Эбберс М. Введение в современные мейнфреймы: основы z/OS

Подождите немного. Документ загружается.

112 Глава3

ключительное управление; если в ресурсы не требуется вносить изменений, програм-

ме следует запросить разделяемое управление, позволяющее осуществлять доступ

совместно с другими программами, не требующими исключительного управления.

Если ресурс недоступен, система приостанавливает выполнение запрашивающей

программы до тех пор, пока ресурс не освободится. Когда программе больше не тре-

буется управление ресурсом, она использует макрос DEQ для его освобождения.

Что такое блокировка?

Посредством блокировки (locking) система осуществляет синхронизацию использо-

вания системных ресурсов авторизованными подпрограммами и (в Parallel Sysplex)

процессорами. Блокировка (lock) представляет собой именованное поле в памяти,

указывающее, используется ли ресурс и кто его использует. В z/OS существует два ти-

па блокировок: глобальные блокировки, предназначенные для ресурсов, связанных

с несколькими адресными пространствами, и локальные блокировки, предназначен

ные для ресурсов, назначенных определенному адресному пространству. Глобальные

блокировки накладываются для подпрограмм, не допускающих многократное или

совместное использование, и различных ресурсов.

Для того чтобы использовать ресурс, защищенный блокировкой, подпрограмма

должна сначала запросить блокировку для этого ресурса. Если блокировка недоступ-

на (другими словами, если она уже получена другой программой или процессором),

то программа или процессор, запросившие блокировку, предпринимают действие,

зависящее от того, используется ли спин-блокировка (spin lock) или отсроченная

блокировка (suspend lock):

• Если спин-блокировка недоступна, запрашивающий процессор продолжает

проверять доступность блокировки до тех пор, пока другой процессор ее не

освободит. Как только блокировка освобождена, запрашивающий процессор

может получить блокировку и таким образом получить управление защищен-

ным ресурсом. Большинство глобальных блокировок являются спин-блоки-

ровками. Держатель спин-блокировки должен быть недоступен для большинс-

тва прерываний (если прервать его выполнение, он может больше никогда

не получить управление, чтобы освободить блокировку).

• Если отсроченная блокировка недоступна, единица работы, запрашивающая

блокировку, приостанавливается до тех пор, пока блокировка не будет доступ-

на. На запрашивающий процессор передается другая работа. Все локальные

блокировки являются отсроченными.

Вам может быть интересно, что случится, если каждый из двух пользователей запро-

сит блокировку, удерживаемую другим? Если каждому из них придется ждать вечно, пока

другой не освободит блокировку первым, возникает тупиковая ситуация. В z/OS такая

ситуация называется тупиковой ситуацией (deadlock). К счастью, используемая в z/OS

методология блокировки не допускает возникновения тупиковых ситуаций.

Для того чтобы избежать тупиковой ситуации, блокировки организованы в иерар-

хию и процессор или подпрограмма может запросить только блокировки, располо-

женные выше по иерархии, чем блокировки, удерживаемые ей на данный момент.

Например, тупиковая ситуация может возникнуть, если процессор 1 удерживает бло-

 Общиесведенияоz/OS 113

кировку A и запрашивает блокировку B, тогда как процессор 2 удерживает блокировку

B и запрашивает блокировку A. Возникновение такой ситуации невозможно, так как

блокировки можно получать только в иерархической последовательности. Предпо-

ложим, в данном примере, что блокировка A предшествует блокировке B в иерархии.

В этом случае процессор 2 не сможет безусловно запросить блокировку A, удерживая

блокировку B. Вместо этого он должен сначала освободить блокировку B, запросить

блокировку A и затем запросить блокировку B. При такой иерархии возникновение

тупиковой ситуации невозможно.

Дополнительные сведения. Публикация z/OS Diagnosis Reference содержит таб-

лицу, в которой представлена иерархия блокировок z/OS вместе с их описаниями

и свойствами.

38 Определяющие свойства z/OS

Ниже представлены определяющие свойства z/OS.

• Использование адресных пространств в z/OS имеет много преимуществ: изо-

ляция приватных областей в разных адресных пространствах обеспечивает

безопасность системы, хотя каждое адресное пространство содержит также

общую область, доступную для всех адресных пространств.

