- Universität Tübingen

Enterprise Computing
WS 2011/12
Prof. Dr.-Ing. Wilhelm G. Spruth
WS 2011/12
Teil 1
Einführung
Enterprise Computing
Die Vorlesung findet wöchentlich im WS 2011/12 statt. Für das Sommersemester 2012 ist
ein Praktikum Enterprise Computing vorgesehen. Beides zusammen ist als Wahlfach
innerhalb der Technischen Informatik zugelassen, und kann mit 12 Leistungspunkten in
den Prüfungsplan Technische Informatik aufgenommen werden. Nur die Vorlesung (ohne
Praktikum Enterprise Computing) kann mit 4 Leistungspunkten in den Prüfungsplan
Technische Informatik aufgenommen werden.
Ort: Hörsaal A104, jeden Montag, 10:15 - 11:45
Im Wintersemester 2011/12 erstmalig am Montag, den 17. Okt. 2011.
Weitere Termine wöchentlich bis zum 12. 12. 2011 sowie ab 9. 1. 2012 bis 30. 1. 2012.
Rückfragen bei Frau Reimold, Lehrstuhl Prof. Rosenstiel,
oder [email protected]
Das Vorlesungsscript kann jeweis vor der Vorlesung heruntergeladen werden:
http://www-ti.informatik.uni-tuebingen.de/~spruth/ECvorles/index.html
Erleichterter Einstieg in Homepage Prof. Spruth über www.cedix.de.
Prüfung
Mündliche Prüfung
in den Semesterferien, 2 Termine, Anfang März und Mitte April.
Falls Sie an den praktischen Übungen im Sommersemester 2012 teilnehmen, wird eine
gemeinsame Prüfung in den großen Ferien August – Oktober 2012 empfohlen
Was ist Enterprise Computing ?
Große Wirtschaftsunternehmen (Beispiele VW, Daimler, Deutsche Bank, Allianz
Versicherung, Bausparkasse Wüstenrot) und große staatliche Organisationen
(Beispiele Rentenversicherung, Oberfinanzdirektion) benötigen eine umfangreiche
IT-Infrastruktur für Ihren täglichen Betrieb.
Bis zu mehreren 100 000 Klienten in einer Client/Server Konfiguration
Was ist ein Mainframe ?
Ein Mainframe (deutsche Übersetzung: Großrechner) ist der zentrale Server in großen
Wirtschaftsunternehmen und staatlichen Organisationen. Von den 100 größten deutschen
Unternehmen setzen 95 % einen Mainframe als ihren zentralen Server ein.
Mainframes werden (fast) ausschließlich von IBM hergestellt. Sie verwenden die System z
Hardware und Architektur. In den allermeisten Fällen läuft auf einem Mainframe das z/OS
Betriebssystem (andere Bezeichnung: MVS). Daneben wächst die Bedeutung
von zLinux (Suse Linux Enterprise Server oder Red Hat Enterprise Linux).
Rechner für maximale Rechenleistung werden als Supercomputer bezeichnet. Bei
Mainframes spielen andere Faktoren als die reine Rechenleistung eine dominierende Rolle:
•
•
•
•
Ein/Ausgabeleistung
Leistungsverhalten bei Transaktions- und Datenbankanwendungen.
Zuverlässigkeit/Verfügbarkeit
Sicherheit
Terminologie
IBM bezeichnet seine Hardware als System z oder zSeries, und das am meisten eingesetzte
Betriebssystem als z/OS. Die früheren Rechner wurden als S/360, S/370 und S/390
bezeichnet, die Betriebssysteme als OS/360, OS/ 370, OS/390 und MVS.
System z und z/OS weisen gegenüber S/390 und OS/390 eine zusätzliche 64 BitUnterstützung und andere Erweiterungen (z.B. Kryptografie ) auf.
IBM garantiert, dass alle seit 1965 entwickelte S/360 Software unmodifiziert und ohne
Recompilation auf den heutigen System z Rechnern läuft ! ! !
Gliederung der Vorlesung
1.
Wirtschaftliche und technologische Bedeutung
2.
