Подсистемы и управление ресурсами

Прежде чем рассмотреть принципы распределения ресурсов в системе, дадим краткие характеристики некоторым (далеко не всем) подсистемам в составе z/OS.

Подсистема ввода заданий JES (Job Entry Subsystem) обеспечивает выполнение пакетных заданий. Ее функции во многом аналогичны подсистеме POWER в VSE. JES интерпретирует операторы языка управления заданиями JCL и управляет очередями. В системе могут быть запущены несколько копий JES, каждая из которых создает свой системный образ. Имеются две версии JES - JES2 и JES3, которые различаются тем, что в JES2 выполняется независимое управление каждой запущенной копией, в JES3 осуществляется централизованное управление всеми копиями.

Подсистема разделения времени TSO/E (Time Sharing Option/Extention) - основной интерактивный интерфейс z/OS. TSO/E обеспечивает для конечных пользователей, программистов и администраторов набор команд и полноэкранных возможностей для подготовки программ, подготовки и выполнения заданий, выполнения управления системой. Как обязательная часть z/OS, TSO/E является базой для ряда других системных сервисов, таких как Book Manager, Hardware Configuration Definition и другие.

z/OS UNIX System Services обеспечивают использование z/OS как сверхмощного Unix-сервера. Службы приложений z/OS UNIX System Services включают в себя командный интерпретатор shell, утилиты и отладчик. Набор команд и утилит полностью соответствует спецификациям стандарта Single Unix Specification, известного также как Unix 95. Это позволяет программистам и пользователям, даже не знающим команд z/OS, взаимодействовать с z/OS как с Unix-системой. Отладчик предоставляет программистам набор команд для интерактивной отладки программ, написанных на языке C. Этот набор подобен аналогичным командам, существующим в большинстве Unix-систем. Службы ядра z/OS UNIX System Services совместно с языковыми средами обеспечивают соответствующий Single Unix Specification API для программирования на языке C, многопоточность и средства разработки клиент/серверных приложений. Это обеспечивает возможность программирования для z/OS как для Unix и переноса в z/OS приложений, созданных для Unix.

Еще MVS прошла сертификацию по стандартам POSIX, Single Unix Specification и OSF/1. Таким образом, z/OS соответствует Unix-ориентированным стандартам лучше, чем большинство систем, относящихся к семейству Unix, и является наилучшим Unix-суперсервером.

Планированием распределения ресурсов занимается Менеджер Системных Ресурсов - SRM (System Resource Manager), являющийся компонентом BCP. SRM определяет, какие АП получат доступ к системным ресурсам, и ту долю системных ресурсов, которая будет выделена каждому АП. SRM распределяет ресурсы между АП в соответствии с приоритетными требованиями, заданными в параметрах инсталляции, и стремится достичь оптимального использования ресурсов с точки зрения производительности системы. При определении параметров функционирования SRM работы, выполняемые в системе, разбиваются на группы, называемые доменами. Домены характеризуются общими характеристиками работы, и общим для домена показателем важности. Каждое выполняющееся АП попадает в тот или иной домен - пакетное задание, транзакция IMS, транзакция DB2, короткая или длинная команда TSO и т.д. Управление доменами дает возможность:

• гарантировать доступ к системным ресурсам хотя бы минимальному количеству АП, принадлежащих к определенному типу работы;
• ограничивать количество АП, имеющих доступ к ресурсам, для каждого типа работ;
• назначать степень важности для каждого типа работ.

Управление характеристиками выполнения позволяет дифференцировать выполняемые работы, например, установить приоритет коротких транзакций над длинными, приоритет времени реакции над пропускной способностью и т.д.

Управление доменами позволяет установить, какие АП получают доступ к системным ресурсам. Диспетчеризация управляет долей системных ресурсов, получаемых каждым из допущенных АП. После того, как АП включено в мультипрограммный набор (набор АП, размещенных в основной памяти и допущенных к использованию ресурсов), все АП конкурируют за обладание ресурсами независимо от доменов, к которым они принадлежат. Диспетчеризация ведется по приоритетному принципу: работа с наивысшим приоритетом получает ресурс первой. Всего в системе имеется 256 уровней приоритетов, которые разбиты на 16 наборов по 16 уровней в каждом. Внутри каждого набора АП может иметь переменный или фиксированный приоритет. Фиксированные приоритеты более высокие, чем переменные. Фиксированный приоритет просто назначается АП в соответствии с параметрами, указанными в настройках SRM для домена. Переменные приоритеты периодически перевычисляются по алгоритму минимизации среднего времени ожидания.

