第三章 大型主機硬件系統(tǒng)與邏輯分區(qū)

1、第三章 大型主機硬件系統(tǒng)與邏輯分區(qū) 3.1 主機系統(tǒng)設(shè)計圖 3-1是一個 S/360的概念示意圖。 該圖可以幫助我們了解一些有關(guān)大型機硬件系統(tǒng)方 面的術(shù)語。 圖 3-1 S/360的概念圖中央處理器盒(Central Processor Box包含處理器、內(nèi)存、控制電路和通道接口。通 道 (Channel 可以在I/O設(shè)備和內(nèi)存之間提供一個獨立數(shù)據(jù)和控制的路徑。 早期的系統(tǒng)最多 可以有16個通道,目前的z系列大型主機最多可以支持1000多個通道。通道是連接在控制單元(Control Unit/CU上的,而控制單元具有一定的邏輯功能來 控制特定類型的I/O設(shè)備。比如,打印機的控制單元和磁帶機的控

2、制單元相比起來,其內(nèi)部 電路和邏輯會有很大不同。 某些控制單元可以與多個通道相連接, 從而為控制單元和其設(shè)備 提供多條路徑?？刂茊卧梢耘c磁盤驅(qū)動器、 磁帶驅(qū)動器、 通信接口等設(shè)備相連接, 控制單元和其對應(yīng) 設(shè)備之間的電路和邏輯并沒有絕對的界線, 但是把大部分的電路放到控制單元里面會更經(jīng)濟 一些。圖 3-1中的通道是并行通道, 并行通道最多可以連接 8個控制單元, 而大部分的控制單 元可以連接多個設(shè)備,連接的最大數(shù)量將取決于特定的控制單元,但是一般來說是 16個。每一個通道、 控制單元和設(shè)備都有一個十六進制的地址。 如圖3-1所示, 用 X 標志的磁盤 驅(qū)動器的地址為132。該地址每一位的含義

3、如圖3-2所示。圖 3-2 設(shè)備地址根據(jù)設(shè)備地址的定義,圖3-1所示的磁盤驅(qū)動器 Y 的地址可以是171、571或者671,因為 它連接在3個通道上,按照約定,設(shè)備地址將使用最低的地址171,但是操作系統(tǒng)可以使用上 述的3個地址來訪問磁盤驅(qū)動器Y。 設(shè)備的多條通路可以提高其性能和可用性。 當(dāng)一個應(yīng)用程 序想通過地址171訪問磁盤時,操作系統(tǒng)會首先嘗試通道1,如果通道1繁忙或不可用,它將 嘗試通道5或6。圖3-1中還有另一個帶有兩個通道的S/360系統(tǒng)(圖中的“其他系統(tǒng)”,它的兩個通道 都連接到第一個系統(tǒng)的控制單元上, 在大型機的配置中這種設(shè)備共享是很常見的。 磁帶驅(qū)動 器 Z 在第一個系統(tǒng)中的

4、地址是A31,而在第二個系統(tǒng)中的地址是331。設(shè)備的共享,特別是磁 盤驅(qū)動器的共享, 并不是一個簡單的問題, 操作系統(tǒng)使用了很多硬件或軟件技術(shù)來解決這些 問題。正如上面提到的,當(dāng)前的大型機與圖3-1中所示的有所不同:¾最新的大型機上不能使用并行通道,而且它們在舊型號的大型機上也逐漸被替代。 ¾并行通道已經(jīng)被ESCON(企業(yè)系統(tǒng)連接和FICON(光纖連接通道所取代,這些通 道只能連接在一個控制單元上, 更確切的說這些通道都使用光纖, 并連接在一個導(dǎo) 向器(director或交換機(switch上。¾目前的大型機有16個以上的通道,并用兩位十六進制數(shù)來作為地址的通道部

5、分。 ¾在新的系統(tǒng)中,通道通常被認為是 CHPID(通道路徑標識符或者 PCHIDs(物理通 道標識符,所有的通道都被集成到了主處理器盒里面。目前CEC的設(shè)計比早期的S/360要復(fù)雜得多,其主要體現(xiàn)如下幾個方面:¾I/O連接和配置¾I/O操作¾系統(tǒng)分區(qū)1. I/O連接圖 3-3說明了目前系統(tǒng)的架構(gòu)。分區(qū)、ESCON 通道和 FICON 通道將在后面詳細說明。現(xiàn) 代系統(tǒng)中可能有 100-200個通道或者 CHPIDs。下面介紹一些關(guān)鍵概念:¾ESCON和FICON通道僅連接一個設(shè)備或者一個交換機上的一個端口。¾大部分的現(xiàn)代大型機在通道和