System z Architecture und Hardware
3.
Verarbeitungsgrundlagen
4.
z/OS Betriebssystem
5.
Datenverwaltung
6.
Mehrrechnereinrichtungen, Clustering, und Sysplex
7.
Virtuelle Maschinen, Partitionierung
8.
zBX, Unified Resource Manager
9.
Transaktionsverarbeitung mit CICS
10.
CICS Connectivity
11.
z/OS und Java
12.
WebSphere Web Application Server
13.
z/OS Internet Integration
Oldenbourg
2004
ISBN
3-486-27393-0
€ 45.-
Praktikum Enterprise Computing
SS 2011
Für das Sommersemester 2012 ist ein Praktikum Enterprise Computing vorgesehen. Das
Praktikum kann ebenfalls im Rahmen der Fachprüfung Technische Informatik in den
Prüfungsplan aufgenommen werden. Im SS 2012 Betreuung durch Rouven Walter und
Hanno Eichelberger.
Die Übungen bestehen aus 6 Aufgaben:
1. Anwendungsentwicklung unter z/OS und TSO
2. Erstellen einer CICS Anwendung
3. Rational Developer for System z
4. Java Servlet Zugriff auf DB2
5. CICS Java Transaction Gateway
6. CICS Integration mit Java und XML
hobbit.
informatik.
uni-tuebingen.de
Hobbit.cs
frodo
legolas
gandalf
bilbo
134.2.205.54 134.2.14.211 134.2.14.213 134.2.14.212 134.2.14.215
LPAR #1
LPAR #2
LPAR #3
LPAR # 4
LPAR # 5
z
/
0
S
z/OS V 1.8
z/OS V 1.12
z
/
0
S
z
L
i
n
z/VM
merry/pippin
134.2.14.216/217
BladeCenter
z
L
i
n
z/VM
Cell
Blades
PowerPC
Blades
zLinux
PR/SM
Infiniband
z9 BC + DS 6800 Hardware
gimli, 134.2.14.214, Internet Router
Rechner – Konfiguration
Hobbit.uni-tuebingen.de
Project „Gameframe“
Hybridsystem Uni Tübingen
Beispiel World of Warcraft
IBM Labor Böblingen
Größter IBM Entwicklungsstandort außerhalb USA, 2.200 Mitarbeiter, mehr als 170 Patente pro Jahr,
mehr als 40 strategische Hardware- und Software Projekte, 50 bis 100 Neueinstellungen pro Jahr
The Death of the Mainframe
A fairly well accepted notion in computing is that the mainframe is going the way
of the dinosaur.
Forbes, March 20, 1989
The mainframe computer is rapidly being turned into a technological Dinosaur...
New York Times, April 4, 1989
On March 15, 1996, an InfoWorld Reader will unplug the last mainframe.
Stewart Alsop, InfoWorld 1991
...the mainframe seems to be hurtling toward extinction.
New York Times, Feb. 9, 1993
Its the end of the end for the mainframes
George Colony, Forrester Research,
Business Week, Jan. 10, 1994
Sun Fire 15K Server: Der schnellste kommerzielle Computer
CEBIT, Hannover, 13. – 20.3. 2002
Und was ist passiert ?
A decade after pundits declared the mainframe dead, more than 70% of the world's digital
information resides on these machines. And last year, IBM's sales of big iron actually
increased 6%, to $4.2 billion
http://www.businessweek.com/magazine/content/04_13/b3876068.htm
Computerwoche 9/2006, 3. März 2006, S. 26
Verbreitung von z/OS
• 95% der weltweit größten 1000 Unternehmen setzen z/OS als ihren zentralen Server ein.
• Zwischen 65 und 70 % aller geschäftsrelevanten Daten werden im EBCDIC Format auf
Mainframe Rechnern gespeichert.
• 60% aller geschäftsrelevanten Daten, auf die mittels des World Wide Web zugegriffen
werden kann, sind in Mainframe Datenbanken gespeichert, hauptsächlich DB2, IMS und
VSAM Datenbanken.
