Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
22
Лекция 11.
КОМПЬЮТЕРЫ В ИВС.
11.1. Общие требования к компьютерам.
Для каждого конкретного применения можно сформулировать специфические требования к компьютеру, однако можно указать и общие требования к современным компьютерам, не зависящие от их места в иерархии корпоративной сети.
Сертифицированность. Компьютер должен быть сертифицирован для работы с той версией сетевой операционной системы, которую вы собираетесь на него ставить. Иначе поведение компьютера может быть не предсказуемым.
Производительность. Эта характеристика компьютера определяется производительностью всех его компонентов, а также эффективностью взаимодействия этих компонентов, которая в свою очередь зависит от архитектурных решений компьютера. Самый надежный и объективный способ оценки производительности различных компьютеров - это сравнение их по времени выполнения того приложения, которое интересует пользователя. Вся сложность оценки производительности компьютеров заключается в выборе единого эталонного приложения или набора тестовых задач, которые устраивали бы большинство пользователей.
В компьютерном мире существуют различные тесты, начиная от оценки производительности компьютера по скорости выполнения некоторых смесей команд (например, смесь Гибсона использовалась долгие годы для тестирования мейнфреймов, предназначенных для решения научно-технических задач) и кончая современными популярными тестами вроде SI Питера Нортона для «персоналок» или SPECint92 и SPECfp92 для различных типов процессоров. Используются также показатели Dhrystone и MIPS.
Однако к результатам тестирования следует относиться крайне осторожно, так как производитель или поставщик, прямо или косвенно заинтересованный в результатах тестирования, может исказить объективную картину тестирования, например, включая в обзор лишь ограниченный набор сравниваемых продуктов, проводя тестирование разных продуктов в неидентичных условиях (в разных версиях операционной системы) или вообще подтасовывая результаты.
В зависимости от функционального назначения к компьютеру могут предъявляться и специфические требования по производительности. Рассмотрим, например, какие требования предъявляются к файл-серверу. Основная функция файл-сервера - обеспечивать быстрый доступ рабочих станций к файлам на своих дисках большой емкости. Отсюда вытекают два очевидных требования к компьютеру, который будет выполнять в сети роль файл-сервера: его диски должны быть большой емкости, а канал "диск - контроллер диска - оперативная память - сетевой адаптер" должен быть высокоскоростным. Высокая скорость передачи данных между дисками и сетевыми адаптерами обеспечивается как производительностью отдельных элементов компьютера (центрального процессора, системной шины, диска, контроллера диска), так и его структурой. Все модули компьютера взаимодействуют друг с другом через общую системную шину. При работе файл-сервера в компьютере образуются три маршрута передачи данных: диск - контроллер диска - системная шина - оперативная память, сетевой адаптер - системная шина - процессор и сетевой адаптер - системная шина - оперативная память. Высокопроизводительный файл-сервер должен обеспечивать высокую скорость передачи данных по каждому из этих маршрутов.
Соотношение цена/производительность. Именно значение этого параметра
в наибольшей степени характеризует компьютер, так как показывает пользователю, сколько он должен дополнительно заплатить за выигрыш в производительности. В то время, как для мощных суперкомпьютеров стоимостные соображения не являются определяющими (важно достичь максимальной производительности практически со сколь угодно большими затратами), в мире персональных компьютеров дело обстоит иначе: производительность здесь приносится в жертву для достижения приемлемой для массового пользователя цены.
Масштабируемость - возможность наращивания числа или мощности процессоров. объема оперативной и внешней памяти и других ресурсов вычислительной системы. Масштабируемость должна обеспечиваться архитектурой и конструкцией компьютера. Например, наличие нескольких шин ввода-вывода улучшает масштабируемость компьютера, так как позволяет использовать контроллеры периферийных устройств различных стандартов. Масштабируемость позволяет постепенно совершенствовать компьютер. добавляя или заменяя отдельные его элементы, а не отказываясь от него целиком.
Надежность - это свойство системы выполнять возложенные на нее функции в заданных условиях с заданными показателями качества: достоверностью результатов, пропускной способностью, временем ответа и другими. Надежность характеризуется интенсивностью отказов, средним временем наработки на отказ и средним временем восстановления.
Повышение надежности основано на принципе предотвращения неисправностей путем снижения интенсивности отказов и сбоев за счет применения электронных схем и компонентов с высокой и сверхвысокой степенью интеграции, снижения уровня помех, обеспечения тепловых режимов работы схем.
Имеются и другие связанные с надежностью характеристики компьютера, такие как готовность и отказоустойчивость. Повышение уровня готовности и отказоустойчивости предполагает подавление в определенных пределах влияния отказов и сбоев на работу системы с помощью средств контроля и коррекции ошибок, а также средств автоматического восстановления вычислительного процесса после появления неисправности, включая программную и аппаратную избыточность, на основе которой реализуются различные варианты отказоустойчивых архитектур. Стоимость отказоустойчивых систем и систем высокой готовности намного превышает стоимость обычных систем.
11.2. Типы компьютеров
В корпоративных сетях находится место для использования всевозможных типов компьютеров: персональных компьютеров, рабочих станций, серверов для рабочих групп, суперсерверов, миникомпьютеров и мейнфреймов.
Конечные пользователи в настоящее время в основном работают на персональных компьютерах, находящихся на их рабочих столах. Главные черты ПК - это невысокая стоимость, "дружеский интерфейс", развитые инструментальные средства для разработки приложений. Типовым персональным компьютером можно считать машину на базе процессора Intel 80486DX2 с тактовой частотой 66 МГц, с оперативной памятью объемом 8 Мбайтов, дисковой памятью 340 Мбайтов и стоимостью порядка 1000 долларов. Машины с процессором Pentium также уже завоевали значительную долю рынка высокопроизводительных ПК. Почти во всех высокопроизводительных моделях используется локальная шина РСI. Наблюдается постоянный рост тактовой частоты процессоров.
Рабочие станции можно отнести к персональным компьютерам более высокого класса, которые ориентированы в основном на профессионального пользователя. Для них характерны: 32-разрядная RISC-архитектура, большие объемы оперативной и внешней памяти, высокопроизводительная системная шина, разнообразные периферийные устройства. В то же время резкая граница между персональными компьютерами и рабочими станциями отсутствует, поскольку производители и того, и другого класса машин идут навстречу друг другу, создавая семейства с широким диапазоном характеристик.
Серверы классифицируются в зависимости от масштаба сети, которой они используются: сервер рабочей группы, сервер масштаба предприятия (корпоративный сервер). В качестве сервера рабочей группы используется компьютер с архитектурой персонального компьютера (ПК-сервер), отличающийся от обычного ПК в несколько раз большими объемами оперативной (32 - 48 Мбайтов) и дисковой (1 - 10 Гбайтов) памяти, большими возможностями
расширения (8 и более свободных слотов на шине ввода-вывода и 4-8 посадочных мест для периферийных устройств) и особыми средствами обеспечения надежности (UPS, RAID-массивы). В качестве операционной системы они часто используют Novell NetWare или Windows NT. Стоимость серверов рабочих групп колеблется в диапазоне от 5 до 20 тысяч долларов.
Корпоративные серверы (суперсерверы) применяются в качестве центров обработки данных в сетях масштаба предприятия, а именно в тех случаях, когда требуется обрабатывать большие массивы данных и интенсивный поток запросов от большого количества пользователей (до 1000), когда предъявляются повышенные требования к надежности и времени реакции системы. Суперсерверы отличаются от обычных серверов наличием нескольких мощных процессоров RISC, либо Pentium, либо Pentium Pro, поддержкой симметричной мультипроцессорной обработки, иерархической шинной организацией, улучшенными средствами надежного хранения данных и защиты их от несанкционированного доступа. Как правило, суперсерверы работают под управлением операционных систем Unix, а в последнее время и Windows NT. Стоимость суперсерверов колеблется в очень широких пределах: от десятков тысяч до нескольких миллионов долларов.