6、控制單元間使用了交換機,交換機可以連接到多個系 統(tǒng)上,共享所有系統(tǒng)中的控制單元和I/O設(shè)備。¾CHPID地址用兩位十六進制數(shù)表示。¾有時,多個分區(qū)可以共享CHPIDs,能否這樣做取決于CHPID所連接的控制單元的狀 態(tài)?？偟膩碚f,用于磁盤的CHPID是可以共享。¾在分區(qū)的操作系統(tǒng)和CHPID之間存在著一個I/O子系統(tǒng)層。 圖 3-3 目前系統(tǒng)的架構(gòu)ESCON導(dǎo)向器和FICON交換機都是支持多連接高速數(shù)據(jù)傳送的設(shè)備, 舉例來說, 一個較大 的導(dǎo)向器可以有200個連接,所有這些連接都可以同時傳送數(shù)據(jù)。導(dǎo)向器和交換機必須隨時 監(jiān)控哪個CHPID對哪個I/O操作進行了初始

7、化, 以便能夠返回數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。 可以使用一個 控制單元來處理從多個系統(tǒng)中附屬在多個分區(qū)上的多通道發(fā)出的多個I/O請求。I/O控制層使用一個叫做IOCDS(I/O控制數(shù)據(jù)集,I/O Control Data Set的控制文件, 來將由CHPID號、 交換機端口號、 控制單元地址和單元地址構(gòu)成的物理I/O地址轉(zhuǎn)換成操作系 統(tǒng)軟件訪問設(shè)備所使用的設(shè)備號,它在系統(tǒng)加電時被加載到硬件存儲區(qū)(Hardware Save Area,HAS,并可被動態(tài)修改。設(shè)備號相當(dāng)于我們前面所提到的早期S/360架構(gòu)中的地址, 但它可以包含3個或4個十六進制數(shù)。 雖然設(shè)備編號是x0000到xFFFF間的任意數(shù)字, 但是

8、很多 用戶還是把它叫做地址。最新的z系列主機在真正的I/O元件和操作系統(tǒng)軟件之間有兩個I/O地址轉(zhuǎn)換層,第二個轉(zhuǎn)換層是為了能夠更容易升級到新系統(tǒng)?，F(xiàn)代控制單元, 特別是磁盤的控制單元, 經(jīng)常有多個通道或者交換機連接到其相關(guān)的設(shè) 備上,它們可以在同一時間在多個通道中傳輸多批數(shù)據(jù)。每個設(shè)備在每個MVS映射中都有一 個對應(yīng)的單元控制塊(UCB。2. 系統(tǒng)控制和分區(qū)圖 3-4從概念上說明了當(dāng)前大型機的幾個內(nèi)部系統(tǒng)控制的功能。 內(nèi)部控制器是微處理器, 但是它們的結(jié)構(gòu)和指令集都比 z 系列處理器簡單得多。 為了避免和 z 系列處理器混淆, 它們 通常被稱為控制器。系統(tǒng)控制的功能之一就是可以把系統(tǒng)劃分為若干

9、個邏輯分區(qū)(LPARs。長久以來,系 統(tǒng)的邏輯分區(qū)數(shù)被限制在 15個內(nèi), 而新的大型機可以有 30個或更多的邏輯分區(qū)。 內(nèi)存容量、 I/O可用性和處理器能力的實際限制常常會使得邏輯分區(qū)的數(shù)量無法達到上限值。提供分區(qū)功能的硬件和固件稱作PR/SM(Processor Resource/System Manager。PR/SM負責(zé)創(chuàng)建和運行邏輯分區(qū)。PR/SM和邏輯分區(qū)之間的差別經(jīng)常被忽略。系統(tǒng)管理員為每個LPAR分配內(nèi)存, 不同的LPAR之間不能共享內(nèi)存。 可以給特定LPAR分配 處理器,或者讓系統(tǒng)控制器用內(nèi)部負載均衡算法來給所有LPAR分配處理器。也可以給特定 LPAR分配通道,或者根據(jù)每個通

10、道的設(shè)備的狀態(tài)來使它在多個LPAR間進行共享。單處理器系統(tǒng)可以有多個LPAR。PR/SM能夠給每個LPAR分配處理器,這就如同操作系統(tǒng) 給每個進程、線程或任務(wù)分配處理器時間一樣。圖 3-4 系統(tǒng)控制和分區(qū)部分的分區(qū)控制說明可以在IOCDS中找到,其他的部分則放在系統(tǒng)的profile文件中。 IOCDS和profile都存放在在SE(Support Element中,即系統(tǒng)中的一個IBM ThinkPad筆記 本。SE連接著一個或多個硬件管理控制終端(HMC,硬件管理控制終端都是一臺PC機,它 可以控制多個不同的大型機,使用起來比SE要方便得多。操作員可以在 HMC 進行工作, 選擇并加載 pr