• Die Anzahl der weltweit pro Sekunde ausgeführten CICS Transaktionen liegt in der
gleichen Größenordnung wie die Anzahl der Zugriffe auf das WWW.
• Von allen Servern hat System z den höchsten Marktanteil und die höchste
Wachstumsrate.
IBM Redbooks Series: "Java Application Development for CICS: Base Services and CORBA Client Support". IBM Form Nr. SG24-5275-00,
April 1999. Ray Jones, IBM vice president Server Solutions, at Northern Illinois University, Workshop, July 11, 2000
System z, S/390, z/OS
Technologische Führungsposition
Einzigartige System z und z/OS Eigenschaften:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Architektur, z.B. Hardware Protection verhindert Buffer overflows
Hardware-Technologie, z.B. MLC Multi-Chip Module
Ein-/Ausgabe-Architektur (siehe Veröffentlichung)
Clustering, Sysplex
Skalierung mit Hilfe der Coupling Facility (siehe Veröffentlichung)
Stapelverarbeitung (Job Entry Subsystem)
Partitionierung und PR/SM LPAR Mode (siehe Veröffentlichung)
Hipersockets ( z/OS – zLinux Integration )
Goal-orientierter Workload Manager (siehe Veröffentlichung)
CICS-Transaktionsmanager
WebSphere Web Application Server und MQSeries
Persistent Reusable Java Virtual Machine (siehe Veröffentlichung)
zBX
System z and z/OS unique Characteristics
Wilhelm G. Spruth
WSI Technical Report
WSI-2010-03
Version 1.1, April 27, 2010
Wilhelm Schickard Institut für Informatik, Universität Tübingen,
Technical Report WSI-2010-03, ISSN 0946-3852, April 2010.
http://www.informatik.uni-leipzig.de/cs/Literature/Features/report.pdf
Technologische Führungsposition
Mainframes waren schon immer, und sind auch heute noch, die Speersitze des
technologischen Fortschritts
Der überwiegende Anteil technologischer Eigenschaften in unseren heutigen
Servern ist ursprünglich auf Mainframes eingeführt worden.
Beispiele aus der Vergangenheit:
• Cache,
• Virtuelle Speicher,
• Multiprocessing.
Beispiele aus jüngster Zeit:
• x86 Virtualisierungstechnologie,
• Einführung von LPARs beim PowerPC,
• von mehreren Prozessoren gemeinsam genutzte L2 Caches.
zBX, Unified Resource Manager
Weitere Mainframe Eigenschaften
Neben der technologischen Spitzenposition verfügen Mainframes über eine Reihe weiterer
Eigenschaften, die bei anderen Plattformen nicht zu finden sind:
• Systemprogramme und Anwendungsprogramme, die in den 60er Jahren erstellt
wurden, laufen unverändert und ohne Rekompilierung auf den heutigen Mainframe
Rechnern !!!
• Mainframe Rechner dienen in den Unternehmen vor allem als zentrale Datenserver.
Dazu ist erforderlich, dass man an die Daten auch herankommt. Die unter realistischen
Umständen erreichbare Ein/Ausgabe Leistung für den Datenverkehr zwischen
Plattenspeicher und Hauptspeicher ist bei Mainframes sehr deutlich höher als bei allen
anderen Plattformen.
• Mainframes sind unwahrscheinlich sicher. Über erfolgreiche Hacker Attacken ist nichts
bekannt.
• Mainframes sind verfügbar.
Aus einem Vortrag vor Mainframe Experten:
Wann haben Sie das letzte Mal einen z/OS Security Patch
installliert ?
Verfügbarkeit Classes of 9s
Unternehmen sind bereit, sehr viel Geld für eine maximale Verfügbarkeit zu bezahlen.
Federal Express
Stellen Sie sich ein Logistik Zentrum von Federal Express vor. Mittels des voll
automatischen Hochregal Lagers werden Lastwagen im 3 Minuten Takt be/entladen und
abgefertigt. Fällt der zentrale Rechner aus, bilden sich in Bruchteilen einer Stunde
kilometerlange Staus auf den Zufahrtstraßen und Autobahnen. Luftfracht-Anschlüsse
werden verpasst und die Flugzeuge fliegen ohne Ladung.
