Enterprise Computing

Transkript

1 Enterprise Computing WS 2011/12 Prof. Dr.-Ing. Wilhelm G. Spruth WS 2011/12 Teil 1 Einführung

2 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 Weitere Termine wöchentlich bis zum sowie ab bis Rückfragen bei Frau Reimold, Lehrstuhl Prof. Rosenstiel, oder spruth@informatik.uni-tuebingen.de Das Vorlesungsscript kann jeweis vor der Vorlesung heruntergeladen werden: Erleichterter Einstieg in Homepage Prof. Spruth über

3 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

4 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 Klienten in einer Client/Server Konfiguration

5 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

6 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 Bit- Unterstützung 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!!!

7 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

8 Oldenbourg 2004 ISBN

9 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

10

11 hobbit. informatik. uni-tuebingen.de

12 Hobbit.cs frodo legolas gandalf bilbo merry/pippin /217 LPAR #1 LPAR #2 LPAR #3 LPAR # 4 LPAR # 5 BladeCenter z z z z / / L L 0 0 i i S S n n z/os V 1.8 z/os V 1.12 z/vm z/vm zlinux Cell Blades PowerPC Blades PR/SM z9 BC + DS 6800 Hardware Infiniband gimli, , Internet Router Rechner Konfiguration Hobbit.uni-tuebingen.de

13 Project Gameframe Hybridsystem Uni Tübingen

14 Beispiel World of Warcraft

15

16 IBM Labor Böblingen Größter IBM Entwicklungsstandort außerhalb USA, Mitarbeiter, mehr als 170 Patente pro Jahr, mehr als 40 strategische Hardware- und Software Projekte, 50 bis 100 Neueinstellungen pro Jahr

17 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 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

18 Sun Fire 15K Server: Der schnellste kommerzielle Computer CEBIT, Hannover,

19 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 Computerwoche 9/2006, 3. März 2006, S. 26

20 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. SG , April Ray Jones, IBM vice president Server Solutions, at Northern Illinois University, Workshop, July 11, 2000

21

22 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

23 System z and z/os unique Characteristics Wilhelm G. Spruth WSI Technical Report WSI Version 1.1, April 27, 2010 Wilhelm Schickard Institut für Informatik, Universität Tübingen, Technical Report WSI , ISSN , April

24 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

25 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.

26 Aus einem Vortrag vor Mainframe Experten: Wann haben Sie das letzte Mal einen z/os Security Patch installliert?

27 Verfügbarkeit Classes of 9s

28 Unternehmen sind bereit, sehr viel Geld für eine maximale Verfügbarkeit zu bezahlen.

29 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.

30 Total Cost Of Ownership TCO Hardware Software Administration/Management

31 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.

32 Average annual transaction processing costs per user International Technology Group, 2/99 Es 3012 ww97 wgs 06-01

33 Websphere Web- Sphere DB2 AIX 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.

34 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.

35 XP / Unix Mainframe

36

37 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.

38

39 Weitergehende Informationen unter

40 Berufsaussichten für Mainframe Spezialisten Auf der Seite finden Sie Informationen über die Berufsaussichten für junge Mainframe Nachwuchskräfte.

41 G. Amdahl G.A. Blaauw B.O. Evans F.P. Brooks S/360 Architecture April 7, 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

42 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?

43 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):

44 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

45 7 1 3 Hauptspeicher aufgeteilt in zu Blöcke je 4096 (Rahmen) Bytes 4 zu je 4096 Bytes 4 Jedem Block wird vom Kernel eine Speicherschutznummer 3 zwischen zugeordnet 3 3 Hauptspeicher aufgeteilt in Blöcke (Rahmen) Jedem Block wird vom Kernel eine Speicherschutznummer zwischen zugeordnet System z Speicherschutz 0 es 0146 ww6 wgs 06-99

46 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) yes compare access ok no Program Interrupt Storage Protection

47 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

48 CU Control Unit HD Hard Disk GbE Gigabit Ethernet

49 80 CPUs, 63 LPARs 3 TByte central CPU CPU CPU CPU CPU CPU storage Channel Subsystem Channel Path (Kanal) FICON max 256 Protocol 8 Processors max 4 Channel Subsystems z196 Disk Storage Attachment S/390 Control Unit S/390 Control Unit S/390 Control Unit S/390 Control Unit ESS Enterprise Storage Server Subchannels

50 1-80 CPUs CPU Hauptspeicher Comm. Channel Subsystem Subsystem 3 TByte 288 Kanäle (Channel Path), 8Gbit/s FICON Bänder, Switch Drucker System z Großsystemkonfiguration Plattenspeicher (Devices) Logische Plattenspeicher (logical Volumes) TeraByte Plattenspeicherplatz Enterprise Storage Server Up to 288 FICON Express8 channels, Up to 96 OSA-Express3 ports Up to 48 ISC-3 coupling links, Up to 32 InfiniBand coupling links (12x InfiniBand, 1x InfiniBand)

51 Rechnerinstallation einer Großbank Credit Suisse, Zürich Februar Mainframe Rechner 1,1 Petabytes (10 15 ) Plattenspeicherkapazität 4,6 Petabytes (10 15 ) Magnetbandbibliothek DB2 Tables 4,9 Milliarden (10 12 ) SQL Calls pro Tag 20 Millionen (10 9 ) CICS Transaction pro Tag 37,6 Millionen (10 9 ) IMS Transaction pro Tag 12 Millionen Corba Calls für CICS/IMS pro Tag Stapelverarbeitungsaufträge (Batch Jobs) pro Tag