11、ofile 文件和 IOCDS, 它們將創(chuàng)建 LPAR, 并 配置通道對應(yīng)的設(shè)備號、 LPAR 分配、 多路徑信息等, 這個過程就是上電復(fù)位 (power-on reset, POR 。 通過加載不同的 profile 和 IOCDS, 操作員能夠完全改變 LPAR 的編號、 特性以及 I/O配置。 這樣的操作對操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序有一定的破壞性, 所以在沒有預(yù)先計劃的情況下很 少會這樣做。3. LPAR 的特性從某種意義上說, LPAR是獨立于主機的, 每個LPAR都運行著各自的操作系統(tǒng)。 這些操作 系統(tǒng)可以是任何大型機操作系統(tǒng),而并不一定是z/OS,多個LPAR間也允許共享I/O設(shè)備。 系統(tǒng)

12、管理員可以分配一個或多個處理器給一個LPAR專用。 同樣, 管理員也可以讓部分或 所有的LPAR共同使用所有處理器。這種情況下,系統(tǒng)控制功能(通常是微碼和固件提供了 分配器來在所選的LPAR間共享處理器。 管理員可以指定每個LPAR能同時使用的最大處理器數(shù) 量,也可以為不同LPAR提供權(quán)重,例如,管理員可以指定LPAR1使用的處理器時間是LPAR2的2倍。每個LPAR的操作系統(tǒng)都有獨立的初始裝入程序IPLed,都有各自操作系統(tǒng)的備份,有各 自的操作控制臺等,如果一個LPAR上的系統(tǒng)崩潰,并不會影響到其它LPAR。以圖3-4為例,我們可以在LPAR1中運行生產(chǎn)環(huán)境的z/OS,在LPAR2中運行測

13、試環(huán)境的 z/OS,在LPAR3中運行Linux。如果我們整個系統(tǒng)有8G內(nèi)存,我們可以為LPAR1分配4G,LPAR2和LPAR3各分配1G,并保留2G備用。兩個LPAR上的z/OS操作系統(tǒng)控制臺可以在完全不同的地 點。實際應(yīng)用中, 3臺各自運行z/OS的大型機和在一臺大型機上的3個LPAR中運行z/OS并沒有 區(qū)別。 圖 3-5 大機系統(tǒng)組件圖 3-5是一個簡略的大型主機系統(tǒng)組件圖。各部分說明如下:處理器組件(Processor components系統(tǒng)在物理上包括如下成分:¾主存儲器¾一個或多個中央處理單元通常稱為 CPU ,本書中我們把它稱為中央處理器 (centra

14、l processor, CP¾操作員設(shè)備(服務(wù)成分,在上圖中沒有顯示出來¾通道子系統(tǒng)¾I/O設(shè)備; I/O設(shè)備通過控制單元與通道子系統(tǒng)連接,通道子系統(tǒng)和控制單元之間 的連接稱為通道路徑(channel path系統(tǒng)輔助處理器(System assist processor, SAP系統(tǒng)輔助處理器(SAP 是與重要處理器(CP 完全相同的處理器,只是在微碼上存 在著不同。不同的處理器模塊有不同數(shù)量的 SAPs 。 SAP 執(zhí)行微碼來以提供 I/O子系統(tǒng)。對 于操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序而言, SAP 是透明的。 SAP 不會用到任何的常規(guī)系統(tǒng)內(nèi)存。中央處理器聯(lián)合(Cent

15、ral processor complex, CPCCEC 與 CPC 是相同的意思,都是指中央處理器聯(lián)合處理器、通道和內(nèi)存都被裝配在 CEC 中。因此系統(tǒng)是由一個 CEC (CPC 和其連接的 I/O控制單元組成的。通道(Channels 通道是一個更簡單的處理器,它專門用來與 I/O控制單元進行交互,從而執(zhí)行一個 I/O操作即數(shù)據(jù)在內(nèi)存和設(shè)備之間的轉(zhuǎn)移。以前不需要通道是因為每次只有一個程序被加載到存儲器中,因此,如果這一過程需 要進行 I/O操作,那么 CP 自己就可以與 I/O控制單元通訊來執(zhí)行該操作。此時在內(nèi)存中不 會執(zhí)行其他的程序。然而,如果能夠在同一時間內(nèi)在內(nèi)存中加載多個程序(多處