• Система разработана таким образом, чтобы обеспечивать целостность дан-

ных, независимо от числа пользователей; z/OS не позволяет пользователям

осуществлять доступ или изменение каких-либо объектов в системе, включая

пользовательские данные, какими либо средствами, кроме системных интер-

фейсов, применяющих правила полномочий.

• Система разработана таким образом, чтобы осуществлять управление боль-

шим количеством параллельных пакетных заданий, не требуя внешнего управ-

ления балансировкой рабочей нагрузки или устранения проблем целостности

данных, которые в противном случае могут возникнуть из-за одновременного

и противоречивого использования набора данных.

• Дизайн системы безопасности распространяется как на системные функции,

так и на обычные файлы. Средства безопасности можно внедрить в приложе-

ния, ресурсы и профили пользователей.

• Система позволяет использовать несколько коммуникационных подсистем

одновременно, обеспечивая необычную гибкость в одновременном выполне-

нии разнообразных коммуникационных приложений (при использовании

множества тестовых, рабочих и резервных версий каждого из них). Например,

несколько стеков TCP/IP могут работать одновременно, каждый из которых

имеет разные IP-адреса и обслуживает различные приложения.

• Система обеспечивает несколько уровней восстановления программного

обеспечения, что делает незапланированные перезапуски системы в рабочей

среде очень редкими. Системные интерфейсы позволяют приложениям обес-

печивать собственные уровни восстановления. Эти интерфейсы редко исполь-

зуются простыми приложениями, однако часто используются полнофункцио-

нальными приложениями.

114 Глава3

• Система разработана таким образом, чтобы осуществлять постоянное управ-

ление очень разнообразными задачами с автоматической балансировкой ре-

сурсов для обеспечения соответствия рабочим требованиям, установленным

системным администратором.

• Система разработана таким образом, чтобы постоянно управлять большими

конфигурациями ввода-вывода, которые могут распространяться на тысячи

дисковых приводов, множество автоматизированных библиотек магнитных

лент, множество больших принтеров, больших сетей терминалов и т. д.

• Система контролируется с одного или нескольких терминалов операторов

или через интерфейсы программирования приложений (API), позволяющие

автоматизировать стандартные функции оператора.

• Интерфейс оператора является критической функцией z/OS. Он предоставляет

информацию о состоянии, сообщения об исключительных ситуациях, средс-

тва управления потоком заданий, управление аппаратными устройствами

и позволяет оператору управлять нештатными ситуациями восстановления.

39 Дополнительные программные продукты для z/OS

Система z/OS обычно содержит дополнительные, отдельно продаваемые продукты, не-

обходимые для создания полноценной рабочей системы. Например, рабочая система

z/OS обычно включает средство управления безопасностью и средство управления ба-

зами данных. Говоря о z/OS, люди часто предполагают наличие этих дополнительных

продуктов. Это обычно понятно из контекста обсуждения, однако иногда может быть

необходимо спросить, является ли определенная функция частью «базовой z/OS», или

же она представляет собой дополнительный продукт. IBM называет свои дополнитель-

ные продукты лицензированными программами IBM (IBM licensed programs).

В условиях, когда многие независимые изгото-

вители программного обеспечения (ISV) предла-

гают множество продуктов с несколько различаю-

щимися, но похожими функциями, в частности

средствами управления безопасностью и средс-

твами управления базами данных, возможность

выбрать требуемые лицензированные программы для выполнения задач значительно

повышает гибкость операционной системы z/OS и позволяет группе, отвечающей за

эксплуатацию мэйнфрейма, настраивать используемые ей продукты для соответствия

требованиям компании.

Мы не будем перечислять все лицензированные программы z/OS в этой книге (их

сотни); чаще всего выбирать приходится из следующих:

• Система безопасности.

z/OS предоставляет инфраструктуру, в которой клиенты могут усиливать безо-

пасность путем добавления продукта управления безопасностью (лицензиро-

ванная программа компании IBM называется Resource Access Control Facility

или RACF

). Доступны также лицензированные программы других разработчи-

ков.

Лицензированнаяпрограмма–

дополнительный,отдельно

продаваемыйпрограммный

продукт,неявляющийся

частьюбазовойz/OS

 Общиесведенияоz/OS 115

• Компиляторы.

z/OS включает компилятор ассемблера и C. Другие компиляторы, например

компиляторы COBOL и PL/1, распространяются как отдельные продукты.