Миникомпьютеры занимают промежуточное положение между мейнфреймами и суперсерверами. В отличие от серверов и суперсерверов миникомпьютеры, как и мейнфреймы, изначально не разрабатывались для работы в сети. Они были ориентированы на многопользовательскую многотерминальную обработку. Для миникомпьютера характерна меньшая разрядность команд и данных (первые миникомпьютеры были 8-разрядными, теперь это чаще 32-х разрядные машины, такие как MicroVAX или AS/400). Типичные объемы памяти миникомпьютеров -от 64 до 512 Мбайтов, что также соответствует их положению между суперсерверами и мейнфреймами. Грань между миникомпьютерами и суперсерверами сейчас стала весьма зыбкой, поэтому отнесение того или иного компьютера к определенному классу весьма субъективно.
Мейнфрейм - это прежде всего достаточно мощный компьютер общецелевого назначения, способный выполнять как бизнес-приложения, так и научные задачи. Машины этого типа получили общее имя "мейнфрейм" - по названию типовых стоек IBM, в которых размещалось оборудование центрального процессора. Эти компьютеры ориентированы на централизованную обработку данных, но в последнее время переходят от замкнутости к концепции открытых систем. Для этого была предложена новая архитектурная концепция ESA, в которой введен целый ряд функций, выдвигающих мейнфреймы на роль интеграторов неоднородной вычислительной среды. Поскольку мейнфреймы представляют очень широкий спектр компьютеров, различающихся техническими характеристиками, их стоимость можно оценить очень приблизительно - она составляет десятки миллионов долларов.
Кластер - объединение машин, обеспечивающих высокий уровень готовности и высокую производительность за счет распараллеливания процесса выполнения одной задачи. Компьютеры, объединенные в кластер, представляются одним целым для операционной системы, прикладных программ и пользователей. Первой кластерную концепцию представила компания Digital Equipment, определив ее как группу компьютеров, представляющих собой один узел обработки информации. VAX-кластер представляет собой по существу слабосвязанную многомашинную систему с общей внешней памятью, в которой реализован единый механизм управления и администрирования.
11.3. Мейнфреймы
11.3.1. История: от мейнфреймов до персональных компьютеров
В 1964 г. IBM объявила о рождении первого мейнфрейма - легендарной System/360 (число 360 символизировало полный круг возможностей новой системы), IBM подготовила и начала выполнять стратегический план захвата рынка путем вытеснения с него существовавших до этого специализированных
научных и деловых компьютеров.
Несмотря на то, что IBM и другие последовавшие за ней компании (Amdahl Computers, Unisys, Honeywell, Bull, Siemens Nixdorf и др.) к началу 70-х годов безраздельно господствовали на рынке, на небосклоне мейнфреймов появилось маленькое облачко, которое стало предвестником большой бури. Это были мини-компьютеры. Машины такого класса можно представить как уменьшенные копии мейнфреймов - та же структура системы команд и те же принципы организации системы, но реализованные с помощью более дешевых аппаратных средств (малая разрядность, низкая тактовая частота, использование последовательных схем).
В результате мини-ЭВМ, формально также относившиеся к системам общего назначения, существенно снизили ценовую планку (примерно на порядок по сравнению с мейнфреймами) и эксплуатационные расходы, что оказалось решающим обстоятельством для значительного числа пользователей, которым было не по карману приобретение большой машины.
Компании-изготовители мини-компьютеров, среди которых выделялись Digital Equipment и Data General, стали постепенно вытеснять мейнфреймы в секторе систем малой производительности. И в 1987 г. преимущество уже было на их стороне - по объему продаж рынок мини-компьютеров примерно на 30% превзошел сектор мейнфреймов.
Но не только мини-компьютеры вели наступление на позиции младших моделей мейнфреймов. Начиная примерно с 1977 г. (год выхода на рынок знаменитого ПК Apple) стал все громче заявлять о себе сектор персональных машин. Его динамику можно сравнить только со снежной лавиной - за десять лет объем продаж ПК вырос более чем в 400 раз.
Итак, в середине 80-х годов компьютерные системы общего назначения были представлены тремя основными классами машин: мейнфреймами, мини-компьютерами и персональными компьютерами. К этому времени доля дорогостоящих мейнфреймов сократилась с 84 (в 1970 г.) до 27%, т. е. рынок оказался явно благосклонен к более дешевым системам. Дело дошло до предсказаний скорого заката царствования мейнфреймов и даже их полного исчезновения.
Впрочем, подобные прогнозы слышатся по сей день, хотя интенсивность их появления и категоричность высказываний заметно уменьшились.
• Во-первых, вопрос о "вымирании" мейнфреймов явно не так актуален, как это стремятся представить производители конкурирующих продуктов. В течение всего периода с момента зарождения систем общего назначения до конца 80-х годов наблюдался устойчивый рост объемов продаж мейнфреймов (почти на 30% в год). Уменьшение относительной доли мейнфреймов на рынке в прошлом десятилетии было вызвано не столько снижением спроса на машины этого класса, сколько общим расширением компьютерного рынка (с 5,28 млрд. долл. в 1970 г. до почти 100 млрд. долл. в 1987 г.). Очевидно, что шел вполне естественный процесс привлечения мелких пользователей к относительно дешевой технике, тогда как мейнфреймы охватили и даже расширили круг "солидных" заказчиков, готовых платить большие деньги за решение сложных задач.
• Во-вторых, мейнфреймы не просто заполнили значительную часть рынка компьютерных систем, но и заняли самые привлекательные и стабильные его ниши - в крупных центрах обработки информации и в стратегических системах управления и связи. Заинтересованность государства в создании подобных систем и поддержании их на высоком уровне обеспечивала производителям мейнфреймов устойчивое финансирование из федерального бюджета. Кроме того, сложность и высокая стоимость больших информационных систем, как правило, приводит к тому, что трудно принять решение об отказе от центрального элемента комплекса-мейнфрейма.
• В-третьих, хотя и мейнфреймы, и мини-компьютеры, и даже ПК формально выступают в ранге машин общего назначения, только первые действительно универсальны, т. е. обладают примерно одинаковыми возможностями для выполнения широкого круга научных и бизнес-приложений.
Другое дело. что мейнфреймы не так уж долго были вне конкуренции в
области научных приложений. В середине 70-х годов на рынок вышли суперкомпьютеры фирм Control Data и Cray Research, Эти машины были рассчитаны на выполнение сложных научно-технических задач, с которыми не справлялись мейнфреймы. В начале своего развития из-за высокой стоимости (более 10 млн. долл.) и недостатков системного программного обеспечения супер-ЭВМ заняли весьма ограниченный плацдарм, обосновавшись в национальных исследовательских центрах, где решаются научные проблемы стратегического значения (главным образом связанные с ядерной физикой). Однако со временем суперкомпьютеры стали оказывать нарастающее давление на позиции старших моделей мейнфреймов. За десять лет, с 1977 по 1987 г., соотношение объемов продаж мейнфреймов и суперкомпьютеров изменилось с 400:1 до 28:1.
Но наибольшую опасность для мейнфреймов представляла сама идея параллельных вычислений. Мини-суперкомпьютеры появились на рынке в середине 80-х годов в ответ на пожелания большого круга пользователей, заинтересованных в применении параллельной обработки, но не обладающих достаточными средствами для приобретения истинных суперкомпьютеров. Эти машины, которые можно определить как "персональные" суперкомпьютеры, очень скоро сформировали самый динамичный сектор рынка, превзойдя по темпам роста объемов продаж даже мини-ЭВМ. В 1988 - 1989 гг. мини-суперкомпьютеры стали безусловными лидерами по темпам увеличения объемов продаж, составившим 62%.
Если мини-суперкомпьютеры возникли в результате "уменьшения" характеристик супер-ЭВМ, то рабочие станции явились логическим завершением процесса увеличения мощности персональных компьютеров. Катализаторами этой трансформации послужили RISC-архитектура и бурный прогресс технологии микропроцессоров. Компактные, недорогие и достаточно мощные рабочие станции всего за пять лет (с 1982 по 1987 г.) создали достаточно солидный сектор рынка с годовым объемом продаж 2 млрд. долл., т. е. вдвое превысили аналогичный показатель для суперкомпьютеров.
