздела BS2000/OSD в раздел Solaris и обратно возможно только в рамках лицензионных правил. К примеру, невостребованную мощность процессора на некоторое время передают разделу Solaris, а позднее возвращают обратно. Благодаря системе предоставления мощности по требованию (Capacity on Demand) и динамической реконфигурации временное перемещение процессоров возможно и внутри разделов.
Преимущества концепции очевидны: благодаря разбиению на разделы имеющиеся приложения для мэйнфреймов можно объединять с ориентированными на Web клиентскими приложениями, например на базе Solaris, или новыми приложениями на базе Java. Цель в том, чтобы оптимальным образом скомбинировать лучшее из обоих технологических миров.
Йоахим Бломе — технический директор компании Micro Focus в Дортмунде. Бернхард Верстермайер отвечает за маркетинг в области корпоративных продуктов BS2000/OSD в компании Fujitsu Siemens Computers.
? AWi Verlag