• Реляционная база данных.

Примером такой системы является DB2. Доступны также другие продукты, на-

пример системы управления иерархическими базами данных.

• Средство обработки транзакций.

IBM предлагает несколько таких средств, в том числе:

Customer Information Control System (CICS);

Information Management System (IMS);

WebSphere Application Server для z/OS.

• Программа сортировки.

Быстрая и эффективная сортировка больших объемов данных очень важна

в пакетной обработке. IBM и другие изготовители предлагают полнофункцио

нальные системы сортировки.

• Большое количество служебных программ.

Например, программа System Display and Search Facility (SDSF), широко исполь-

зуемая нами в этой книге для просмотра выходных данных пакетных заданий,

является лицензированной программой. Не каждая инсталляция содержит

SDSF; существуют и альтернативные продукты.

Существует множество других продуктов от различных независимых изготовите-

лей программного обеспечения (independent software vendors, ISV), как они часто назы-

ваются в отрасли.

310 Промежуточное программное обеспечение для z/OS

Промежуточное программное обеспечение обыч-

но представляет собой уровень между операцион-

ной системой и конечным пользователем или

пользовательскими приложениями. Оно обеспе-

чивает важные функции, отсутствующие в опера-

ционной системе. Этот термин часто относится к

крупным программным продуктам, таким, как ме-

неджеры баз данных, мониторы транзакций, веб-серверы и т. д. Этот тип програм

много обеспечения также часто обозначается термином подсистема (subsystem).

К нему обычно относятся лицензированные программы, хотя есть и значительные

исключения, например HTTP Server.

z/OS является основой для использования многих программных продуктов и фун

кций промежуточного уровня. Часто используется множество разных программных

функций промежуточного уровня, некоторые из которых запускаются в нескольких

экземплярах. Повседневное использование разнообразных задач (сочетания пакет-

ных задач, задач по обработке транзакций, задач веб-сервера, запросов и обновлений

баз данных и т. д.) является одним из свойств z/OS.

Промежуточноепрограммное

обеспечение–



программноеобеспечение,

обеспечивающееважные

функции,отсутствующие

воперационнойсистеме

116 Глава3

К промежуточному программному обеспечению в z/OS относятся:

• системы управления базами данных;

• веб-серверы;

• функции организации очередей и маршрутизации сообщений;

• менеджеры транзакций;

• виртуальные машины Java;

• функции обработки XML.

Программные продукты промежуточного уровня часто включают интерфейс

программирования приложений (API). В некоторых случаях приложения написаны

таким образом, чтобы выполняться полностью под управлением этого API промежу-

точного уровня, тогда как в других случаях они используются для необычных целей.

К примерам API промежуточного уровня на мэйнфреймах относятся:

• Набор продуктов WebSphere, включающий полный API, переносимый между

различными операционным системами. Среди них WebSphere MQ поддержи-

вает кроссплатформенные API и межплатформенную передачу сообщений.

• Система управления базами данных DB2, содержащая API (выраженный в язы-

ке SQL), используемый со многими другими языками и приложениями.

Веб-сервер считается продуктом промежуточного уровня, и веб-программирова-

ние (веб-страницы, CGI и т. д.) в значительной степени привязано к интерфейсам

и стандартам, представленным веб-сервером, а не к интерфейсам, представленным

операционной системой. Java является еще одним примером создания приложений

для выполнения в среде виртуальной машины Java (Java Virtual Machine, JVM™)

в значительной мере независимых от используемой операционной системы.

311 Краткое сравнение z/OS и UNIX

Что бы мы обнаружили, если бы сравнили z/OS и UNIX? Во многих случаях мы нашли

бы довольно много понятий, понятных для пользователей обеих операционных сис-

тем, несмотря на различия в терминологии.

Для опытных пользователей UNIX в табл. 3.1 представлена небольшая подборка

знакомых компьютерных терминов и понятий. Для нового пользователя z/OS многие

термины z/OS могут звучать незнакомо. Однако в процессе изучения этой книги вы

найдете объяснения понятий, используемых в z/OS, и увидите, что многие элементы,

используемые в UNIX, имеют аналоги в z/OS.