Ситуация для мейнфреймов складывалась весьма угрожающая (рис. 11.1). С 1977 г. их вес в общем объеме компьютерного рынка упал почти с 63% до 30%. Тенденция сокращения относительной доли рынка мейнфреймов как по объему продаж, так и по широте охвата пользователей усугублялась рядом технических факторов.
1. Стремительное развитие микроэлектронной технологии привело к качественному скачку параметров "классических" микропроцессоров семейства Intel 80х86. Компьютеры на базе процессоров Intel 486 и Pentium по быстродействию, емкости оперативной и дисковой памяти вполне удовлетворяют требованиям огромного числа пользователей, которые раньше были вынуждены применять более дорогостоящие и сложные в эксплуатации младшие модели мейнфреймов.
2. Совершенствование операционных систем для ПК и создание графических интерфейсов обусловили активную компьютеризацию низкоквалифицированных пользователей, которые не могли воспринять профессиональные интерфейсы мейнфреймов.
3. Появление и бурный прогресс локальных сетей и средств распределенной обработки (включая Unix-подобные и сетевые операционные системы) привели к тому, что мейнфреймы потеряли монополию на мультипроцессорную и многопользовательскую обработку. С начала 90-х годов им приходится вести острую конкурентную борьбу с множеством микропроцессорных серверов и многотерминальных систем.
4. Развитие КМОП-технологии и повышенный интерес достаточно большого числа пользователей к средствам параллельной обработки вызвали к жизни сначала мини-
суперкомпьютеры, а затем и однокристальные RISC-процессоры, которые буквально вдохну™ новую жизнь в рабочие станции и параллельные серверы.
Все перечисленные факторы усугублялись стандартизацией аппаратных и системных протоколов альтернативных платформ, что привело к консолидации
"оппозиции" мейнфреймам под флагом открытых систем. Центр внимания компьютерного мира переместился с централизованной обработки, которая служила идеологической основой мейнфреймов, на распределенные вычисления в сетях.
Рис. 11. 1. "Кризис мейнфреймов " конца 80-х годов: за 12 лет относительная дом мейнфреймов на компьютерном рынке сократилась с 63 до 30°/о
Рис. 11.2. По результатам 1994 г. IBM вновь оказалась в числе фаворитов в области больших систем (проценты - темпы роста объемов продаж)
дополнение всех бед зажатые со всех сторон мейнфреймы ожидала еще одна неприятность. В конце 80-х годов начался процесс общего снижения темпов роста рынка компьютеров (с 15% в 1987 г. до 7% в 1989 г.).
Кульминация драмы пришлась на 1993 гг., когда три ведущих производителя
мейнфреймов - IBM, Amdahl и Unisys - хотя и заняли первые строчки в списке ведущих десяти компаний по производству больших систем, но закончили год с отрицательными показателями роста (рис. 11.2).
Однако уже в 1994 г. IBM и Amdahl резко улучшили свое положение. Общий объем продаж у IBM увеличился на 6% и. по некоторым оценкам, может возрасти на 39,9% к концу 1996 г.
11.3.2. Архитектура ESA
Основная причина кризиса, в котором оказались мейнфреймы в конце 80-х годов, очевидна: заказчики, нуждающиеся в мощных средствах централизованной обработки данных, "проглотили" положенное им число компьютеров этого класса и производили закупки совместимых систем только для обновления существующего парка.
Вторая, менее заметная причина кризиса мейнфреймов заключается в том, что именно в период с конца 80-х до начала 90-х годов IBM завершила эволюционное развитие линии System/360, System/370 и ХА/370, на смену которой пришла качественно новая архитектура ESA (Enterprise System Architecture).
Принципиальная новизна архитектуры ESA заключается в переходе от замкнутости (системы 5/360 и 5/370 были ориентированы на использование исключительно патентованных аппаратных и программных средств) к концепции открытых систем. Для этого в ESA введен целый ряд функций, выдвигающих мейнфреймы на роль интеграторов неоднородной вычислительной среды.
В начале 90-х годов, когда мир вычислительных систем вступил на путь распределенной обработки, на рынке возник спрос на серверы, эффективно реализующие концепцию клиент/сервер, а в этом качестве мейнфреймы порой выглядят предпочтительнее своих конкурентов.
Какие же новшества предлагает архитектура ESA по сравнению с архитектурой System/370 для выполнения мейнфреймами функций системного интегратора?
• Во-первых, это средства поддержки многопроцессорной обработки.
• Во-вторых, центральный компьютер разветвленной сети должен обладать мощными средствами взаимодействия с клиентами сети и обмена с периферийными устройствами (например, с внешней дисковой памятью большого объема).
• Четвертая отличительная черта архитектуры ESA, которая особенно важна для объединения крупных вычислительных систем глобального или регионального уровня, заключается в наличии средств векторной обработки для моделей повышенной производительности. Эта архитектурная особенность старших моделей на базе ESA поддерживается за счет расширения трансляторов средствами векторизации кода.
• Наконец, в пятых, центральный компьютер большой системы должен отвечать самым высоким требованиям относительно надежности хранения информации и защиты данных от несанкционированного доступа. Кроме того, огромное значение имеет отказоустойчивость системы и возможность быстрого восстановления ее работоспособности.
Первыми выпущенными на рынок компьютерами с некоторыми чертами архитектуры ESA, были три серии машин:
• Серия ES/3090 из 16 старших моделей со средствами векторной обработки
• Широко известное в России по поставкам "секонд-хэнд" семейство машин среднего уровня ES/4381
Младшие модели были представлены серией ES/9370 и отличались не столько низкой стоимостью, сколько тем, что они имели автономное воздушное охлаждение и были рассчитана на эксплуатацию вне специального машинного зала.
В апреле 1989 г. IBM объявила о выпуске новых машин, среди которых стоит особо выделить трехпроцессорную модель 3805 серии ES/3090. В этом
компьютере реализована концептуальная функция архитектуры ESA - асимметричная обработка, позволяющая разделить вычислительную систему на несколько виртуально самостоятельных машин с разным объемом памяти и числом каналов. Поставка моделей ES/3090S с асимметричной обработкой под управлением MVS/ESA началась в конце 1989 г. Именно с этого времени следует вести отсчет эры мейнфреймов с настоящей архитектурой ESA.
Новый подход IBM к идеологии систем общего назначения был безоговорочно поддержан всеми крупнейшими производителями мейнфреймов: фирмой Amdahl Computers. японскими поставщиками IBM-совместимых мейнфреймов - фирмами Fujitsu и Hitachi.
Конкуренты IBM, выпускающие оригинальные мейнфреймы, хотя и не заявили о прямом переходе на архитектуру ESA, но де-факто признали ее в качестве концептуальной основы развития своих продуктов. В частности, фирма Bull HN выпустила в конце 80-х годов ряд мощных компьютеров серии DPS 9000 с ОС GCOS8, во многом ориентированных на принципы, заложенные в архитектуре ESA, Корпорация Unisys в конце 1991 г. представила новое семейство 2200 с архитектурой 2200/ХРА (Extended Processing Architecture). которая также основана на концепции системной интеграции ESA.
Такими образом, к началу 90-х годов производители мейнфреймов консолидировались на базе идеи превращения своих машин в системных интеграторов неоднородных вычислительных сетей разного уровня - от сети масштаба предприятия до глобальной.
11.3.3. Семейство мейнфреймов ES/9000
После того, как пользователи благосклонно восприняли идеологию ESA (по оценкам Computer Intelligence к началу 1991 г. только в США было установлено 6330 машин серии 4381 и 6650 компьютеров серии 9370), в сентябре 1990 г. IBM объявила о выпуске семейства мейнфреймов ES/9000, полностью реализующих возможности архитектуры ESA/390. До этого времени на рынке было три серии компьютеров этого семейства: компактные офисные машины 9221, мейнфреймы среднего уровня 9121 и мощные компьютеры 9021.