16、理 multiprocessing ,那么 使用 CP 來進行 I/O操作相對來說就十分低效了,而且 CP 是昂貴的硬件,此外還有其他一 些獨立的程序需要處理,所以出于這些原因,就引入了通道的概念。通道路徑(Channel paths通道路徑可以分為并行通道路徑和串行通道路徑。 為了得到更好的連通性 (connectivity 和靈活性, 可以使用串行通道并通過一個動態(tài)交換機來連接控制單元, 這樣可以為連接到交 換機上的實體(即通道和 I/O控制單元之間提供多個連接。Crypto為了提高加密速度,在 CP 中有加密加速器和加密協(xié)處理器。 IBM 的通用密碼結(jié)構(gòu) (common cryptogr

17、aphic architecture, CCA定義了一系列的密碼功能、外部接口、和密鑰管 理規(guī)則,這些規(guī)則屬于基于對稱性算法的數(shù)據(jù)加密標準(DES 和基于不對稱算法的公鑰算 法(PKA 。ETRCEC 可以連接一個外部時間參考(external time reference, ETR來保證不同的 CEC 之 間的時間同步?？蛇x的 ETR 卡提供了到 IBM 系統(tǒng)群計時器的接口,這個計時器是用來保證 在一個系統(tǒng)群環(huán)境中的系統(tǒng)之間的時間同步的。目前,從 PC 機到大型機的所有操作系統(tǒng),都支持多處理器環(huán)境,但是集成多處理器的 程度有很大區(qū)別, 例如, 系統(tǒng)或 LPAR 中掛起的中斷可以被系統(tǒng)或 LP

18、AR 中的任意一個處理 器接收。任一處理器都能初始化并管理系統(tǒng)或 LPAR 中的 I/O操作,使得通道和設(shè)備可用。 通道、 I/O設(shè)備、中斷和內(nèi)存是整個系統(tǒng)所共有,而不是哪個處理器獨占的。這種多處理器的集成從表面上看好像很簡單, 但是其實現(xiàn)卻非常復(fù)雜。 使性能最優(yōu)化是 非常重要的,處理器接收系統(tǒng)或 LPAR 中斷的能力尤其重要。系統(tǒng)或 LPAR 中的每個處理器都有一塊很小的唯一私有內(nèi)存區(qū),即 Prefix Storage Area (PSA ,它用于中斷處理和錯誤處理。一個處理器可以通過專用程序訪問另一個處理器的 PSA ,但這一般只用于錯誤恢復(fù)的情況。處理器可以使用特殊指令(SIGP , f

19、or Signal Processor 來中斷其它處理器。同樣,這也只用于錯誤恢復(fù)的情況。目前大型機使用的是IBM 3390 磁盤驅(qū)動器, 如圖3-6所示, 是一個概念上的簡單示意圖。 關(guān)聯(lián)的控制單元(3390通常有4個通道連接到一個或多個處理器上(可能會通過一個 交換機,3390單元一般有8個或更多的磁盤驅(qū)動器。 圖 3-6 IBM3390磁盤的初始執(zhí)行 IBM 2105 企業(yè)存儲服務(wù)器是一種目前常用的大型主機磁盤存儲器,如圖3-7所示。圖3-7 3390單元2105單元是一個非常復(fù)雜的設(shè)備, 它模擬大量的控制單元和3390磁盤驅(qū)動器, 它最大可 以支持11TB的磁盤空間和32個通道接口、1

20、6GB的高速緩存和284M非易失性(non-volatile 內(nèi)存。主適配器是用來控制單元接口的,它最多可連接32個通道。雖然SSA串行接口可以快速冗余地訪問磁盤,物理磁盤驅(qū)動器還是以SCSI類型來進行組 織的,其內(nèi)部的排列有幾種可能,最通用的方法是帶有熱備份的RAID5陣列。實際上,單元 中的每個元件都有備份。在2個處理器聯(lián)合體中的4個高端RISC處理器提供了內(nèi)部處理功能, 每個聯(lián)合體都可以操縱整個系統(tǒng), 在電源短時間失效時, 內(nèi)部電池可以保護瞬時數(shù)據(jù)。 有一 個獨立的控制臺可以管理和配置該單元。2105提供了很多 3390不能提供的功能,包括快速拷貝(FlashCopy 、擴展遠程拷貝 (