Для пользователей UNIX, переходящих на z/OS, основное различие состоит в том,

что пользователь является лишь одним из множества других пользователей. При пере-

ходе с системы UNIX в среду z/OS пользователи часто задают такие вопросы, как: «мож-

но ли мне иметь пароль пользователя root, так как мне нужно?» или «можно ли изменить

то или другое и перезапустить систему?». Новым пользователям z/OS важно понимать,

что в одной системе могут работать тысячи пользователей и что все действия пользова-

телей и перезапуски системы в z/OS и z/OS UNIX тщательно контролируются во избе-

жание неблагоприятного воздействия на других пользователей и приложения.

JVM не связана с виртуальными машинами, создаваемыми z/VM.

 Общиесведенияоz/OS 117

В z/OS не существует единого пароля root или пользователя root. Идентификато-

ры пользователей являются внешними для системных служб z/OS UNIX. Идентифика-

торы пользователей хранятся в базе данных безопасности, используемой совместно

с функциями UNIX и отличными от UNIX в системе z/OS, и возможно даже использу-

емой совместно с другими системами z/OS. Обычно некоторые идентификаторы

пользователей имеют полномочия root, но они остаются отдельными идентификато-

рами пользователей с отдельными паролями. Кроме того, некоторые идентификато-

ры пользователей не имеют полномочий root, но могут их включить, если это будет

необходимо.

И z/OS и UNIX содержат API, позволяющие обеспечить совместное использование

данных в памяти между процессами. В z/OS пользователь может осуществлять доступ

к адресным пространствам другого пользователя посредством служб межпространс-

твенной связи. Подобным образом в UNIX существует понятие функций разделяемой

памяти (Shared Memory functions), которые можно использовать в UNIX без специ-

альных полномочий.

Однако службы межпространственной связи z/OS требуют, чтобы инициирующая

программа имела специальные полномочия, контролируемые средством APF (Autho-

rized Program Facility). Этот метод позволяет обеспечить эффективный и безопасный

доступ к данным, принадлежащим другим пользователям, к данным, принадлежащим

пользователю, но для удобства хранящимся в другом адресном пространстве, а также

быструю и защищенную связь с такими службами, как менеджеры транзакций и ме-

неджеры баз данных.

Таблица 31 СравнениетерминовипонятийUNIXиz/OS

Термин или понятие UNIX z/OS

Запускоперационнойсистемы Загрузка(boot)системы Начальнаязагрузка(IPL)

системы

Виртуальнаяпамять,выделяемая

длякаждогопользователя

системы

Пользователиполучаютстолько

виртуальнойпамяти,сколькоим

нужно,впределахвозможностей

оборудованияиоперационной

системы

Пользователиполучаютадресное

пространство–диапазонадресов

виртуальнойпамятидо2Гб(или

дажедо16Эб),хотявэтойже

памятихранитсясистемныйкод,

общийдлявсехпользователей

Хранениеданных

Файлы Наборыданных(иногда

называемыефайлами)

Форматданных Ориентированныйнабайты;

организацияданных

осуществляетсяприложением

Ориентированныйназаписи;

частоиспользуются80-байтовые

записи,соответствующие

форматуперфокарт

Данныесистемнойконфигурации Управлениесвойствами

осуществляетфайловая



система/etc

ПараметрывPARMLIBуправляют

начальнойзагрузкойсистемыи

функционированиемадресных

пространств

118 Глава3

Термин или понятие UNIX z/OS

Языкисозданияскриптов Скриптыshell,Perl,awkидругие

языки

CLISTS(commandlists,

командныесписки)

иисполняемыемодулиREXX

Наименьшийэлемент,

выполняющийработу

ПотокЯдроподдерживаетмного

потоков

Задачаилиблокзапросовобслу-

живания(SRB)Базоваяуправ-

ляющаяпрограммаz/OSпод-

держиваетмножествозадачиSRB

Единицаработыдлительного

выполнения

Демон Запускаемаязадачаили

долгосрочноезадание;часто

являетсяподсистемойz/OS

Порядокпоискасистемой

программдлявыполнения

Программызагружаютсяиз

файловойсистемыв

соответствииспользовательской

переменнойокруженияPATH

(списоккаталогов,вкоторых

следуетвыполнятьпоиск)