SRM управляет использованием ресурсов в пределах всей системы и постоянно ищет пути преодоления дисбаланса - перегрузки ресурса или его простоя. Это достигается путем периодического пересмотра уровня мультипрограммирования - количества АП, которые находятся в основной памяти и готовы к диспетчеризации. Когда характеристики использования показывают, что ресурсы системы используются не полностью, SRM выбирает домен и увеличивает число допущенных АП в этом домене. Если показатели использования говорят о перегрузке системы, SRM уменьшает уровень мультипрограммирования.

Для уменьшения интенсивности страничного обмена SRM применяет так называемый "логический свопинг". Страничные кадры АП, подвергающегося логическому свопингу, сохраняются в основной памяти на время, не превышающее некоторого порогового значения, устанавливаемого SRM. Пороговое значение для логического свопинга перевычисляется динамически и зависит от текущей потребности системы в основной памяти.

SRM автоматически определяет наилучший состав АП в мультипрограммном наборе и количество основной памяти, выделяемое каждому АП, наиболее эффективное в рамках принятого уровня мультипрограммирования. При этом управление страничным обменом и использованием ЦП в рамках всей системы сочетается с индивидуальным управлением рабочим набором каждого АП. Таким образом, показатели свопинга определяются общесистемными показателями страничного обмена и требованиями рабочего набора, причем последние имеют некоторый приоритет.

SRM также определяет приоритеты АП в очередях ввода-вывода. По умолчанию эти приоритеты такие же, как и диспетчерские приоритеты, но в параметрах SRM для доменов могут быть назначены приоритеты ввода-вывода выше или ниже их диспетчерских приоритетов.

SRM управляет распределением дисковых устройств и контролирует использование таких ресурсов, как вторичная память (дисковые области, используемые для свопинга - они не входят в дисковое пространство, управляемое файловой системой), область системных очередей и ресурс страничных кадров. При нехватке этих ресурсов SRM предпринимает меры, сводящиеся к уменьшению уровня мультипрограммирования.

Настройка SRM производится при инсталляции ОС и продолжается в ходе ее эксплуатации. Это процесс итеративный и, возможно, бесконечный, так как в ходе эксплуатации характеристики выполняемого системой потока работ могут уточняться и меняться. Мы уже отмечали в нашей книге, что мейнйфреймы обладают весьма высоким показателем производительность/стоимость, но реально высоким этот показатель может быть только тогда, когда производительность будет востребована в полном объеме. Эффективность работы SRM существенно зависит от параметров, заданных при его настройке, а гарантировать правильность определения пользователем большого числа параметров, многие из которых могут находиться в сложной зависимости друг от друга, невозможно. Поэтому возникла необходимость переложить планирование нагрузки в вычислительной системе или sysplex'е на ОС. В настоящее время надстройка над SRM, осуществляющая это планирование - Менеджер Нагрузки (WLM - Workload Manager) - включена в ядро ОС. WLM требует от администратора нагрузки задания определения сервиса и сам реализует это определение в рамках системы или sysplex'а. Определение сервиса производится не в терминах системных параметров, как для SRM, а в терминах пользователя. Таким образом, WLM требует от пользователя определение того, что нужно сделать, а не того, как это делать. Как это делать, WLM решает сам, учитывая конфигурацию системы и требования всех используемых подсистем, обеспечивающих собственные среды выполнения - как входящих в состав ОС (TSO, JES, Unix System Services и др.), так и отдельных программных продуктов (CICS, DB2, MQSeries и др.).

Определение сервиса включает в себя:

• Политику сервиса - набор бизнес-целей управления, таких как время реакции и максимальная задержка выполнения. Каждой цели придается также весовой коэффициент, характеризующий важность достижения этой цели.
• Классы сервиса, которые разбиваются на "периоды" - группы работ с одинаковыми целями и требованиями к ресурсам.
• Группы ресурсов, которые определяют границы процессорной мощности в sysplex'е. Назначая классу сервиса группу ресурсов, администратор загрузки определяет минимальный и максимальный объем процессорного обслуживания для работы.
• Правила классификации, которые определяют, как отнести поступившую работу к тому или иному классу сервиса.
• Прикладные среды - группы прикладных функций, которые выполняются в АП сервера и могут быть вызваны клиентом. WLM в соответствии с определенными целями автоматически активизирует или останавливает АП сервера.
• Среды планирования - списки ресурсов (первичных и вторичных) с отражением их состояния, которые позволяют гарантировать, что система (в составе sysplex'а) обладает достаточным ресурсом для выполнения работы.
• Классы отчетности, используемые для получения более подробной информации о производительности внутри класса сервиса.