Новые мейнфреймы IBM имеют лучшие эксплуатационные характеристики: меньший вес, размеры и меньше потребляют электроэнергии. Особенно компактно выглядят компьютеры 9221, внешне их можно даже спутать с Unix-серверами. Тем не менее модели серии 9221 являются полноценными представителями систем с архитектурой ESA. Их конструктивные особенности продиктованы целевой областью применения - автоматизация крупных офисов и небольших предприятий.
Компьютеры серии 9121 располагают более мощными средствами обработки данных и предназначены для крупных предприятий и банков, а также для интеграции больших вычислительных систем.
Иерархию семейства ES/9000 замыкают супермейнфреймы 9021 с жидкостным охлаждением - высокопроизводительные компьютеры с интегрированными средствами векторной обработки и сложной подсистемой памяти, которые позволяют этим машинам решать уникальные задачи, ранее доступные только супер-ЭВМ.
Семейство ES/9000 предоставляет широкие возможности по выбору конфигурации: число центральных процессоров, количественный и качественный состав каналов, объем оперативной и расширенной памяти и т. д. Кроме того, структура семейства ES/9000 дает возможность по мере возрастания потребностей пользователя перейти к более мощной модели путем замены отдельных составляющих на уровне модулей, а не устройств системы, как в предыдущих семействах. Это позволяет, не нарушая конфигурации системы, без дополнительных затрат времени и средств достаточно легко нарастить ее функциональные возможности.
Все новые средства семейства ES/9000 рассчитаны на работу под управлением одной из четырех созданных специально для платформы ESA/390 базовых операционных систем:
• MVS/ESA (Мультивиртуальная Система) обычно устанавливается на
компьютерах 9121 и 9021. Отличительными особенностями является специализированная поддержка архитектуры клиент/сервер, возможность формирования Unix-среды и поддержка стандартов POSIX.
• VM/ESA (Система Виртуальных Машин) - облегченная операционная система VSE/ESA, полностью удовлетворяющая требованиям среднего пользователя, для которого функциональная насыщенность MVS/ESA становится излишней при работе с простыми приложениями на компьютерах серии 9221.
• VSE/ESA (Расширенная Виртуальная Система).
• AIX/ESA (Интерактивный Администратор - операционная Unix-система).
При создании предыдущих систем IBM приобрела огромный опыт в организации мультипроцессорной обработки как с помощью физического разделения процессов (многопроцессорные комплексы), так и путем их программного разделения между виртуальными машинами в среде VM. В семействе ES/9000 эти "классические" возможности дополнены принципиально новым средством PR/SM (процессорные ресурсы/управление системой), позволяющим представить ресурсы одного физического процессора в виде множества виртуальных систем. В однопроцессорных моделях ES/9000 средство PR/SM обеспечивает формирование до семи логических зон (Logical Partition, LPAR), в каждой из которых существует самостоятельная машина. Для многопроцессорных моделей число таких зон увеличивается до 20. Применяя PR/SM, группа пользователей может разделить единственный компьютер ES/9000 на несколько совершенно независимых машин с собственными операционными системами. Например, вы можете отлаживать программу в среде VM, даже не подозревая, что одновременно на том же компьютере обрабатываются банковские транзакции в среде MVS. Естественно, что подобный механизм логического разделения компьютера совершенно исключает вольное или невольное проникновение пользователя в среду "чужого" приложения.
Архитектура ESA сделала новый шаг не только в распараллеливании процессов на виртуальном уровне, но и в организации больших многомашинных комплексов с помощью технологии Sysplex (SYStem ComPLEX - системный комплекс). Основные атрибуты Sysplex - расширенное коммуникационное средство XCF (Crosssystem coupling facility), обеспечивающее обмен данными между компьютерами комплекса через адаптеры "канал-канал", и системный таймер Sysplex Timer - позволяют объединить в единую систему до 32 компьютеров семейства ES/9000 с равномерным и оптимизированным использованием их ресурсов.
Средства Sysplex и PR/SM позволяют создавать различные динамические конфигурации независимых и общих ресурсов в рамках одного мультипроцессорного комплекса и в сочетании с возможностями интеграции Unix-систем являются практически идеальной платформой для реализации архитектуры клиент/сервер.
Понятно, что рассмотренные средства мультипроцессорной обработки не способны эффективно функционировать в неоднородной многопользовательской сети без поддержки разветвленной и высокопроизводительной системы ввода/вывода, которая в моделях семейства ES/9000 реализована на базе новой архитектуры параллельных каналов с пропускной способностью до 4,5 Мбайт/с и волоконно-оптических каналов ESCON, причем последние в состоянии обеспечить связь с абонентом на расстоянии до 110 км при пропускной способности до 10 Мбайт/с. Каждый такой канал может с помощью одного оптического кабеля надежно связать, например, два отделения банка, находящихся в разных концах Москвы.
Комплекс системных возможностей семейства ES/9000 выглядел бы незавершенным без средств защиты данных. Дело в том, что тенденция централизации вычислительных систем в немалой степени связана с неудовлетворенностью пользователей уровнем защиты своих данных в сетях с распределенной обработкой.
Одним из ключевых средств защиты данных в компьютерах ES/9000 является система CICS, которая позволяет производить обработку обращений к
базам данных, контролирует санкционированность доступа всех пользователей системы, а также обеспечивает целостность информации при нарушениях в структуре распределенной БД за счет автоматического возврата к последнему правильному варианту.
Мощным средством защиты данных в старших моделях ES/9000 является интегрированный криптографический процессор ICRF, применение которого позволяет в четыре раза сократить время кодирования/декодирования больших объемов данных и обеспечить обработку до 1000 "секретных" транзакций в секунду,
Наконец, доя обеспечения защиты данных при работе в среде VM введена новая функция VM Data Spaces, которая осуществляет логическое разделение памяти на независимые области данных виртуальных машин.
11.3.4. Выживут ли мейнфреймы в России?
К середине 1994 года крушение государственной программы ЕС ЭВМ стало очевидным. Означает ли это конец эры мейнфреймов в России? Думается, что нет, и подтверждением тому служит ряд обстоятельств.
Во-первых, по данным Госкомстата, "в наследство" от бывшего СССР Россия получила около 7 тыс. компьютеров ЕС ЭВМ (всего в стране было установлено 15 тыс. машин этого типа), из которых до 1994 г. "дожило" чуть менее 5 тыс. компьютеров (рис. 11.3). Именно они составляют основу федеральных систем связи, транспорта, управления и обороны. За долгие годы эксплуатации для них созданы тысячи прикладных программ и баз данных, в которые вложены громадные средства. По некоторым оценкам, на разработку и внедрение одной системы управления требуется затратить в среднем 6 лет и около 30 млн. долл., не считая средств на сопровождение старой системы в процессе модернизации. Невозможно представить, чтобы государство или кто-нибудь еще в сегодняшней России смог позволить себе подобные расходы.
Рис. 11.3. Распределение современного парка мейнфреймов в России
Во-вторых, начиная примерно с 1988 - 1989 гг. в России наблюдается формирование нормальной пирамиды компьютерного парка - от основания из ПК до мощных глобальных сетей. Первый этап насыщения рынка малыми компьютерами практически завершен, полным ходом идет развитие ЛВС, пользователей все в большей степени волнует проблема эффективного функционирования сетевых ресурсов и объединения их в структуры более высокого уровня. Скорее всего, в ближайшие два года на российском компьютерном рынке резко увеличится спрос на серверы масштаба предприятия и региона в качестве интеграторов неоднородных систем. Можно с высокой степенью вероятности предсказать, что федеральные службы и наиболее дальновидные коммерческие структуры предпочтут приобрести мейнфреймы для централизованной обработки в крупных системах клиент/сервер. Есть веские
основания утверждать, что среди мейнфреймов наибольшим спросом будут пользоваться компьютеры семейства ES/9000, Во всяком случае, заключение контракта IBM с Московским банком Сбербанка РФ на поставку ES/9121 и активные контакты этой фирмы с Центральным банком России позволяют рассматривать такой сценарий развития событий как наиболее правдоподобный.
