Совместная инфраструктура IBM System/390 и IBM Z: Coupling Facility

Введение

Аппаратное обеспечение или LPAR, обеспечивающее координацию между несколькими мэйнфреймами IBM System/390 и IBM Z.

В мэйнфреймах IBM System/390 и IBM Z соединительное устройство (Coupling Facility) или CF представляет собой аппаратное обеспечение или виртуальную машину, координирующую работу нескольких процессоров. Параллельный комплекс (Parallel Sysplex) опирается на одно или несколько соединительных устройств (CF). Соединительное устройство – это процессор мэйнфрейма (работает в собственном LPAR, с выделенным физическим CP, определяемым через консоль управления оборудованием (HMC)), оснащенный памятью и специальными каналами (CF Links), а также специализированной операционной системой, называемой Код управления соединением (CFCC). Оно не имеет устройств ввода/вывода, за исключением CF-ссылок. Информация в CF полностью хранится в памяти, поскольку CFCC не является операционной системой с виртуальной памятью. CF обычно имеет большой объем памяти – порядка нескольких десятков гигабайт. В CF не выполняется прикладное программное обеспечение. При первоначальном внедрении CFCC выполнялся в отдельном блоке 9674, который по сути являлся процессором без каких-либо средств ввода/вывода, кроме CF-ссылок. Позже IBM предоставила возможность использования внутреннего соединительного устройства, где CFCC работает в логическом разделе (LPAR), определенном в стандартном процессорном комплексе, и взаимодействует через внутренние соединения в этом аппаратном обеспечении процессорного комплекса. Внутренние соединения эмулируются, в то время как соединения с другим процессорным блоком осуществляются по медным или оптоволоконным кабелям. Для обеспечения надежности и доступности в кластере Sysplex обычно настраивается более одного CF. Поддержка восстановления в операционной системе z/OS позволяет восстанавливать структуры в альтернативном CF в случае сбоя. Благодаря поддержке CF, кластер Sysplex очень хорошо масштабируется до нескольких сотен процессоров (до 32 членов, каждый с до 190 процессоров), выполняющих транзакционные и базы данных. Используя CF-ссылки, данные могут напрямую обмениваться между памятью CF и памятью подключенных систем, используя механизм прямого доступа к памяти (DMA) без прерывания работающей программы. Системы в кластере Sysplex хранят информацию CF в локальной памяти в области, называемой битовым вектором. Это позволяет им локально запрашивать критическую информацию о состоянии других систем в Sysplex без необходимости отправлять запросы в CF. Архитектура System z включает 18 специальных машинных инструкций и дополнительные аппаратные функции, поддерживающие работу CF.

In IBM System/390 and IBM Z mainframe computers, a Coupling Facility or CF is a piece of computer hardware or virtual machine that coordinates multiple processors. A Parallel Sysplex relies on one or more Coupling Facilities (CFs). A coupling facility is a mainframe processor (runs in an own LPAR, with dedicated physical CP, defined through Hardware Management Console (HMC)), with memory and special channels (CF Links), and a specialized operating system called Coupling Facility Control Code (CFCC). It has no I/O devices, other than the CF links. The information in the CF resides entirely in memory as CFCC is not a virtual memory operating system. A CF typically has a large memory – of the order of several tens of gigabytes. The CF runs no application software. When originally introduced, the CFCC executed in a separate 9674 mainframe unit that was essentially a processor without I/O facilities other than the CF links. Later IBM enabled the use of an Internal Coupling Facility where the CFCC runs in a logical partition (LPAR) defined in standard processor complex and communicates over internal links within that processor complex hardware. Internal links are simulated, whereas links to another processor unit are over copper or optical fiber cables. More than one CF is typically configured in a Sysplex cluster for reliability and availability. Recovery support in the z/OS operating system allows structures to be rebuilt in the alternate CF in the event of a failure. Supported by CFs, a Sysplex cluster scales very well up to several hundreds of CPUs (in up to 32 members, each with up to 190 CPUs) running transaction and data base applications. Using the CF links, data can be directly exchanged between the CF memory and the memory of the attached systems, using a direct memory access like mechanism, without interrupting a running program. Systems in a Sysplex cluster store CF information in local memory in an area called a bit vector. This enables them to locally query critical state information of other systems in the Sysplex without the need for issuing requests to the CF. The System z Architecture includes 18 special machine instructions and additional hardware features supporting CF operation.

Дуплексирование конструкции

Структуры могут быть дуплексированы между различными CF, что позволяет поддерживать две копии одной и той же структуры в синхронизированном состоянии. Дуплексирование часто используется в рамках усилий по устранению единых точек отказа, с целью снижения частоты и продолжительности простоев приложений. В случае отказа одного CF, другая копия структуры используется для обработки всех запросов.

Динамическая конверсия запроса

В z/OS Release 2 был представлен эвристический алгоритм Dynamic Request Conversion. Он использует выборочные времена отклика для определения, следует ли преобразовывать синхронные (Sync) запросы в асинхронные (Async). Эти решения принимаются на основе таких критериев, как скорость объединенных процессоров. Чем больше расстояние между объединенной системой z/OS и CF, тем выше вероятность преобразования запросов из синхронных в асинхронные. Асинхронные запросы никогда не преобразуются в синхронные. Этот эвристический алгоритм дополняет ранее существовавший алгоритм, который автоматически (но не эвристически) преобразовывал запросы, основываясь на таких условиях, как загруженность канала и размер данных запроса. Отличие заключается в том, что новый алгоритм динамически измеряет времена отклика. CF уникальны для мейнфреймов S/390, zSeries и System z. Они являются ключевым элементом технологии Parallel Sysplex.

Уровни соединения и уровни программного обеспечения для эксплуатации

Код CFCC выпускается в виде уровней, обычно обозначаемых как CFLEVEL. Например, CFLEVEL 15 был анонсирован в апреле 2007 года. Каждый уровень добавляет новые функции и иногда повышает производительность. В большинстве случаев для использования новых функций или повышения производительности требуется одновременный выпуск z/OS и, возможно, новых функций в некоторых подсистемах (например, Db2). Одним из таких примеров является дуплексирование структур объекта связи. (Иногда поддержка операционной системы и подсистем становится доступной через PTF, а не полный релиз.)