大型计算机

简介

特徵

现代大型计算机并非主要通过每秒运算次数MIPS来衡量性能，而是可靠性、安全性、向后兼容性和极其高效的I/O性能。主机通常强调大规模的数据输入输出，着重强调数据的吞吐量。

大型计算机可以同时运行多作业系统，因此不像是一台计算机而更像是多台虚拟机，因此一台主机可以替代多台普通的伺服器，是虚拟化的先驱。同时主机还拥有强大的容错能力。

主机的投资回报率取决于处理数据的规模、减少人力开支、实现不间断服务和其他成本的缩减。由于主机的平台与作业系统并不开放，因而很难被攻破，安全性极强。

大型机使用专用的作业系统和套用软体，在主机上编程採用COBOL，同时採用的资料库为IBM自行开发的DB2。在大型机上工作的DB2资料库管理员能够管理比其他平台多3～4倍的数据量。

历史

在1960年代，大多数主机没有互动式的界面，通常使用打孔卡、磁带等等。

1964年，IBM引入了System/360，它是由5种功能越来越强大的计算机所组成的系列，这些计算机运行同一作业系统并能够使用相同的44个外围设备。

1972年，SAP公司为System/360开发了革命性的“企业资源计画”系统。

1999年，Linux出现在System/390中，第一次将开放式原始码计算的灵活性与主机的传统可伸缩性和可靠性相结合。

与超级计算机的区别

超级计算机有极强的计算速度，通常由于科学与工程上的计算，这些计算的速度受运算速度与记忆体大小所限制；而主机运算任务主要受数据传输与转移、可靠性及并发处理性能所限制。

主机更倾向于整数运算，如订单数据、银行数据等，同时在安全性、可靠性和稳定性方面优于超级计算机。而超级计算机更强调浮点运算性能，如天气预报。主机在处理数据的同时需要读写或传输大量信息，如海量的交易信息、航班信息等等。

优势

大型机体系结构的最大好处是无与伦比的I/O处理能力。虽然大型机处理器并不总是拥有领先优势，但是它们的I/O体系结构使它们能处理好几个PC伺服器放一起才能处理的数据。大型机的另一些特点包括它们的大尺寸和使用液体冷却处理器阵列。在使用大量中心化处理的组织中，它们仍有重要的地位。

由于小型计算机的到来，新型大型机的销售已经明显放慢。在电子商务系统中，如果资料库伺服器或电子商务伺服器需要高性能、高I/O处理能力，可以採用大型机。

在20世纪60－80年代，信息处理主要是採用主机+终端的方式，即主机集中式处理方式。大型机的主要厂商有IBM/日立等。但无论是大型机本身还是它的维护成本都相当昂贵。因此，能够使用大型机的企业寥寥可数。进入80年代以后，随着PC和各种伺服器的高速发展，大型机的市场变的越来越小，很多企业都放弃了原来的大型机改用小型机和伺服器。另外，客户机/伺服器（client/server）技术的飞速发展也是大型机市场萎缩的一个重要原因。这时的大型机就象濒临灭绝的恐龙逐渐走向灭亡。进入90年代后，经济进入全球化，信息技术得以高速的发展，随着企业规模的扩大，信息分散管理的弊端越来越多，运营成本迅速的增长。信息集中成了不可逆转的潮流。这时，人们又把目光集中到大型机的身上，大型机的市场逐渐的恢复了活力，直至今天，大型机还占有了不可替代的市场份额。90年代后期，大型机的技术得以飞速的发展，其处理能力也大踏步的提高，在民用领域，IBM已经完全占据了大型机的市场。