Рис. 11.4. Распределение операционных систем, установленных на российских мейнфреймах
В отличие от зарубежных пользователей, которые переходили на архитектуру ESA/390 постепенно, их российским коллегам предстоит совершить резкий скачок на качественно новый уровень. Распределение операционных систем, установленных на российских мейнфреймах (рис. 11.4), однозначно показывает, что основная масса (более 90%) отечественных пользователей ЕС ЭВМ уйдет на три поколения вперед от System/370. В результате, затратив, к примеру, более 1 млн. долл. на приобретение мейнфрейма ES/9221-170 и полагающегося к нему "джентльменского набора" программного обеспечения и дисковой памяти, счастливый покупатель окажется перед необходимостью длительной адаптации своих приложений к новой операционной среде. Подобная перспектива настолько пугает отечественных пользователей, что они порой предпочитают вместо мейнфреймов приобретать альтернативные системы.
11.3.5. ЕС ЭВМ и ES/9000 объединяются на российском компьютерном рынке
В середине 1994 г. ситуация на российском компьютерном рынке резко изменилась в пользу мейнфреймов - АО "НИЦЭВТ" был продемонстрирован мейнфрейм ЕС1220, реализующий архитектуру ESA/390 и полностью совместимый со всеми моделями семейства ES/9000.
Своим появлением на свет первый российский "девятитысячник" обязан проекту миграции ЕС ЭВМ к ES/9000, который разработан совместными усилиями НИЦЭВТ и IBM. В основание этой программы заложены четыре фактора: архитектура ESA/390, передовая технология IBM, применяемая в компьютерах ES/9000, огромный по объему и требующий срочной модернизации парк мейнфреймов России и, наконец, скорректированная с учетом возможностей
отечественных потребителей ценовая политика.
В принципе существует всего три варианта замены устаревших компьютеров ЕС ЭВМ с архитектурой System/370 или System/360 (а это около 92% общего числа отечественных мейнфреймов) на модели с архитектурой ESA/390 (рис. 11.5). Первый вариант широко практикуется уже несколько лет и заключается в "плавном" вхождении пользователей в архитектуру ESA7390 через компьютеры IBM серии 4381. Конечно, при выборе данного варианта пользователь должен сознавать, что серия 4381 это не ES/9000, и через некоторое время все равно придется раскошеливаться на покупку более современной системы.
Рис. 11.5. Основные варианты перехода от ЕС ЭВМ к ES/9000 (в процентах - степень решения задачи полного перехода на ES/9000)
Самое правильное, что может сделать владелец ЕС ЭВМ, - заменить ее на подходящую модель семейства ES/9000. Но при этом ему предстоит решить две проблемы: сохранить программный задел при переходе на качественно новую архитектуру и отыскать немалые средства для покупки приглянувшегося мейнфрейма IBM. Лобовое решение первой проблемы заключается в использовании операционных систем TKS или БОС в среде виртуальных машин VM/ESA. Однако в этом случае, особенно при обработке транзакций, производительность снижается на 30 - 40%. Проблема сохранения программных продуктов, созданных для TKS, БОС или СВМ, может быть в какой-то степени решена с помощью специальных мониторных средств.
И все-таки ни замена ЕС ЭВМ на "секонд-хэнд" IBM 4381, ни приобретение "фирменного" компьютера ES/9000 не являются оптимальным решением в условиях российского рынка. В первом случае пользователь только откладывает окончательный переход на архитектуру ESA/390, т.е. в конечном итоге теряет время и деньги, а второй вариант по карману только очень состоятельным
клиентам, которых в России не так уж и много. Видимо, под давлением этих обстоятельств и возник российский проект продвижения мейнфремов IBM через OEM-партнеров.
Проблема стоимости в программе миграции к ES/9000 решена кардинально: по сравнению с настоящими компьютерами IBM ES/9000 машины ЕС 1200, распространяемые в России, примерно в три раза дешевле. IBM установила существенные скидки (до 60%) на системное ПО, поставляемое вместе с компьютерами ЕС 1200.
На первом этапе выполнения проекта, который стартовал в 1994 г., на компьютерный рынок России будут, выпущены четыре базовые модели мейнфреймов серии ЕС 1200: ЕС1220, ЕС1230, ЕС1250 и ЕС1270, аналогичные системам IBM 120, 130, 150 и 170 серии ES/9221. С учетом дополнительных модификаций покупателям предоставляется выбор из 16 моделей, комплектуемых дисковыми накопителями IBM или отечественной дисковой памятью ПДП4200. а также системными программными продуктами IBM: ОС VM/ESA или VSE/ESA и СУБД SQL/DS, DB2, CICS (более известные отечественным пользователям под названиями "Вектор", "Альфа" и "Кама").
Основное свойство компьютеров ЕС1200 характеризуется поговоркой "мал, да удал". К примеру, ЕС1270 размещается на площади 2 м2 в модульном конструктиве типа "рэк", не требует принудительной вентиляции, дополнительного охлаждения и специального обслуживания. Эта машина рассчитана на непрерывный режим работы и потребляет всего 300 Вт электроэнергии (со всей периферией - до 1,5 КВт). При всем этом ЕС1270 в 2,5 - 3 раза быстрее, чем ЕС1066.
По мере развития проекта миграции ЕС ЭВМ к ES/9000 список его участников стремительно расширяется за счет фирм-производителей системных программных продуктов. Первыми решение об участии в этом проекте приняли корпорации Software AG и Computer Associates, обладающие правами на прототипы наиболее распространенных в России СУБД, В результате в комплекте с компьютерами ЕС1200 предлагаются лицензионные СУБД ADABAS, NATURAL (Software AG) и IDMS (Computer Associates), причем тоже со значительной скидкой.
Несмотря на короткий срок, прошедший со времени старта программы миграции, компьютеры серии ЕС1200 вызвали заметное оживление среди отечественных пользователей. Во всяком случае, усилия IBM и ее российских и белорусских партнеров по продвижению архитектуры ESA/390 могут послужить очень мощным фактором выхода из кризиса рынка систем общего назначения в России.
11.4. Серверы масштаба предприятия и суперсерверы
Новые методы бизнеса требуют большей стабильности функционирования систем. Имеются данные, что число приложений, работающих круглосуточно, непрерывно растет. Если в 1992 году их количество составляло 12% от общего числа важнейших приложений, то в 1996 году их число увеличится более чем в два раза и достигнет 28%. Причем это увеличение произойдет в основном за счет приложений, работающих с базами данных в среде клиент-сервер. Для таких приложений наиболее подходящей аппаратной платформой оказываются серверы масштаба предприятия и суперсерверы. Цена компьютеров этого класса находится в диапазоне от 50 до 100 тысяч долларов, но может быть и значительно выше. Она оправдана той экономией, которую можно получить за счет стабильности, масштабируемости и мощности этих систем.
Производительность серверов данного класса может быть легко увеличена, и при этом не понадобится менять тип аппаратуры или операционной системы, что позволит уменьшить стоимость сопровождения. Вероятность же возникновения необходимости в расширении аппаратных и программных средств весьма велика, поскольку для некоторых приложений каждые два года удваивается потребность в вычислительной мощности.
Суперсерверы оснащаются быстрыми центральными процессорами с кэш-
памятью большого размера, высокоскоростными шинами процессора и оперативной памяти, высокопроизводительными дисковыми подсистемами и сетевыми платами. Для них разработаны эффективные сетевые ОС, поддерживающие многонитевую мультипроцессорную обработку данных.
11.4.1. Определение суперсервера
Согласно сегодняшнему определению (промышленному стандарту) суперсерверы характеризуются:
• наличием 2-х или более центральных процессоров RISC, либо Pentium или Pentium Pro,
• наличием многоуровневой шинной архитектуры, в которой запатентованная высокоскоростная системная шина связывает множество стандартных шин ввода-вывода, размещенных в том же корпусе,
• поддержкой технологии дисковых массивов RAID,
• поддержкой режима симметричной многопроцессорной обработки, которая позволяет распределять задания по нескольким центральным процессорам (ЦП) или режима асимметричной многопроцессорной обработки, которая допускает выделение процессоров для выполнения конкретных задач.