21、Extended Remote Copy 、并發(fā)拷貝(Concurrent Copy 、并行訪問卷(Parallel Access V olumes 、 多應(yīng)用(Multiple Allegiance 、大容量的高速緩沖存儲器 (huge cache等。 帶有控制單元的 3390磁盤驅(qū)動器與剛才講到的 2105相比用到了一些不同的技術(shù), 但是 它們的軟件基本結(jié)構(gòu)是大體相同的,這使得為 3390磁盤驅(qū)動器編寫的應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件 可以使用更新的技術(shù)。使用新技術(shù)來實現(xiàn) 3390磁盤驅(qū)動器可以分為幾個階段, 2105是較新 的一個階段。 在使用新技術(shù)來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)標準的同時, 還要維持軟件的兼容性, 這

22、是大型機開 發(fā)的特點, 正如以前面多次提到的那樣, 在長期的技術(shù)革新過程中維護軟件的兼容性是大型 機的重要特點。3.2 系統(tǒng)處理單元 圖 3-8 處理單元(CPs,IFLs,ICFs 和 SAPs處理單元(PUs 在 z 系列處理器中的處理單元的類型有如下幾種:¾ 中央處理器(CPs ¾ IFL (Integrated Facility for Linux,¾ 內(nèi)部耦合設(shè)備(ICF ¾ 系統(tǒng)輔助處理器(SAPs CPs中央處理器就是一個處理器單元 PU , 它有著做 z/Architecture和 ESA/390的指令集, 它 可以運行 z/Archit

23、ecture、 ESA/390、 Linux 、 TPF 操作系統(tǒng)和耦合設(shè)備控制編碼。 z990處理 器只能以 LPAR 模式運行,因此,所有的 CPs 都只用于一個分區(qū)或在兩個分區(qū)之間共享, 保留的 CsP 可以被定義給一個邏輯分區(qū),從而允許不中斷的映象升級(non-disruptive image upgrade 。一個結(jié)構(gòu)中的所有 CPs 被分組到一個 CP 池中, z/Architecture或 ESA/390操作系統(tǒng)都可 以運行于 CP 池分配的 CPs 之上。IFLsIFL 為 Linux 的負載提供了額外的處理能力,通常, IFL 工作激活的處理單元(PU 被 看作是一個 IFL

24、 引擎。IFL 處理單元或引擎有如下一些特性:¾ 它可以用于一個或多個邏輯分區(qū) LPARs 。¾ 它只能運行 Linux ,或在 z/VM 4版本之下的 Linux 。 CMS 也可以用于 z/VM之下的版本,原則就是 CMS 是用來管理 z/VM的,而 IFL 使用 z/VM的主要目的是管理 Linux 的客戶。 然而大多數(shù)用于 z/VM的有許可證的軟件產(chǎn)品都不能在 IFL 中運 行。¾ 一些 Pus 可以作為 IFL 的處理器。¾ IFL Pus可以以任何需要的方式在邏輯分區(qū) LPARs 之間來為 Linux 使用,例如,也許有一個 IFL PU運行

25、著 3個 Linux 邏輯分區(qū) LPARs ,或者你可以把一個 IFL PU分配給一個特定的 Linux 邏輯分區(qū) LPAR ,然后讓其他的 Linux 邏輯分區(qū) LPARs共享另外一個 IFL PU。¾ 不能在同一個邏輯分區(qū)中同時使用標準 S/390 Pus和 IFL PUs。Linux 邏輯分區(qū) LPARs 是標準的邏輯分區(qū)。ICFs內(nèi)部耦合設(shè)備(ICF 為耦合設(shè)備控制編碼在 CF 邏輯分區(qū)中的執(zhí)行提供了額外的處理 能力, 由于有了 IFLs , 傳統(tǒng)的 z/OS軟件的負載并沒有受額外的 ICF 處理能力的影響。 為 ICF 工作而激活的處理單元通常被看作是一個 ICF 引擎。從

26、功能上看, ICF 就是一個 PU 引擎,它需要進行配置之后在 CF 邏輯分區(qū)中來執(zhí)行,特 定 PR/SM TM 的微碼不包括定義好的、來自正在執(zhí)行的 non-CFCC 編碼的 ICFs ,這會導(dǎo)致軟件 許可的負載超出 ICF PUs的能力。SAPs系統(tǒng)輔助處理器(SAP 也是一個處理單元(PU ,它運行通道子系統(tǒng)允許的內(nèi)部編目 來控制 I/O操作,在 z990結(jié)構(gòu)中所有的 SAPs 都是作為主 SAPs 來執(zhí)行的。可以通過定制可選的 SAPs 、或分配一些 CPs 作為 SAPs 來向結(jié)構(gòu)中增加額外的 SAPs , 在這里, 首選的是定制 SAPs , 因為它們不會招致軟件負載。 反之, 如