Системаищетпрограмму,

которуюследуетзагрузить,

вследующихбиблиотеках:

TASKLIB,STEPLIB,JOBLIB,

LPALSTиlinklist

Интерактивныеинструменты,

предоставляемыеоперационной

системой(несчитая

интерактивныхприложений,

которыемогутбытьдобавлены

позже)

Пользователивыполняютвход

(login)всистемыизапускают

сеансыоболочкивсредеshell

Онимогутиспользоватькоманды

rloginилиtelnetдля

подключенияксистемеКаждый

пользовательможетиметь

несколькооткрытыхсеансов

подключенияодновременно

Пользователиподключаются(log

on)ксистемепосредствомTSO/E

иегопанельногоинтерфейса

ISPFИдентификатор

пользователяможетиметьтолько

одинактивныйсеанс

подключения–TSO/E

Пользователитакжемогутподклю-

чатьсяксредеоболочкиz/OSUNIX,

используяtelnet,rloginилиssh

Редактированиеданныхиликода Существуетмножество

редакторов,напримерvied,sedи

emacs

РедакторISPF

Источникиприемниквходных

ивыходныхданных

stdinиstdout SYSINиSYSOUT

SYSUT1иSYSUT2используются

утилитами

SYSTSINиSYSTSPRT

применяютсяпользователями

TSO/E

Управлениепрограммами Командаshell

psпозволяет

пользователямпросматривать

процессыипотоки,тогдакак

команда

killпозволяет

удалятьпроцессы

SDSFдаетвозможность

пользователямпросматривать

изавершатьсвоизадания

Окончание табл. 3.1.

Существует также редактор TSO, который однако редко используется. Например, при отправке элект-

ронной почты через TSO исполняемый модуль SENDNOTE открывает сеанс TSO EDIT, через который

пользователь может создать сообщение электронной почты.

 Общиесведенияоz/OS 119

312 Заключение

Операционная система представляет собой набор программ, управляющих внутрен-

ней работой компьютерной системы. В этой книге изучается z/OS – широко исполь-

зуемая операционная система для мэйнфреймов. Технологии мультипрограммирова-

ния и мультипроцессирования, а также способность осуществлять доступ и управлять

огромными объемами памяти и множеством операций ввода-вывода делают z/OS

идеальной операционной системой для обработки задач для мэйнфреймов.

Понятие виртуальной памяти является ключевым в z/OS. Виртуальная память яв-

ляется иллюзией, создаваемой архитектурой, что система как будто имеет больше

памяти, чем в действительности. Виртуальная память создается посредством исполь-

зования таблиц отображения страниц виртуальной памяти на фреймы основной па-

мяти или на слоты вспомогательной памяти. В основную память загружаются только

те части программы, которые нужны на данный момент; z/OS хранит неактивные

фрагменты адресных пространств во вспомогательной памяти.

z/OS построена на использовании адресных пространств, представляющих собой

диапазоны адресов в виртуальной памяти. Каждый пользователь z/OS получает адрес-

ное пространство, содержащее одинаковый диапазон адресов памяти. Использование

адресных пространств в z/OS позволяет изолировать приватные области в разных ад-

ресных пространствах в целях системной безопасности и при этом осуществлять

совместное использование программ и данных между адресными пространствами

посредством общей области, доступной для каждого адресного пространства.

В общеупотребительном смысле термины «центральная память», «реальная па-

мять», «реальное хранилище» и «основная память» используются как взаимозаменяе-

мые. Подобным же образом термины «виртуальная память» и «виртуальное хранили-

ще» также являются синонимами.

Количество основной памяти, необходимой для поддержки виртуальной памяти

в адресном пространстве, зависит от рабочего набора используемого приложения,

который может изменяться со временем. Пользователь не получает автоматически

доступ ко всей виртуальной памяти в адресном пространстве. Запросы на использо-

вание диапазона виртуальной памяти проверяются на ограничения размера, после

чего происходит построение требуемых записей таблицы страниц для создания тре-

буемой виртуальной памяти.

Программы, запускаемые в z/OS и на мэйнфреймах zSeries, могут использовать

24-, 31- или 64-разрядную адресацию (и при необходимости могут выполнять пере-

ключение между этими режимами). Программы могут использовать набор инструк-

ций с 16-, 32-или 64-разрядными операндами и при необходимости переключаться

между ними.