Напротив, традиционные серверы локальных сетей, даже те из них, которые необоснованно были названы суперсерверами, спроектированы как настольные персональные компьютеры, обладающие единственным ЦП, одной шиной и небольшим числом устройств массовой памяти. Подобная архитектура препятствует повышению производительности, расширяемости и надежности. На таких серверах практически невозможен запуск корпоративных приложений при переносе их с мейнфреймов и миникомпьютеров.
Для того, чтобы сервер мог быть использован в качестве корпоративного, он должен отвечать как минимум следующим требованиям:
• поддержка 2-4 процессоров,
• наличие у каждого процессора кэш-памяти не менее 512 Кбайт,
• возможность наращивания оперативной памяти до 512 Мбайт и дисковой памяти до 100 Гбайт,
• наличие жестких дисков и контроллеров SCSI-2,
• возможность применения 32-разрядных сетевых плат,
• возможность установки ОС, поддерживающей мультипроцессорную обработку.
Особые требования предъявляются к надежности серверов масштаба предприятия. Компьютеры этого класса должны обладать как минимум высокой готовностью, а лучше если они имеют постоянную готовность, как, например, серверы фирмы Stratus. Для обеспечения надежности компьютеров широко применяется резервирование компонентов. Поддерживается возможность "горячей" замены различных подсистем. Многие серверы теперь поставляются с аппаратными или программными средствами диагностики и управления, которые позволяют анализировать и решать проблемы, возникающие в ходе работы системы. Некоторые производители предлагают средства объединения компьютеров в кластеры. Так называемая узловая кластеризация подразумевает тесную интеграцию двух и более машин систем, чтобы они могли распределять между собой рабочую нагрузку и обмениваться данными в случае отказа своих подсистем. Использование памяти с кодами, исправляющими ошибки (Error Correcting Code, ЕСС), и дисковых массивов RAID, а также контроль четности на системных шинах - все это также помогает повысить надежность и готовность компьютеров данного класса.
Технический прогресс способствовал тому, что суперсерверы вышли на один уровень с мейнфреймами и миникомпьютерами по общесистемной производительности, функциональным возможностям отдельных компонентов, отказоустойчивости, а также в поддержке мультипроцессорной обработки, системного администрирования и дисковых массивов большой емкости.
Рынок суперсерверов сформировался в начале 90-х годов и по сей день очень быстро развивается. Более 40 фирм предлагают суперсерверы самых разных типов, включая как высокопроизводительные устройства, которые можно смело отнести к миникомпьютерам, так и недорогие системы, всего на порядок превосходящие по производительности обычные персональные компьютеры.
11.4.2. Тип процессора
Хотя по-прежнему имеет значение, какой тип центрального процессора установлен в суперсервере, это уже не так важно, как раньше: сходство между RISC-процессорами и CISC-процессорами Intel начинает превалировать над их различиями. Несмотря на то. что процессоры этих типов работают с совершенно разным программным обеспечением. центральные процессоры, производимые Intel, догоняют RISC-процессоры по общему объему поддерживаемой оперативной памяти и дискового пространства.
Несмотря на успехи, достигнутые фирмой Intel в производстве процессоров, передовые позиции сохраняют модели компьютеров, использующие ЦП SuperSPARC компании Sun Microsystems, Alpha АХР корпорации Digital Equipment, PA-RISC от Hewlett-Packard, MIPS фирмы Silicon Graphics и другие RISC-процессоры. Нижний сегмент рынка представлен продуктами, выполненными на процессорах Pentium или Intel 80486.
Некоторые производители, в частности Large Storage Configurations, предлагают суперсерверы с процессорами 68040 фирмы Motorola, но они занимают довольно скромное место по сравнению с перечисленными выше моделями.
Серверы, в которых установлены RISC-процессоры, процессоры Pentium или Intel 80486, принципиально отличаются от остальных моделей своей стоимостью и производительностью, а также типом используемых операционных систем. Компьютеры на RISC-процессорах стоят довольно дорого (в среднем около 70000 долларов) и могут работать, как правило, только с операционной системой типа UNIX, а в последнее время все чаще и с операционной системой Windows NT. Они отличаются очень высокой производительностью.
Суперсервер, построенный на процессорах Pentium или Intel 80486, имеет среднюю стоимость около 30000 долларов, но до быстродействия RISC-системы ему еще далеко. Эти компьютеры поддерживают несколько операционных систем и функционируют быстрее традиционных серверов локальных сетей.
Высокая цена RISC-суперсерверов как правило объясняется наличием быстродействующих центральных процессоров, шин с высокой пропускной способностью и возможностью применения сложных операционных систем, поддерживающих мультипроцессорную обработку. Например, RISC-процессор Alpha АХР, используемый в модели Digital 2100 Server Model A500MP и способный работать на частоте 190 МГц, является одним из самых быстродействующих в мире.
Многие производители суперсерверов (в их числе Acer America, AST Research и Compaq Computer) выпускают простые модели в однопроцессорной конфигурации, имеющие гораздо более низкую стоимость - менее 20000 долларов. Эти компьютеры позволяют получить представление о функциональных возможностях сервера за относительно небольшую плату, чтобы потом с ростом потребностей пользователи смогли перейти на более крупную и мощную систему, установив дополнительные центральные процессоры и подсистемы памяти,
11.4.3. Многоуровневая шинная организация
Характерной чертой суперсерверов, которая обеспечивает их расширяемость и благодаря которой они выделяются на фоне заурядных серверов локальных сетей, является архитектура многоуровневой шины. Высокоскоростная фирменная системная шина организует взаимосвязь нескольких центральных процессоров и модулей оперативной памяти внутри одного корпуса. Ее применение обычно привязывает пользователя к одной фирме - производителю суперсервера, у которой он и приобретает upgrade версии центральных процессоров и модулей оперативной памяти. Системная шина через фирменные интерфейсные блоки
связана с более медленными стандартными шинами ввода-вывода, которые поддерживают подключение к суперсерверу таких периферийных устройств как видеоконтроллеры VGA, дисковые контроллеры SCSI и SCSI-11, а также адаптеры локальных сетей.
Большинство суперсерверов поставляются уже укомплектованными еще одной или несколькими стандартными шинами ввода-вывода: PCI, ISA, EISA, SCSI, VME. Чем больше шин имеет суперсервер, тем богаче спектр поддерживаемых разъемов расширения и дополнительных микропрограммных продуктов. Аналогичная архитектура многоуровневых шин уже давно реализована в мейнфреймах и миникомпьютерах. Суперсерверы по уровню производительности смогут приблизиться к мейнфрейму, передав большую часть дискового и сетевого трафика с основной системной шины на шины ввода-вывода, а также организуя параллельную обработку на нескольких быстрых центральных процессорах.
В стандартных персональных компьютерах обычно применяется одна шина универсального назначения, такая как ISA или EISA, которая связывает воедино центральный процессор, модули оперативной памяти, монитор, диски, сетевой адаптер и другие компоненты. Сейчас все больше компьютеров на базе процессора Pentium поддерживают скоростную шину РСI.
11.4.4. Многопроцессорная обработка
Многопроцессорная обработка является неотъемлемым признаком суперсервера. В суперсерверах реализуется как симметричная, так и асимметричная модель мультипроцессирования.
Важным новшеством, которое может стимулировать более широкое распространение технологии СМП, является предложенный корпорацией Intel стандарт Multiprocessor Specification. Он определяет драйвер интерфейса между ОС и системами многопроцессорной обработки, использующими процессоры от Intel, и будет способствовать более быстрому продвижению на рынок новых суперсерверов с многопроцессорной обработкой, поскольку производители аппаратного обеспечения смогут устанавливать в своих системах готовые ОС вместо того, чтобы тратить средства на адаптацию системного программного обеспечения.
11.4.5. RISC-суперсерверы
Причинами превосходства RISC-суперсерверов над суперсерверами на базе процессоров Intel являются их отличная расширяемость, а также возможности использования мультипроцессорной, многозадачной и многонитевой среды многих фирменных реализаций UNIX или Windows NT.