发展历史

1964年4月7日，IBM公布了360系统，成为计算机发展史上的一个重要了里程碑。System/360系统的主要贡献是：从套用的角度来看，克服了第二代计算机性能单调的弱点，集科学计算，数据处理和实时控制功能于一身，确定了通用性。从生产的角度讲，实现了系列化，360系统的主要型号有：20型、25型和30型小型机44型和50型小型机，65型，75型和85型大型机，以及91型和105型超级计算机。型号虽多，但採用了标準化措施，统一指令格式，统一数据格式，统一字元编码，统一I/O接口，统一中断系统以及统一人机对话方式等。由于确定了兼容性。是同一程式在不同型号的机器语言级上的兼容，促进了计算机工业能力的规模和发展。从发展的角度来看，既採用了新的技术，有留有发展的余地。日后S/370和S/390都是从S/360上发展而来的，他们各自标定着相应的系统体系机构。从使用的角度来看，360系统配有作业系统、彙编语言和FORTRAN、COBOL等高级语言，使用十分方便，更重要的是360在建立计算机系统的继承性上起来开创性的作用。1981年，IBM公布了扩展的System/370体系结构（370－XA）。System/370-XA将地址线位数增加到32位，大大增加了System/370的定址能力，同时保留了24位的兼容方式（向上兼容）。同时370还增加了扩展存储器（EXPANDEDSTORAGE）。1988年，IBM对System/370做了进一步的改进，ESA（Enterprise SystemArchitecture）/370。ESA/370增加了访问暂存器，改进了虚存的性能。通过这项技术，套用可以访问称之为数据空间（dataspace）的另一个虚存空间。因此，ESA/370允许套用访问多个2G的数据空间。基于该体系结构的产品系列使得多用户可以更方便得共享系统资源。

1990年9月，IBM开发了ESA/390以及ES/9000System/390系列计算机系统，其性价比远远高于System/370系统。IBMS/390系列与以前得S/370系统相比，在体系结构上作了如下改进：

⑴、企业系统连线结构ESCON：这是一种新得输入输出结构，它定义了一个规则，使存储器子系统、控制部件、通讯控制部件等I/O设备都通过这套规则与处理器进行通讯。ESCON得通讯速度是17M/S。

⑵加密结构：在S/390中，计算机通过集成密码特徵来实现对计算机中得信息进行加密或解密，以防止被非法访问。

⑶子系统存贮保护：防止诸如CICS等子系统对系统存储器的干扰。这个功能由作业系统和子系统共同提供。

⑷数据压缩：S/390在硬体级上提供了数据压缩。其压缩速度是软体压缩的5倍。

⑸异步数据转移结构（ADMF）：利用I/O处理器去更有效的实现中央处理器与扩展存储器之间的信息转移，以空出处理器来处理其他任务。

⑹DB2排序增强：使用硬体完成DB2的排序算法。

工作原理

架构

2000年后，IBM推出Z/Architecture架构主机，Z系列主机的旗舰产品为Z/990，这一体系用来减少由于缺少可定址的记忆体而带来的瓶颈，并通过智慧型资源导向器（Intelligent Resource Director，IRD）自动将资源分配给高优先权的工作报。z/ArchitectureTM是ESA/390的64位扩展集。z990利用新的超标量体系结构的微型处理器和CMOS9S-SOI技术，它进一步扩展并集成了主要的平台特性，例如混合和无法预测的负载环境中的动态灵活分区和资源管理，为新兴的电子商务套用（例如IBM WebSphereTM，JavaTM和Linux┨峁┝死┱剐浴⒏呖捎眯院头务质量。z990将系统的扩展性以及伺服器整合的机会进行了相当大的改进，提供了一个多区域（multi-book）系统结构，可支持配置一到四个区域。每个区域中包括一个多晶片模组（MultiChipModule，MCM）、记忆体卡—每个区域最多可支持64GB记忆体—以及新的高性能的自定时互连 (Self-TimedInterconnect）。为支持高度可扩展的多区域的系统设计，z990对通道子系统（Channel SubSystem，CSS）进行了改进，引入了多个逻辑通道子系统（Logical Channel SubSystem,LCSS），利用这些LCSS，在三个I/O箱中最多可以安装512个通道。TCP/IP通讯的高速互连（称作HiperSockets）使分区之间的TCP/IP传输速度达到记忆体的速度，而不是受限于网路的速度。支持光纤和铜连线的高速千兆乙太网(Gigabit Ethernet,GbE）是业内线速最先达到每秒千兆的实现之一。

技术发展

S/390的系统运行方式为了满足各种不同套用业务的需求，S/390可以运行在不同的模式下。

S/370本机模式在这种模式下，S/390同样可以执行S/370的217条指令，但是它利用S/370的扩展实定址的26为地址，可以将重要存储器扩展到64位。中央存储器的容量的增大意味着页面调度次数（PAGING）的减少，因而提高了整个系统的性能。