Операционные системы мэйнфреймов редко обеспечивают полную операционную

среду. Они используют лицензированные программы в качестве промежуточного про-

граммного обеспечения и для реализации других функций. Многие изготовители, вклю-

чая IBM, предлагают промежуточное программное обеспечение и различные утилиты.

Промежуточное программное обеспечение является сравнительно новым терми-

ном, который может включать несколько понятий одновременно. Основное свойство

120 Глава3

промежуточного программного обеспечения состоит в том, что оно обеспечивает

интерфейс программирования, и создаваемые приложения разрабатываются (или

частично разрабатываются) для этого интерфейса.

Основные термины в этой главе

Адресноепространство

Адресуемость Вспомогательнаяпамять Основнаяпамять

Управляющийблок Динамическая

трансляцияадреса

(DAT)

Фрейм Ввод-вывод(I/O)

Лицензионная

программа

Промежуточное

программное

обеспечение

Мультипрограммирование Мультипроцессирование

Страница/страничный

обмен

Изъятиестраницы Соглашениеобуровне

сервиса(SLA)

Слот

Свопинг Виртуальнаяпамять Управлениерабочей

нагрузкой(WLM)

z/OS

313 Контрольные вопросы

Чтобы проверить понимание материала этой главы, ответьте на следующие вопросы:

1. В чем отличие z/OS от однопользовательской операционной системы? Приведите

два примера.

2. Для какой архитектуры была разработана z/OS? В каком году эта архитектура по-

явилась?

3. Перечислите три основных типа памяти, используемых в z/OS.

4. В чем «виртуальность» виртуальной памяти?

5. Свяжите следующие термины:

а) страница __ вспомогательная память;

б) фрейм __ виртуальная память;

в) слот __ основная память.

6. Какую роль играет WLM в системе z/OS?

7. Перечислите несколько определяющих свойств операционной системы z/OS.

8. Перечислите три типа программных продуктов, которые могут быть добавлены

в z/OS для реализации полнофункциональной системы.

9. Перечислите несколько различий и сходств между операционными системами

z/OS и UNIX.

10. Что из нижеперечисленного не считается промежуточным программным обеспе-

чением в системе z/OS:

а) веб-серверы,

б) менджеры транзакций,

в) менеджеры баз данных,

г) менеджер вспомогательной памяти?

 Общиесведенияоz/OS 121

314 Темы для дальнейшего обсуждения

Дальнейшее изучение понятий z/OS может включать следующие темы для обсуждения:

1. z/OS поддерживает 64-разрядную адресацию. Предположим, что вы решили ис

пользовать эту возможность для работы с большой областью виртуальной памяти.

Вы используете соответствующий программный интерфейс для получения, до-

пустим, 30-гигабайтовой области виртуальной памяти и создаете цикл для иници-

ализации этой области для своего приложения. Каковы возможные побочные эф-

фекты этих действий? Когда такая схема целесообразна? Какие внешние обстоя-

тельства следует учитывать? В чем заключалось бы различие на другой платформе,

например в UNIX?

2. В чем может заключаться сложность для владельцев приложений при перемеще

нии программ и блоков данных из области ниже «линии» в область выше «линии»?

Как можно выполнить такое перемещение без нарушения совместимости с су-

ществующими приложениями?

3. Приложение можно разработать таким образом, чтобы оно выполнялось

в 24-, 31- или 64-разрядном режиме адресации. Как программисту выбрать режим

(в высокоуровневом языке, в ассемблере)? Вы начали использовать ISPF. В каком

режиме адресации он работает?

4. Ускорит ли больший объем основной памяти работу системы? Какие показатели

указывают на необходимость большего объема основной памяти? Когда больший

объем основной памяти не нужен? Что может изменить эту ситуацию?

5. Если современная система z/OS работает только в режиме z/Architecture, почему

говорится о 24-, 31- и 64-разрядных операциях? Почему говорится о 32-разряд-

ных операндах?

6. Зачем заниматься выделением виртуальной памяти? Почему бы не построить все

нужные таблицы страниц для всей виртуальной памяти при первоначальном со-

здании адресного пространства?

7. Зачем нужны лицензированные программы? Почему бы просто не включить все

программное обеспечение в состав операционной системы?