Удачными примерами расширяемых RISC-суперсерверов являются системы:
• AlphaServer 2100 и 8400 фирмы Digital Equipment
• SPARCcenter 2000 фирмы Sun Microsystems
• AV9500 фирмы DG
• HP9000 Model T500 фирмы Hewlett-Packard
Путем постепенных аппаратных расширений их можно превратить из серверов среднего масштаба в очень крупные. Обычно это осуществляется за счет установки в суперсервер новых ЦП, плат памяти, дисков и прочих компонентов, а также связывания или кластеризации нескольких систем через внешние соединения между системными шинами.
Системы AlphaServer допускают установку до четырех мощных 64-разрядных процессоров Alpha с тактовыми частотами 190 и 275 МГц. Они обладают внутренней шиной с высокой пропускной способностью, высокопроизводительным контроллером жестких дисков Fast Wide SCSI и 64-разрядной сетевой платой. На этих серверах могут быть установлены операционные системы VMS, Unix, Windows NT. Минимальная цена сервера в четырехпроцессорной конфигурации находится в диапазоне от 22 до 34 тысяч долларов. Многие серверы фирмы Digital имеют систему контроля температуры, избыточные источники питания, средства удаленного управления, память ЕСС, встроенные массивы RAID. Компьютеры автоматически переконфигурируются и
запускаются, если из строя выходят процессоры или элементы памяти.
Суперсервер SPARCcenter 2000 фирмы Sun, работающий под управлением ОС Solaris 2.3. в режиме СМП способен поддерживать до 20 ЦП Super SPARC с тактовой частотой 50 МГц. В модели предусмотрены 2 системные шины XDBus от Sun, каждая из которых обеспечивает пропускную способность 640 Мб/с между разными ЦП, а также ЦП и памятью. Компьютер имеет ОЗУ объемом 2 Гбайт, совместно используемое процессорами, и общесистемную оперативную память до 5 Гбайт, 40 разъемов расширения для сетевых адаптеров, рассредоточенных по 4 шинам ввода/вывода с пропускной способностью 320 Мб/с, и внутренние одновременно подключенные дифференциальные дисковые матрицы Fast/Wide типа SCSI-2 на 600 Гбайт. Внешние дисковые матрицы в стандарте SCSI-2 позволяют процессорам SPARCcenter 2000 работать более, чем с одним Тбайт оперативных данных.
Аналогичными возможностями расширения обладает суперсервер AV 9500 компании DG. Он работает под управлением ОС DG/UX в режиме СМП на 16 RISC-процессорах фирмы Motorola. Системная шина связывает эти ЦП и память со скоростью 2 Гбайт/с. AV 9500 поддерживает до 2 Гбайт оперативной памяти, 1.3 Гбайт внутренней и внешней массовой памяти на устройствах типа SCSI-2 и допускает установку 16 сетевых адаптеров на внешней шине VME.
Из всех суперсерверов компьютер НР9000 Model Т500 является единственным, который может одновременно обслуживает объем массовой памяти до 1.9 Тбайт на дисковых матрицах SCSI-2. Кроме того, этот суперсервер обладает наилучшими возможностями расширения: на 8 шинах ввода-вывода можно установить 112 сетевых адаптеров. Указанные шины способны передавать данные 12 процессорам PA-RISC компании HP, работающим в режиме СМП, с суммарной скоростью 256 Мб/с. Центральный процессор и ОЗУ поддерживают связь по шине Processor Memory Bus компании HP, имеющей пропускную способность 1 Гб/с. Ориентация компьютеров НР9000 Model Т500 на большие объемы дискового ввода-вывода отражает общую тенденцию фирмы к обслуживанию пользователей традиционных информационных систем. 95% проданных суперсерверов НР9000 Model Т500 поступают в центры обработки данных, где они используются в качестве альтернативы мейнфреймам.
Такие параметры RISC-суперсерверов, как мощность процессоров, пропускная способность шин и емкость дисков, позволяют получить первое представление о производительности системы в реальной среде. Однако быстродействие суперсервера лучше всего оценивать в лабораторных условиях, используя конфигурацию программных и аппаратных средств, близкую к той, в которой предполагается работать. Администраторам сетей не рекомендуется слишком доверять пакетам эталонного тестирования RISC-суперсерверов, поставляемым изготовителями, поскольку многое зависит от среды тестирования и конфигурации системы, использовавшихся при получении контрольных цифр. Если суперсервер был оптимизирован для режима СМП, поставщик может представить блестящие показатели производительности с помощью тестовых пакетов SPECint92 или SPECfp92 компании System Performance Evaluation Cooperative (SPEC), SPECint92 измеряет время, которое уходит на выполнение целочисленных операций, а SPECfp92 - на аналогичные операции с плавающей точкой. Однако среда, в которой вы предполагаете работать, ориентирована на сетевой ввод-вывод большого объема информации или на операции с диском, а здесь нужны уже другие тестовые пакеты.
При оценке производительности RISC-суперсерверов администраторы сетей могут пользоваться следующими тремя практическими правилами,
• Принимая решение о покупке, рассматривайте только те суперсерверы, которые способны работать в режиме СМП. В эту категорию попадает большинство систем на базе RISC-процессоров.
• Выясните, какие операционные системы, СУБД и инструментальные средства разработки, поддерживающие СМП, могут быть установлены на анализируемом суперсервере. Приложения должны быть разработаны в расчете на многонитевую обработку, чтобы выполняться с максимальной эффективностью в режиме СМП. Большинство вариантов UNIX, используемых на RISC-
суперсерверах, поддерживают многонитевость. Базы данных Oracle, Sybase, Informix поддерживают симметричную многопроцессорную обработку.
• Следует настроить конфигурацию суперсервера для получения максимальной производительности при выполнении основных приложений, не забывая о том, что оптимальная конфигурация может изменяться по мере развития сетевой среды.
Например, тем, кто планирует использовать суперсервер как файл-сервер большой емкости, обслуживающий тысячи пользователей, следует выбрать конфигурацию, обеспечивающую эффективное выполнение функций ввода-вывода для дисковых накопителей и сети, вместо того, чтобы использовать множество быстрых ЦП, так как обычно степень загрузки процессоров файл-сервера не превышает 20%. Суперсервер, оптимизированный для файловых операций, можно оборудовать двумя центральными процессорами и совместно используемым ОЗУ объемом 32 Мбайт - этого будет более, чем достаточно. Однако для поддержки быстрого поиска и передачи файлов в конфигурацию такого суперсервера придется включить набор сетевых адаптеров и дисковую подсистему с высокой пропускной способностью. Последняя может состоять из дискового массива RAID, а также двухканального контроллера массива типа SCSI-2 со встроенным кэшем объемом 1 Мбайт и скоростью передачи данных 20 Мб/с.
Если вы намерены на суперсервере выполнять приложения, ориентированные на вычисления и сетевую обработку, например, программы визуализации процессов в режиме реального времени, СМП можно реализовать при наличии дополнительных центральных процессоров, быстрой кэш-памяти и совместно используемого ОЗУ. Не исключено также, что понадобятся сетевые адаптеры высокоскоростных протоколов типа FDDI или АТМ.
11.4.6. Серверы на базе процессоров фирмы Intel
Процессоры фирмы Intel можно встретить в ряде систем, которые обладают достаточной производительностью и надежностью. Хотя в среднем суперсерверы на базе процессоров Intel отстают от RISC-систем, некоторые из них, например:
• PowerFrame ES8000 и ES 12000 компании Tricord
• Manhattan SMP компании AST Research
• ClasterServer 8500 фирмы NetFrame
можно рассматривать как реальную альтернативу серверам на базе RISC-процессоров.
Фирма Tricord представляет на рынке суперсерверов и серверов масштаба предприятия целую серию компьютеров. До недавнего времени одним из самых производительных считался сервер PowerFrame ES5000. Он имеет 6 ЦП Pentium или 486/DX2 с тактовой частотой 66 МГц в режиме симметричной обработки, обеспечивает доступ к совместно используемому ОЗУ объемом до 1 Гбайт по системной шине с пропускной способностью 267 Мб/с, поддерживает 480 Гбайт подключенной дисковой памяти в стандарте SCSI-2 и имеет 9 разъемов расширения на шине EISA доя организации сетевого ввода/вывода.