ESA/390方式这个方式的运行是按企业系统结构ESA/390所确定的功能来进行的，其指令集扩展到了229条指令。它使用32位地址，因此虚拟地址空间扩展大了2GB，但仍与24位的程式相兼容。在最大的S/390计算机系统中，总共可以配置256个通道。它支持并行通道，ESCON通道和集成I/O适配器。另外，它在硬体中还有自动处理“通道占线”条件，可以十分有效的减少与I/O动作有关的整个等待或延迟时间。

ESA/390LPAR方式，所有的S/390系列计算机都可以在这种方式下运行，在这种模式下系统虽然物理在一个机柜里。但是在逻辑上，它最多可以分成16个部分，这种在逻辑上的划分是由PR/SM微码来完成的。每个系统可以拥有自己的通道CPU和记忆体，每个部分都可独立工作独立安装一个系统。在这种模式下一个物理CPU和一个物理ESCON通道可以同时划分给不同的LPAR。记忆体不可以。

COUPLE FACILITY方式在这中方式下，S/390主机被作为了一个单独管理数据的主机。这种模式要运行CFCC微码，没有任何应用程式在CFCC里运行。主要是在并行耦合系统中套用。

S/390的作业系统在S/390上可以同时运行多个作业系统，每个作业系统都有各自不同的应用程式环境。

MVS/ESAMVS/ESA作业系统是S/390上运行的综合能力较强、可靠性较高的作业系统。它实际是1964年IBM在其S/360上运行的OS/360作业系统的后代。1972年IBM又推出了新的作业系统OS/VS2也就是单虚存系统。它最大的特点是提供对虚存的支持。1988年，IBM宣布并发行了MVS/ESA作业系统。同样，MVS/ESA也是为1988年问世的ESA/370的新功能而设计的。MVS/ESA最多可支持2GB的中央存储器并能很好的套用扩展存储器。1990年9月，IBM开发了MVS/ESA SPV4。MVS/ESA的这个版本管理存储器的方法与早期的MVS/ESA发行版一样，但它改进了对ESCON通道的複合系统时钟的支持。1994年，IBM发布了MVS/ESA的第5版，实现了作业系统并行耦合的功能，它最大可以支持32个MVS/ESA系统。每个系统都可以是一个多处理器。

OS/390OS/390是一个集成的企业伺服器作业系统。它将开发的通讯伺服器、分散式数据和档案服务、并行耦合系统的支持、面向对象程式设计、DCE以及开发应用程式接口集成成为一个产品。由于它是MVS作业系统基础上发展起来的，因而保留了MVS的高可*性、持续可用性及安全性等优异性能，为用户提供具有可扩充性的系统。但MVS是封闭性的，而OS/390转变为开发性的。它包括许多伺服器软体，具有整合的功能。

Z/OS-z/OS的核心由OS/390发展而来，同时它又提供了一系列与z/900硬体与微码紧密结合的创新功能。其中的核心之一是智慧型资源导向器（简称IRD）技术，也曾被称为“LPAR集群”技术。IRD技术的实质是将工作量管理器（简称WLM）目标管理模式，结合併行系统综合体资源共享以及分区资源/系统管理（简称PR/SM）等多种技术，进行有机的整合以产生最大的效益，帮助用户将宝贵的系统资源在合适的时间分配给最需要的任务。-z/Series各作业系统所採用的新技术都为在该平台混合运行多种工作负荷提供了更好的支持。z/OS为传统主机套用和需要最高服务品质的Java及UNⅨ套用提供理想的运行环境。

VM和LINUXVM（ⅥSUALMACHINE）是IBM早期在大型机上安装的底层作业系统，在VM上可以同时安装很多其他的作业系统。进入90年代由于S/390LPAR模式的诞生，VM几乎将被淘汰，但由于LINUX的兴起，VM再次被利用起来，在一台S/390的主机上，VM上可以同时运行上千个LINUX。当然LINUX也可以独自运行在S/390的一个分区上。运行在主机上的LINUX大都是TRUBO和SUSE的LINUX。后两家在LINUX进行合作，推出了UNITED LINUX。