Toll Collect
Für das LKW Maut System der Bundesrepublick (Toll Collect) ist mit der
Betreibergesellschaft eine Konventionalstrafe von 30 Mill. Euro für jede 60 Minuten
Ausfallzeit vereinbart worden.
Total Cost Of Ownership
TCO
•
Hardware
•
Software
•
Administration/Management
Declining cost per user due to mainframe scalability versus Unix server scalability.
es 0139 ww6
Ted Lewis: „Mainframes are dead, long live Mainframes.“ IEEE Computer, Aug. 1999, p. 104.
Average annual transaction processing costs per user
International Technology Group, 2/99
Es 3012 ww97
wgs 06-01
Websphere
AIX
DB2
WebSphere
z/OS
The Cost of distributed Processing
Beispiel: Große Bank in der Schweiz (2Q 2011).
In der IT Infrastruktur des Unternehmens wird der WebSphere Java Application Server
eingesetzt. Das WebSphere Software Produkt ist für verschiedene Plattformen verfügbar.
In dem vorliegenden Fall wird WebSphere sowohl auf AIX (PowerPC Unix) als auch auf z/OS
eingesetzt. Etwa 2/3 der Work Load läuft unter AIX, etwa 1/3 unter z/OS.
Etwa 7 Mitarbeiter werden für die Administration und Wartung der WebSphere AIX
Installation benötigt. Die Administration und Wartung der WebSphere z/OS Installation wird
von einem Mitarbeiter nebenbei (etwa 1 Tag/Woche) mit erledigt.
Die Kosten für Mitarbeiter, die den laufenden Betrieb der IT Infrastruktur aufrecht erhalten,
sind sehr viel höher als die Kosten für die Hardware und Software.
XP / Unix
Mainframe
Forrester Consulting, July 14, 2009
The Mainframe Opportunity
Executive summary
1. The mainframe is generally viewed as the most efficient, scalable, and reliable
computing platform today. A majority of respondents said that they could not
process a typical mainframe workload on any other platform. As the most recent z10
platform provides a very efficient way to rationalize and consolidate their data
centers, a majority of mainframe sites have started consolidation programs using
Linux on the mainframe.
2. All respondents recognized that a mainframe operation requires detailed and
specialized knowledge. As the mainframe specialists are aging and as college and
university graduates do not typically receive a mainframe education, there is a risk of
skill shortages.
Weitergehende Informationen unter
http://www.informatik.uni-leipzig.de/cs/beruf/demand01.pdf
Berufsaussichten für Mainframe Spezialisten
Auf der Seite
http://www.informatik.uni-leipzig.de/cs/beruf/index.html
finden Sie Informationen über die Berufsaussichten für junge Mainframe Nachwuchskräfte.
G. Amdahl
G.A. Blaauw
F.P. Brooks
B.O. Evans
S/360 Architecture
April 7, 1964
•
•
•
•
•
•
8 Bit Byte
Main Store Byte Adressing
General Purpose Register
Supervisor/Problem State (Kernel/User State)
I/O Channel
Extended Lifetime – strictly upwards and downwards
compatibility over time and over a line of models
For historical details, see
http://www.informatik.uni-leipzig.de/cs/Literature/History/index.html
What has happened since 1964 ?
Many efforts to come up with a better computer architecture
•
•
•
•
•
•
B5000
VAX
HP Precision
MIPS
Itanium
many others
Given todays knowledge: What should Amdahl, Blaauw and Brooks
have done differently in 1964 ?
Alpha Architecture Reference Manual
Digital Press, Digital Equipment Corporation, 1992
The Alpha architecture is a RISC architecture that was designed for high performance and
longevity. Following Amdahl, Blaauw, and Brooks (1), we distinguish between architecture
and implementation:
• Computer architecture is defined as the attributes of a computer seen by a
machinelanguage programmer. This definition includes the instruction set, instruction
formats, operation codes, addressing modes, and all registers and memory locations
that may be directly manipulated by a machine-language programmer.