27、果分配 CPs 作為 SAPs , 則會產(chǎn)生軟件負擔(dān)的問題。3.3 輸入/輸出系統(tǒng) 圖 3-9 輸入/輸出系統(tǒng)概要圖圖 3-9給出了一個 I/O操作從應(yīng)用程序請求到操作完成的簡要流程。1. 用戶程序通過發(fā)布一個 OPEN 宏來允許訪問數(shù)據(jù)集,這個 OPEN 宏會通過一個 SVC 指令來調(diào)用 Open 程序, 隨后, 請求輸入或輸出數(shù)據(jù), 這就使用一個 I/O宏, 例如 GET 、 PUT 、 READ 、或 WRITE ,并指定一個目標 I/O設(shè)備。這些宏將會產(chǎn)生一個指令流,從而調(diào)用一個 訪問方法,訪問方法有如下一些功能:¾編寫通道程序(用虛擬地址¾執(zhí)行緩沖¾保證

28、同步¾執(zhí)行 I/O恢復(fù)用戶程序可以繞開訪問方法,但是它必須考慮隨后的許多 I/O操作的細節(jié)問題,例如設(shè) 備的物理特性。2. 訪問方法有許多種,例如 VSAM 、 BSAM 和 BPAM ,它們每一個都為用戶程序提供 了不同的功能, 選擇一個訪問方法就取決于程序計劃如何去訪問數(shù)據(jù) (例如隨機的、 或順序 的 。3. 為了請求轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù), 訪問方法會用 EXCP 宏來給出關(guān)于一個 I/O驅(qū)動器程序 (通常是 EXCP 驅(qū)動器的操作信息,這個 EXCP 宏可以擴展成一個 SVC 0 指令。I/O驅(qū)動器能夠把虛擬的通道程序翻譯為真實的(一種通道子系統(tǒng)可以接受的格式 ,選 定包含 CCWs 和數(shù)

29、據(jù)緩沖的頁面,保證卷的大小,并調(diào)用 I/O管理程序(IOS 。4. 如果對于請求的設(shè)備來說不存在掛起的 I/O操作,那么 IOS 將會向通道子系統(tǒng)發(fā)布 Start Subchannel(SSCH 指令,然后 CPU 繼續(xù)處理其他工作(執(zhí)行訪問方法的任務(wù)可能被 置為等待狀態(tài) ,直到通道子系統(tǒng)用 I/O中斷指出 I/O操作已經(jīng)完成為止。如果設(shè)備忙,請 求就會在 UCB 控制塊中排成隊列。5. SAP會選擇一個通道路徑來開始 I/O操作,這個通道將執(zhí)行通道程序來控制數(shù)據(jù)在設(shè) 備、控制單元和中央存儲器之間的轉(zhuǎn)移。6. 當(dāng) I/O操作完成之后, SAP 會通過向所有 I/O激活的 CPU 產(chǎn)生一個 I/

30、O中斷來表示操 作完成。7. IOS通過決定來自通道子系統(tǒng)的 I/O操作的狀態(tài)(成功或失敗來處理中斷, IOS 通 過發(fā)布 TSCH 指令來向內(nèi)存中讀取 IRB , IOS 會通過發(fā)布等待中的 I/O任務(wù)和訪問分派器來 指出 I/O已完成。8. 在適當(dāng)?shù)臅r候,分派器會分發(fā)任務(wù)以返回訪問方法的代碼。9. 訪問方法將控制權(quán)返回給用戶程序,這樣用戶程序可以繼續(xù)執(zhí)行。3.4 輔助存儲設(shè)備使用數(shù)據(jù)設(shè)備存儲管理子系統(tǒng) (DFSMS時需要直接訪問存儲設(shè)備 (DASD和磁帶設(shè)備。 本節(jié)我們將對存儲設(shè)備的類型和 RAID 技術(shù)做一個簡要的介紹。DASD 有如下幾種類型:¾傳統(tǒng)的 DASD(例如 338

31、0和 3390¾RAMAC 虛擬陣列 (RVA¾企業(yè)存儲服務(wù)器 (ESS傳統(tǒng) DASD¾3380 model J,E,K¾3390 model 1, 2, 3, 9基于 RAID 技術(shù)的 DASD¾RAMAC 陣列¾RAMAC 虛擬陣列 (RVA¾企業(yè)存儲服務(wù)器 (ESS- Seascape 架構(gòu)傳統(tǒng) DASD在傳統(tǒng) DASD 的時代,硬件設(shè)備是由諸如 3880和 3990之類的控制器組成的,這些控 制器可以對存儲子系統(tǒng)進行操作,控制器通過并行(parallel 或 ESCON 通道連接到 S/390系統(tǒng)中。 一個控制器包含