В соответствии с определением сервиса WLM обеспечивает распределение нагрузки между процессорами одной вычислительной системы и системами всего sysplex'а, управление временем задержки работы после прихода ее в состояние готовности, управление анклавами (транзакциями, например, DB2, выполняющимися параллельно в разных АП, возможно, на разных системах sysplex'а), управление запросами клиентов к серверами и получение информации о состоянии. Управление ведется WLM с динамической обратной связью, с учетом нагрузки в каждый текущий момент, а также распределения нагрузки на предыдущем интервале времени.

Следующим шагом в оптимизации использования ресурсов мейнфреймов и их sysplex'ов стало внедрение Интеллектуального Распорядителя Ресурсами IRD (Intellegent Resource Director). IDR обеспечивает возможность управлять несколькими образами операционной системы, выполняющимися на одном сервере (в разных логических разделах), как одним вычислительным ресурсом с динамическим управлением нагрузкой и балансировкой физических ресурсов - процессоров и каналов ввода-вывода - между многими виртуальными серверами. Система динамически перераспределяет эти ресурсы в соответствии с определенными бизнес-приоритетами с тем, чтобы удовлетворить непредсказуемые требования задач электронного бизнеса. IRD включает в себя три основных компонента:

• LPAR CPU Management - логические разделы (LPAR) на одном z-сервере объединяются в виртуальные sysplex-кластеры и управляются в соответствии с бизнес-целями и их важностью, сформулированными для WLM;
• Dynamic Channel Path Management - дает возможность динамически переключать канальные пути (через переключатель ESCON Director) от одного контроллера к другому, таким образом, WLM получает возможность обеспечивать раздел большей или меньшей пропускной способностью по вводу-выводу - в соответствии с требованиями и важностью выполняемой в нем задачи;
• Channel Subsystem Priority Queuing - распространяет возможности приоритетной диспетчеризации ввода-вывода на весь LPAR-кластер: если важная задача не может обеспечить выполнение своих целей из-за нехватки пропускной способности ввода-вывода, раздел, выполняющий эту задачу, получает дополнительные каналы ввода-вывода.

IRD является частью широкомасштабного проекта IBM eLiza, целью которого является создания фундамента для информационных систем с уменьшенной сложностью и стоимостью эксплуатации, использования, администрирования. Хотя проект eLiza не ориентирован на единственную аппаратную платформу и операционную среду, по вполне понятным причинам z-серверы и z/OS являются "передним краем" его реализации. Цели проекта eLiza сформулированы как: самооптимизация (self-optimization), самоконфигурирование (self-configuration), самовосстановление (self-healing) и самозащита (self-protection).

Самооптимизация заключается в свойствах WLM и IRD эффективно перераспределять ресурсы в условиях непредсказуемой рабочей нагрузки. В z/OS V2 планируется распространить возможности IRD на разделы, выполняющие ОС, отличные от z/OS (z/VM, Linux).

Самоконфигурирование поддерживается такими средствами, как msys for Setup (обеспечение простой для пользователя установки программного обеспечения) и z/OS Wizards - web-базированные диалоговые средства настройки системы.

Самовосстановление поддерживается:

• множеством функций контроля и восстановления оборудования (Hardware RAS), среди которых - определение различных сбоев и в ряде случаев - автоматическое переключение и восстановление, plug and play и "горячее" переключение ввода-вывода и др.;
• дуплексной передачей структур соединения (System-Managed CF Structure Duplexing) - устойчивым механизмом, позволяющим обеспечить неразрывное соединение;
• msys for Operations - обеспечением лучшей работоспособности приложений за счет большей информации о ресурсах и самовосстановления критических ресурсов, а также снижения вероятности и облегчения восстановления из-за ошибок оператора;
• System Automation for OS/390 - продуктом, обеспечивающим восстановление приложений, ресурсов системы и sysplex'а - на базе принятой политики обслуживания.

Самозащита обеспечивается:

• Intrusion Detection Services - средством, позволяющим обнаруживать атаки на систему и выбирать механизмы защиты;
• Public Key Infrastructure - встроенной в z/OS системой аутентификации и авторизации на основе открытого ключа;
• средствами безопасности, являющимися промышленными стандартами: LDAP, Kerberos, SSL, цифровые сертификаты и т.д.

Часть описанных средств уже имеется в составе z/OS, в рамках проекта eLiza предполагается их интеграция, расширение их возможностей в новых версиях, создание новых средств и перенос их на другие аппаратные платформы и в другие ОС IBM.