组成部分

OS/390作业系统由其基本的部分和各个子系统组成，本节就基本部分和各个子系统进行简单介绍。

MVS基本控制程式BCP

MVS基本控制程式BCP与JES2或JES3组成了OS/390的主干部分。它提供了基本的服务，使得OS/390能够更可靠、完全、完整的处理用户数据。与MVS相比OS/390增强了对LINKLST的处理、系统日誌及APPC的支持。

作业进入子系统（JES）

作业进入子系统接受要处理的作业并处理作业的输出。作业进入子系统共有两个，JES2和JES3。他们基本上提供相同的功能。通常使用的是JES2。JES工作过程如下：作业通过读卡机、分时终端系统或网路进入系统，或者由程式生成后传递给系统。所有的作业都要经过扫描检验其正确性，然后排入适当的伫列。JES提供一种手段，使系统以优先权分级结构为基础，通过有序的方式调度工作。转换程式将作业控制语句（JCL）转换成系统能读的内部形式。同时进行一些其他的校验。如果发现错误，将该作业从系统中清除，并向用户发出相应的信息。下一步，作业又一次根据分级与优先权送至系统执行。这时JES放弃对作业的控制权，直到又列印输出被JES截获时，JES把它交付给假脱机磁碟，作业终止系统通知JES，作业进入下一个JES操作输出步骤，输出经过列印或穿孔后从系统中撤销，该作业用过的假脱机空间可以重新使用。JES对优先权进行动态调整，作业等待运行的时间越长，系统将它的优先权提升的越高。

存储管理子系统（SMS

）存储管理子系统主要完成如下功能：管理外存资源，存储管理子系统可以让你为作业系统定义自动管理外存储系统的策略（主要通过定义适当的SG，MC，SC，DC，ACSROUTE），系统能够安装定义的策略进行自动的管理外存系统。提供编目机制（VTOC,VVDS，VCAT），对磁碟、磁带上的数据进行编目（RMM），以便与用户能够方便迅速的访问数据。把程式存储在程式库中，以便于读出执行。定义系统中的输入输出设备并控制这些设备的操作。支持从工作站、个人计算机或基于SNA LU6.2网路的其他系统通过分散式档案管理（DFM）访问主机系统的数据.

分时系统（TSO）

TSO是支持分时系统的软体，终端用户发出的每一条指令都由TSO处理，用户通过TSO命令和系统进行互动式工作，但这样作不太方便，IBM又在TSO开发了用户程式产品ISPF/PDF（INTERACTⅣE PRODUCTIⅥTY FACILITY/PROGRAMDEVELOPMENTFACILITY）。其中ISPF支持回话功能，PDF支持程式开发功能，从而使终端用户与TSO会话更加简单直观，提高用户的套用开发效率。ISPF/PDF是以萤幕为单位的选单输入方式，用户只需进行一些简单的选单选择就可以和系统进行互动了。在TSO下工作了另一个软体是SDSF(SYSTEM DISPLAY AND SEARCHFACILITY），用户利用SDSF可以非常方便的查看用户用户提交给系统的作业的返回信息，也能够修改作业的属性。

设备支持机制（ICKDSF）ICKDSF可用于执行对IBM直接访问设备（DASD/硬碟）的安装和使用的任务。例如，你可以使用ICKDSF对DASD进行错误检查，格式化，碎片整理等维护。

硬体配置定义（HCD）HCD拥有定义作业系统硬体配置的定义以及处理器硬体配置的定义。由于HCD是在设备定义时验证其数据的有效性，而不是在设备被访问的时候验证，设备定义的不一致性可以得到避免。