32、著若干個具有磁盤驅(qū)動器的 3390模塊組。有了這些模塊之后,這 些磁盤驅(qū)動器對于每個設(shè)備就具有了不同的容量,在每個模塊組中,不同的模塊提供了 4個、 8個或 12個設(shè)備,所有這些具有 4個控制器的單元總共提供了 4條訪問 3990存儲控 制的路徑。此時,你不能對給定 DASD 設(shè)備的特性進行修改?；?RAID 技術(shù)的 DASD隨著 1994年 RAMAC 陣列的引入, IBM 公司針對 S/390系統(tǒng)率先引入了基于 RAID 技 術(shù)的存儲子系統(tǒng)。IBM 公司最近的一些 DASD 產(chǎn)品,例如 RAMACs , RVA ,和企業(yè)存儲服務(wù)器 (ESS, 以及其他廠商提供的 DASD , 在規(guī)格參數(shù)

33、、 磁道容量和每個柱面上的磁道數(shù)量等方面仿真了 IBM 公司的 3380和 3390卷,這使得其他的所有部件都認為它們是在處理真正的 3380或 3390,這樣做的好處是,它允許 DASD 廠商在不影響組件與 DASD 的交互方式的情況下, 對磁盤上的磁道和柱面等規(guī)格參數(shù)進行修改, 但是從操作系統(tǒng)的角度來看, 設(shè)備的類型一直 都是 3390。ESS 技術(shù)IBM 的企業(yè)存儲服務(wù)器 (ESS是 IBM 最強大的磁盤存儲服務(wù)器, 它是用 IBM 的 Seascape 架構(gòu)來開發(fā)的, ESS 為電子商務(wù)服務(wù)器家族、以及非 IBM 家族的服務(wù)器 (例如,基于 intel 和基于 UNIX 提高了無可匹敵

34、的功能性。在所有的這些環(huán)境中, ESS 的特點是它對可以最 大限度地滿足性能、容量、以及商業(yè)計算所要求的數(shù)據(jù)可用性方面的要求。容量 圖 3-10 傳統(tǒng) DASD 的容量DASD 的容量圖 3-10給出了 DASD 設(shè)備的不同類型。上個世紀 80年代使用的是 3380設(shè)備,它的每 一個卷的容量大小是從 885到 2655個柱面, 當(dāng)存儲密度增加之后, 在 80年代末期就引入了 新的設(shè)備 3390,它的每個卷的容量大小是從 1113到 3339個柱面。后來引入的專用設(shè)備類 型 model 3390-9是用于存儲需要快速訪問的海量數(shù)據(jù)的。一個設(shè)備中的磁道數(shù)總是相同的, 也就是說 3380卷的每個磁道

35、有 47476個字節(jié),而 3390卷的每個磁道有 56664個字節(jié)。下面的表 3-1給出了更多的關(guān)于 DASD 容量的信息。表 3-1 DASD容量 圖 3-11 冗余磁盤陣列RAID 的結(jié)構(gòu)冗余磁盤陣列(RAID 是一個直接訪問存儲結(jié)構(gòu),它里面的數(shù)據(jù)是存儲在多個物理磁 盤上的, 并帶有奇偶校驗碼, 這樣可以保證當(dāng)陣列里面的任一磁盤發(fā)生故障時, 仍然能夠讀 取數(shù)據(jù)。RAID 技術(shù)也可以是小型機的 SCSI 接口的硬盤 (小型計算機硬盤接口 取代一個大的硬盤。 RAID 的優(yōu)點主要如下:z性能(由于是并行的z成本(SCSI 是普通接口zz 系列的兼容性z環(huán)境(空間和能源但是,邏輯設(shè)備是位于物理磁

36、盤之上的,由于磁盤故障, 使用了 RAID 技術(shù)之后發(fā)生 故障的概率也就增加了。 其解決辦法是采用冗余, 雖然冗余會導(dǎo)致空間的浪費, 且引起性能 問題,例如“寫懲罰(write penalty ”和“空閑空間回收” 。我們可以使用大容量的高速緩沖存儲器來解決性能的問題。除了 RAID-1之外,每個廠商都會在陣列中給硬盤按照進行編號,一個陣列就是一系列 邏輯相關(guān)、并應(yīng)用了奇偶家校驗的磁盤的集合。RAID 結(jié)構(gòu)的具體實現(xiàn)有如下幾種類型:RAID-1有一個磁盤鏡像,就像雙拷貝。如圖 3-12所示。 圖 3-12 RAID-1RAID-3 RAID-3的結(jié)構(gòu)如圖 3-13所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn),校驗盤只