• Implementation is defined as the actual hardware structure, logic design, and datapath
organization.
This architecture book describes the required behavior of all Alpha implementations, as
seen by the machine-language programmer.
1. Amdahl, G.M., G.A. Blaauw, and F.P. Brooks, Jr. "Architecture of the IBM System/360." IBM Journal of Research and Development, vol.
8, no. 2 (April 1964): 87-101.
ASCII- und EBCDIC
Zeichentabellen
Beispiele: ASCII
R = Hex 52
EBCDIC R = Hex D9
Weltweit sind etwa 60% aller
wirtschaftlich relevanten Daten
sind im 8 Bit EBCDIC Standard
(Extended Binary Coded Decimal
Interchange Code) abgespeichert.
Etwa 40% aller wirtschaftlich
relevanten Daten sind im 7 Bit
ASCII Standard (American
Standard Code for Information
Interchange) bzw. seiner 8 bit
Erweiterung abgespeichert.
Unicode
7
1
3
4
4
3
Hauptspeicher aufgeteilt in
Blöcke
(Rahmen)
Hauptspeicher aufgeteilt in
zu
je 4096
Bytes
Blöcke
(Rahmen)
zu je 4096 Bytes
Jedem Block wird vom Kernel
Jedem Block wird vom Kernel
eine
Speicherschutznummer
eine Speicherschutznummer
zwischen
0 15
... zugeordnet
15 zugeordnet
zwischen 0 ...
3
3
1
0
System z
Speicherschutz
0
0
es 0146 ww6
wgs 06-99
Storage Protection Key
4 Bit
Program Status Word
19 Bit
12 Bit
real Adress
4 Bit R C
Key Store
1 key (4 Bit)
for each 4096 Byte Block
(plus Control Bits, e.g..
Reference Bit R and
Change Bit C)
compare
no
yes
Program Interrupt
Storage
Protection
access ok
Main Store, partitioned into
4 KByte Blocks (page
frames) using different
protection keys
Buffer
Overflow into
adjacent
4 KByte Block
Buffer
Overflow
Prevention
Protection Key
1 - 80
1...64
CU Control Unit
HD Hard Disk
GbE Gigabit
Ethernet
≤ 80 CPUs, ≤ 63 LPARs
CPU
CPU
CPU
CPU
≤ 3 TByte
CPU
Channel
Subsystem
Channel Path
(Kanal)
max 256
S/390
Control
Unit
Subchannels
CPU
central
storage
z196 Disk Storage
Attachment
≥ 8 Processors
max 4 Channel Subsystems
FICON
Protocol
S/390
Control
Unit
S/390
Control
Unit
S/390
Control
Unit
ESS
Enterprise
Storage
Server
1 - 80 CPUs
CPU
Hauptspeicher
Comm.
Subsystem
Channel
Subsystem
≤ 3 TByte
System z
Großsystemkonfiguration
≤ 288 Kanäle (Channel Path), 8Gbit/s
FICON
Switch
Bänder,
Drucker
≤ 256 000 Plattenspeicher
(Devices)
Logische Plattenspeicher
(logical Volumes)
10 - 1000 TeraByte
Plattenspeicherplatz
Enterprise Storage Server
Up to 288 FICON Express8 channels ,
Up to 48 ISC-3 coupling links,
Up to 96 OSA-Express3 ports
Up to 32 InfiniBand coupling links (12x InfiniBand, 1x InfiniBand)
Rechnerinstallation einer Großbank
Credit Suisse, Zürich
Februar 2010
7
Mainframe Rechner
1,1
Petabytes (1015) Plattenspeicherkapazität
4,6
Petabytes (1015) Magnetbandbibliothek
76 200
4,9
DB2 Tables
Milliarden (1012) SQL Calls pro Tag
20
Millionen (109) CICS Transaction pro Tag
37,6
Millionen (109) IMS Transaction pro Tag
12
Millionen Corba Calls für CICS/IMS pro Tag
86 000
Stapelverarbeitungsaufträge (Batch Jobs) pro Tag