SMP/ESMP/E是一个安装和维护软体的工具。它提供了一个可靠的方法用于安装维护OS/390中的软体。

VTAM

VTAM是实现SNA和APPN的网路通讯访问方法，它为在主机处理器上的应用程式和SNA网路上的其他资源之间提供了一个接口。VTAM为网路上的用户建立和终止会话。为了建立和终止这些会话，VTAM按照其控制激活和不激活资源，这些资源包括包括应用程式、网路控制程式（NCP）及其控制的设备以及VTAM直接连线的设备。VTAM也维护网路的配置信息、活动和网路条件。为了帮助用户控制网路，VTAM从操作员接受命令然后执行网路服务。它通过操作员通知操作员网路的状况。Anynet实现了多协定传换网路体系结构。它运行套用和传输服务之间消除强制联网协定约束。换句话说，套用和它们的服务能用超过一个协定通讯而非原始的实现。AnyNet的这一特性使得SNA套用可以在TCP/IP网路上通讯，统一建筑与TCP/IP之上的SNA对逻辑单元通讯提供了支持。它支持所有LU类型，包括LU6.29.TCP/IPTCP/IP是一组工业标準和套用，它允许你与其他的计算机共享数据和计算机资源不管这些机器是IBM或非IBM的。标準的TCP/IP套用包括电子邮件、档案传输、远程登入等。TCP/IP CICSSOCKET套用提供了在COBOL,PL/1及彙编语言中使用通用的应用程式接口的能力。

OS/390安全伺服器（RACF）

RACF是OS/390中的安全管理服务，它可以保护系统中的所有资源，认证用户的登入，有效的记录系统中的安全事件。RACF提供：灵活可变的资源保护方式；保护所有资源；可以选择集中保护或分散保护；提供一个ISPF选单；对最终用户的透明。资源度量设备（RMF）RMF是反应OS/390资源使用情况的一个视窗。它收集在SYSPLEX级和单个系统级和地址级的信息，在SYSPLEX中任何系统上产生报告。用户能在这些报告中选择所关心的活动，比如能专门选择关注的存储器、I/O或处理器数据、RMF的管理器1可以产生长期的报告，用于对RMF收集的长期数据进行详细的分析。这些报告能被列印或显示出来，你可以用RMF电子数据錶转换器，从萤幕或MVS数据集下载这些报告。产生工作站上的电子数据表并对其进行详细的分析。

DFSMS

DFSMS主要由三个部分组成：DFSMSdss是一个DASD数据和空间的管理工具，它可用于卷之间的拷贝，移动数据集；DUMP、恢複数据集及完整的卷或磁轨；使数据集和卷改变为SMS管理的或非SMS管理的；压缩分区式的数据集；释放数据集中未使用的工具。DFSMShsm是一个DASD存储管理工具，用于管理较少活动和不活跃的数据。它通过自动管理空间的数据的有效性，在存储体系中改善DASD使用情况。DFSMShsm和SMS一起工作，按照数据集的managementclass对数据集进行空间管理和有效性管理。DFSMSrmm管理磁带卷以及其上的数据集。DFSMSrmm可以管理所有的磁带介质以及其他可移动的介质。例如，DFSMSrmm能记录光碟架的位置，追蹤它们的必不可少的记录状态，但不管理光碟的数据。

系统显示和查设施（SDSF）

系统显示和查找设施（SDSF）提供给用户有关监视、管理和控制OS/390系统信息。SDSF提供一个简单而高效的方法。控制作业的处理和设备的运行。比如你可以在作业运行时监视作业，浏览作业的输出而不列印，你可以浏览包括整个SYSPLEX範围的操作日誌和系统日誌。SDSF提供对信息进行分类、过滤，查找和列印的功能，帮助你定位和组织信息。选单和弹出式视窗，使SDSF的使用非常简单。SDSF提供了完整的在线上帮助和互动式的入门指导。

OS/390作业管理和档案目录系统（JES和CATALOG）

在大型伺服器系统中，当用户需要使用计算机完成某项任务时，用户必须準备一个作业流。一个作业流中包含一个或多个作业。作业是用户在完成该任务时要求计算机所要完成的工作的集合。JES(JOB ENTERSUBSYSTEM）是在OS/390里管理作业的子系统。JES能够从各种途径接受作业，并根据作业的语句和特点向作业系统申请资源完成作业的处理，最后处理作业的输出。JES主要是JES2和JES3,JES2是常用的系统，他是OS/390中不可缺少的子系统，JES2处理主要主要分为如下几个步骤：⑴接收作业⑵处理作业⑶ 申请资源