37、有一個,而數(shù)據(jù) 與 RAID 0一樣是分段(Stripe 存入數(shù)據(jù)陣列中,這個段的深度的單位為字節(jié)而不再是 bit 了。在數(shù)據(jù)存入時,數(shù)據(jù)陣列中處于同一等級的段的 XOR 校驗編碼被即時寫在校驗盤相應(yīng) 的位置,所以彼此不會干擾混亂。讀取時,則在調(diào)出段的同時檢查校驗盤中相應(yīng)的 XOR 編 碼,進行即時的 ECC 。由于在讀寫時與 RAID 0很相似,所以 RAID 3具有很高的數(shù)據(jù)傳輸 效率。 圖3-13 RAID-3RAID-5由于其出色的性能與數(shù)據(jù)冗余平衡設(shè)計而被廣泛采用。與 RAID 3、 4一樣, 它也是一種即時校驗 RAID 系統(tǒng),但設(shè)計更為巧妙,而管理也相對復(fù)雜。其結(jié)構(gòu)見圖 3-14

38、。 RAID 5不對存儲的數(shù)據(jù)進行備份,而是把數(shù)據(jù)和相對應(yīng)的奇偶校驗信息存儲到組成 RAID5的各個磁盤上, 并且奇偶校驗信息和相對應(yīng)的數(shù)據(jù)分別存儲于不同的磁盤上。 當(dāng) RAID5的一 個磁盤數(shù)據(jù)發(fā)生損壞后,利用剩下的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的奇偶校驗信息去恢復(fù)被損壞的數(shù)據(jù)。 R RAID-5有很高的 I/O速率和中等的數(shù)據(jù)率,以 8個硬盤陣列作為主流配置的 IBM 2105控 制器通常都會使用 RAID-5。 圖3-14 RAID-5RAID-6RAID 6是在 RAID 5基礎(chǔ)上,為了進一步加強數(shù)據(jù)保護而設(shè)計的一種 RAID 方式,實際上是一種擴展 RAID 5等級。與 RAID 5的不同之處于除了每個

39、硬盤上都有同級 數(shù)據(jù) XOR 校驗區(qū)外,還有一個針對每個數(shù)據(jù)塊的 XOR 校驗區(qū)。當(dāng)然,當(dāng)前盤數(shù)據(jù)塊的校 驗數(shù)據(jù)不可能存在當(dāng)前盤而是交錯存儲的,具體形式見圖 3-15。 圖 3-15 RAID-6RAID-6+ 這種方式?jīng)]有寫懲罰 (由于其結(jié)構(gòu)化的日志文件, 或 LFS , 它的后臺有自由 空間的回收機制。寫的時候,磁頭臂可以一起移動, RV A 控制器通常會采用這種方式。RAID-10它是一個新的 RAID 結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)非常適合分段記錄,并且有鏡像冗余。 它可以在 IBM 2105中任意執(zhí)行。注意:數(shù)據(jù)分段存取(在不同的磁盤中數(shù)據(jù)條帶是放在連續(xù)的物理塊中有時候叫做 RAID-0 ,但是它不

40、是真正意義上的 RAID ,因為它沒有冗余,即,它沒有奇偶校驗位。兩個 6路 RISC 處理器(668MHZ 4.8GB/秒的總帶寬最多 32個 ESCON /SCSI / 混合最多 16個 FICON 和 FCP 通道最大 64GB 的高速緩存2GB 的 NVS 高速緩存18.2/36.4/72.8/145.6GB的磁盤容量最大 55.9TB 的容量8x160MB/秒的 SSA 環(huán)10000轉(zhuǎn) /秒和 15000轉(zhuǎn) /秒的磁盤到 SAN 的連接RAID-5或 RAID-10企業(yè)存儲服務(wù)器 (ESSIBM 的企業(yè)存儲服務(wù)器 (ESS是一個高性能、高可用性的存儲子系統(tǒng)。它包括兩個 6路 的 RISC 處理器 (668MHZ、 64GB 的高速緩沖存儲器和 2GB 的非易失存儲器 (non-volatile storage NVS,來防止數(shù)據(jù)的丟失。它通過 32ESCON 通道和 16FICON 通道連接到 zSeries 主機上,對于其他一些平臺,例如 IBM iSeries 、 UNIX 或 NT 來說,是通過 32SCS