Прошло уже более 30 лет с того момента, как Фрэнк Солтис (Frank G. Soltis) впервые попытался реализовать в корпорации IBM идею создания оригинального компьютера делового назначения. Концепция, предложенная Солтисом, получила воплощение сначала в машине S/38, а затем в AS/400. По мнению ее создателя, данная архитектура сегодня не только сохранила актуальность, но и уверенно развивается. Число ее клиентов постоянно растет. Свыше 650 тыс. подобных систем установлены сегодня более чем в 140 странах. AS/400 пользуется популярностью среди финансовых компаний, и все же большая часть внедрений приходится на производственную сферу. Эта платформа находит широкое применение в самых различных отраслях, начиная от розничной торговли и заканчивая медициной.
AS/400 — это большое семейство мощных мини-компьютеров с единой архитектурой аппаратных и программных средств. AS/400 разработана и распространяется как полностью законченная система. Это означает, что все функции и возможности, обычно используемые в бизнесе, полностью интегрированы в операционную систему IBM Operating System/400 (OS/400). Поскольку пользователю обычно неинтересны архитектурные особенности компьютера, основные информативные параметры для него — это номер версии и обновления операционной системы.
Аппаратная часть системы состоит из независимых блоков, которые взаимодействуют между собой посредством одной или нескольких системных шин. Весь ввод-вывод реализуется с помощью периферийных процессоров и не зависит от центрального процессора (полный аналог каналов ввода-вывода на мэйнфреймах). Системы, построенные в описанной архитектуре, по производительности обычно значительно превосходят компьютеры с общей шиной, в которых практически все действия осуществляются под управлением центрального процессора. В AS/400 пропускная способность внутренних коммуникационных каналов по сути не ограничена. К настоящему времени выпущено несколько поколений подобных компьютеров. Их модели делятся на отдельные семейства различной производительности. Самые мощные модели по производительности в 170 раз превосходят младшие модели, а в пределах одного семейства может быть примерно пятикратный разброс по этому параметру. Увеличение производительности позволяет при одинаковой скорости выполнения заданий в соответствующее число раз увеличить число клиентов, которых в состоянии обслуживать компьютер. Особенности архитектуры AS/400 обеспечивают гибкость и позволяют адаптировать состав системы к условиям эксплуатации.
Принципы построения
Разработчики системы AS/400 применили несколько фундаментальных принципов, таких как многоуровневая архитектура, объектная реализация, одноуровневая память и т. д.
Система AS/400 необычна с точки зрения как программного, так и аппаратного обеспечения. Команды, представляемые машинному интерфейсу, проходят процесс трансляции прежде, чем их воспринимают аппаратные средства. Другими словами, когда программа выдает команды машинному интерфейсу для выполнения, она "думает", что этот интерфейс и есть само системное оборудование. Этот интерфейс преобразует команды в микрокод, чтобы они стали "понятны" оборудованию. Характеристики аппаратных средств меняются с развитием технологии, однако с точки зрения пользователя машинный интерфейс остается прежним. Его предохраняет от изменений лицензионный внутренний код. В рамках платформы AS/400 посредством копирования можно переносить программы, написанные и отлаженные на младшей модели, на все остальные компьютеры, вплоть до самого мощного. Все содержимое системы описывается объектами. Тип и функциональность объекта определяются при его создании. Таким образом, объект сочетает в себе данные и допустимые методы его использования. Это повышает общую целостность системы.
Вся память системы имеет единое адресное пространство. Единый, не зависимый от конкретного устройства механизм адресации позволяет не беспокоиться о месте расположения программы или о выделении и освобождении памяти для нее. Машины AS/400 могут адресовать весь диапазон, поддерживаемый 64-разрядной архитектурой. Одноуровневая архитектура памяти обусловливает и другое чрезвычайно важное преимущество — способность программного обеспечения создавать и поддерживать постоянные объекты. Это означает, что объект продолжает существовать в одноуровневой памяти, если только он не удален пользователем намеренно. Система обеспечивает чрезвычайно быстрый доступ к памяти.
Виртуальная адресация системы AS/400 не зависит от физического размещения объекта, а также от типа, емкости и числа дисковых устройств системы. Это означает, что не нужно модифицировать прикладные программы, для того чтобы использовать преимущества новых технологий памяти.
Напомним, что в состав системы AS/400, помимо главного процессора, входит также ряд процессоров, предназначенных для устройств ввода-вывода. Эти процессоры, выполняя большой объем работы по обмену данными, разгружают основной процессор.
При традиционном подходе к системному программному обеспечению, помимо операционной системы, требуются и другие компоненты программного обеспечения, такие как реляционная база данных, поддержка коммуникационных сред, поддержка интерактивной среды, средства разграничения доступа и т. д. Интеграция этих средств, подразумевающая полную совместимость различных компонентов между собой, часто становится непростой задачей. OS/400, операционная система для AS/400, полностью интегрировала все эти компоненты. В OS/400 входят программные средства поддержки реляционной базы данных DB2, коммуникационных и сетевых сред, безопасности данных, поддержки национальных языков и многие другие. Считается, что операционная система AS/400 делится по вертикали на две большие части: внутренний лицензионный код, который выполняет функции нижнего уровня, и собственно OS/400, работающая поверх него.
AS/400 поддерживает и использует все преимущества стандартов, включая фирменные спецификации IBM, а также большинство мировых стандартов на открытые системы, такие как Ethernet, TCP/IP, SUN NFS и многие другие. Поддержка архитектуры открытых систем обеспечивает возможность соединения с большинством компьютеров других фирм.
AS/400 работает с несколькими файловыми системами, в частности, с основной (native) на базе DB2/400, а также с интегрированной файловой системой IFS (Integrated File System), в которой, в свою очередь, осуществляется поддержка таких файловых подсистем, как UNIX, Windows NT, OS/2, DOS, Novell и т. д.
Компьютеры eServer iSeries
В начале 2000 года все семейства серверных систем IBM подверглись значительной трансформации. Так, платформы для среднего бизнеса AS/400 стали носить теперь название IBM eServer iSeries. Конечно, это была не просто смена названия. По мнению разработчиков, AS/400 и iSeries отличаются весьма существенно. В частности, в iSeries реализована новая архитектура на базе высокоскоростной шины High Speed Link с пропускной способностью 1 Гбит/с. Шина позволяет работать с усовершенствованными адаптерами сетевых соединений, дисков, лент и, что очень важно, обеспечивает баланс между мощными процессорами и остальной инфраструктурой сервера. Кроме того, iSeries отличает максимальная оптимизация для задач ввода/вывода. Можно сказать, что наступил второй переломный этап в жизни AS/400.
Новые технологии, лежащие в основе iSeries, значительно расширяют диапазон применяемых процессоров, типов основной памяти и систем хранения, повышают скорость коммуникаций и масштабируемость системы.
В новых моделях машин дебютировали и новые микропроцессоры Sstar, которые, как и их предшественники Istar, выполнены по технологии SOI (Silicon On Insulator, «кремний на изоляторе»). Данная технология позволяет уменьшить паразитные емкости, возникающие между элементами микросхемы и подложкой. Благодаря этому тактовую частоту работы транзисторов также можно увеличить. Предполагается, что увеличение скорости при переходе на SOI составит порядка 20—30%. В процессорах Pulsar, iStar и Sstar используется также технология медных межсоединений, то есть нанесения медных проводников на кристалл. Ранее в кристаллах Northstar в качестве проводников использовался алюминий. Лучшая удельная проводимость меди позволяет использовать более тонкие проводники, что обеспечивает более плотное размещение транзисторов на кристалле. Повышенная плотность позволяет применять для улучшения характеристик процессора дополнительные микроархитектурные методы. Вообще говоря, по сравнению с технологией, где межсоединения выполнены на основе алюминия, медь позволяет сделать кристалл меньше и быстрее. Медная металлизация уменьшает общее сопротивление, что позволяет увеличить скорость работы кристалла на 15—20%. Если в процессорах Pulsar использовался технологический процесс IBM CMOS7S, то в процессорах iStar и Sstar — CMOS8S.
Логические разделы
Виртуальная консолидация нескольких машин на одном сервере может оказаться очень эффективной в смысле использования ресурсов при параллельном решении разных задач, скажем, при выполнении бизнес-приложения одновременно с разработкой или тестированием новой системы, либо при обслуживании нескольких клиентов и т. п. Выделение логических разделов (LPAR, Logical PARtitioning) расширяет роль сервера iSeries как объединяющей системы. LPAR имеет большое значение для тех пользователей, которым требуется консолидация серверов и бизнес-модулей, совмещение выполнения основных задач с испытательной средой, а также интегрированные кластеры. Отметим, что возможность разбиения сервера на логические разделы появилась еще в AS/400. Эта технология, изначально разработанная для мэйнфреймов, позволяет объединить в одной машине несколько независимых серверов под управлением автономных экземпляров операционной системы. Впервые примененная в серверах масштаба предприятия S/390 технология LPAR первоначально (с операционной системой V4R4 и выше) позволяла одному серверу AS/400 функционировать как 12 отдельных серверов. C системой OS/400 V4R5 связаны значительные усовершенствования в архитектуре логических разделов AS/400. Новый сервер iSeries модели 840 поддерживал уже до 24 разделов — в два раза больше, чем предыдущие модели.
Разделы имеют различные системные имена и могут оперировать с различными первичными или вторичными национальными языками, а также работать с использованием различных часовых поясов. Все системные параметры каждого раздела могут быть установлены независимо. Эта гибкость идеально подходит для многонациональных банков и других компаний, желающих сконцентрировать все свои действия в одном месте и при этом сохранять национальные характеристики для каждой подсистемы. Использование логических разделов хорошо подходит для корпораций, которым требуется одновременно выполнять интерактивные задачи и работать с различными нагрузками на сервер, — и все это на единой системе семейства iSeries. Логические разделы позволяют интерактивно управлять эффективностью системы iSeries, гибко перераспределяя ресурсы между разделами.
В версии OS/400 V5R1 функции LPAR значительно расширены. Теперь ОС позволяет интерактивно выполнять динамическое управление перемещением между разделами таких ресурсов, как процессоры и память, а также балансировать нагрузку. Максимальное число поддерживаемых разделов возросло до 32 (до четырех разделов OS/400 V5R1 на один процессор).
Отметим, что операционная система Linux теперь также поддерживается на уровне логического раздела. Приложения под управлением Linux могут выполняться на одном или нескольких вторичных разделах; один раздел обязательно отводится для OS/400, которая, в частности, может управлять внешними ресурсами и для Linux. В iSeries предусмотрен и другой способ организации работы Linux с дисками и сетевыми платами. Когда Linux-приложению необходимо полностью автономное общение с внешним миром, Linux-раздел может получить выделенные диски и сетевые платы.
Особо отметим, что размеры раздела можно менять, не выключая систему. Разбиение стало доступным не только для многопроцессорных моделей, но и для серверов среднего и начального уровней, в том числе (пока уникальный случай) для однопроцессорных вариантов систем. Теперь для обслуживания раздела можно выделять дробную долю процессорных ресурсов: например, треть процессора будет задействована на выполнение основного приложения, в то время как оставшаяся часть будет занята тестированием какого-нибудь приложения.