В этом году фирма Tricord представляет две новые линии продуктов - PowerFrame ES8000 и ES 12000, имеющие соответственно 8 и 12 процессоров. Новая 8 Мбайт плата кэш-памяти с резервным питанием от батареи, которая вставляется в дисковый контроллер, сохраняет данные, не записавшиеся на диск при выходе системы из-под контроля или отказе контроллера. В последнем случае плата кэш-памяти может быть установлена на новый контроллер. В этих серверах расширены возможности аппаратно реализованной интеллектуальной подсистемы управления, которая теперь поддерживает функции удаленной диагностики. Двойная шина PCI/EISA для сетевого ввода-вывода позволяет установить избыточные сетевые платы. Каждый из процессоров серверов Tricord имеет внешнюю высокоскоростную кэш-память объемом 2 Мбайт, что способствует повышению производительности системы. Стоимость модели ES 12000 - от одного миллиона долларов и выше.
Manhatten SMP включает в себя 5 ЦП Pentium, работающих в режиме СМП, системную шину с пропускной способностью 200 Мбайт/с, совместно используемую оперативную память объемом до 1 Гбайт и подключенные
дисковые накопители с интерфейсом SCSI-2 емкостью 32 Гбайт.
Компьютер ClusterServer 8500 фирмы NetFrame имеет обширный набор средств обеспечения высокой готовности, важнейшим из которых является Gemini - система зеркального отображения процессоров, с помощью которой два процессора Pentium на одной плате могут дублировать друг друга. Этот подход несколько отличается от технологии фирмы Stratus, предусматривающей размещение каждого из процессоров на отдельной плате. Слово "кластер" в названии сервера ClusterServer 8500 свидетельствует не о возможности объединения в группу нескольких серверов 8500, а о кластеризации процессоров внутри одной машины. Сервер поддерживает два процессора Pentium с использованием системы Gemini и до четырех - без нее. Большая пропускная способность внутренней шины обеспечивает высокую производительность в симметричном мультипроцессорном режиме. Используемые ОС - NetWare, Unix, Windows NT. Стоимость зависит от конфигурации и находится в широком диапазоне - от 50 тысяч до 1,2 миллионов долларов.
11.4.7. Средства обеспечения отказоустойчивости
В суперсерверах как правило устанавливаются избыточные источники питания, дисковые массивы RAID, модули ОЗУ с возможностью коррекции ошибок, а также программы-агенты управляющего протокола SNMP. Все эти средства в принципе обеспечивают отказоустойчивость на уровне 99%, что сравнимо с надежностью миникомпьютеров и мейнфреймов.
Одним из фундаментальных условий безостановочной работы является непрерывная и надежная подача питания, которая достигается путем продуманного сочетания бесперебойных источников питания и резервных батарей. Все суперсерверы способны работать с UPS третьих фирм, но некоторые из них поставляются с собственными UPS. Многие производители суперсерверов поддерживают резервные батареи, которые вводятся в действие при отсутствии силового питания или при исчерпании ресурсов UPS.
Другое важное средство обеспечения надежности, широко распространенное в суперсерверах, - избыточные устройства массовой памяти, предохраняющие системы от сбоев жестких дисков. Используются RAID-массивы, причем наиболее популярны функции RAID-0 (расщепление данных), RAID-1 (зеркальное отображение дисков) и RAID-5 (расщепление данных с промежуточным контролем четности). Все чаще реализуется режим RAID-10, который представляет собой простую комбинацию режимов 1 и 0, дающую в результате зеркальное отображение расщепленных дисковых матриц. Уровни 1 и 5 позволяют производить "горячую" замену дисков, то есть снимать неисправные диски, как внешние, так и внутренние, и заменять их работоспособными, не выключая сервер.
В связи с тем, что ЦП и модули памяти суперсервера также могут выйти из строя, возникла необходимость в таких средствах, как ОЗУ с коррекцией ошибок, шина контроля четности и функции автоматического восстановления после аппаратных сбоев, которые традиционно использовались в мейнфреймах. Примером включения таких средств в архитектуру суперсервера может служить организация AV 9500 компании DG, в котором автоматически обнаруживается, изолируется и обходится неисправный ЦП путем динамической замены четырехпоточного режима СМП на трехпоточный,
Отказоустойчивость суперсерверов повышается при использовании специальных программных средств администрирования, предлагаемых фирмами-изготовителями суперсерверов. Эти средства, управляемые с отдельных консолей, тесно интегрированы в существующие платформы системного администрирования и управления сетями масштаба предприятия. В комплект любого RISC-суперсервера и большинства суперсерверов на базе процессоров Intel входят программы-агенты стандартизированного протокола SNMP, предназначенные для осуществления дистанционного управления из SNMP-совместимых платформ сетевого администрирования. Некоторые фирмы встраивают в свои суперсерверы свои собственные фирменные программы-агенты администрирования.
Среди производителей RISC-суперсерверов самые богатые комплекты средств администрирования предлагают DG, Digital, HP и Sun. Их программный инструментарий поддерживает мониторинг сетевой среды, регистрацию ошибок, управление конфигурацией, оптимизацию производительности и управление памятью. Некоторые суперсерверы с процессорами Intel также комплектуются сложными управляющими утилитами, работающими на административной консоли. Производители этих суперсерверов активно продвигают стандарт системного администрирования под названием Desktop Management Interface (DM1), призванный упростить централизованный мониторинг и контроль ЦП, дисков и других компонентов суперсервера.
Суперсерверы можно считать моделью завтрашней технологии сетей масштаба предприятия. Хотя RISC-суперсерверы достаточны дороги, они быстро окупают себя, объединяя в одном корпусе функции нескольких традиционных серверов различных типов и позволяя снизить время простоя сети и поднять производительность приложений.
11.5. Серверы рабочих групп
В последнее время серверы низкой ценовой группы (5 - 20 тысяч долларов), рассчитанные на работу с 10-50 клиентскими машинами, начинают приобретать все более важное значение в корпоративных сетях.
Хотя персональные компьютеры и раньше использовались как серверы, тенденция к созданию на их базе специальных серверов наметилась около двух лет назад. Инициатором начала производства ПК-серверов считается компания Compaq Computer, которая первая разработала семейство ProLiant многопроцессорных серверов масштаба рабочей группы. Появление новых машин совпало с поступлением в продажу более мощных версий сетевого ПО компаний Microsoft и Novell.
По мнению аналитиков, объемы поставок ПК-серверов за последние два года возросли на 250%, и ожидается, что они удвоятся в 1996 году. Рост числа использований ПК-серверов в значительной степени обусловлен процессом переноса Unix-приложений на более низкий уровень сетей (downsizing). Их функции далеко выходят за традиционные рамки файл- и принт-серверов и включают, например, функции доступа к Internet, серверов баз данных, электронной почты, факсимильной связи.
Помимо подразделений предприятий, ПК-серверы найдут, по-видимому, широкое применение в пунктах тиражирования данных, например, в филиалах банков. И тут сказывается не только хорошее значение отношения стоимость/производительность, но и производительность сама по себе. Тесты производительности показывают, что некоторые ПК-серверы весьма близки к Unix-серверам на базе RISC-процессоров.
Другими часто упоминаемыми факторами, обуславливающими рост спроса на ПК-серверы, являются мультимедиа-приложения и Internet.
Большинство поставщиков ПК-серверов теперь продают машины в самых разных конфигурациях вместе с сетевыми компонентами. Кроме того, в комплекте с сервером часто поставляется ПО, упрощающее управление и конфигурирование серверов.
Некоторые фирмы работают над встраиванием средств межсетевого взаимодействия в сам сервер. Например, Compaq, которая получила лицензии на использование ПО маршрутизации от компании CISCO, сообщила, что в ближайшее время в продажу поступят серверы с функциями межсетевого взаимодействия.
Другими направлениями развития ПК-серверов являются:
• наращивание числа процессоров до 8 (в этом направлении работают, например, Inter-grafn Data General),
• увеличение емкости ЗУ (этот фактор считают важнейшим в отделении ПК-серверов IBM),
• повышение пропускной способности системной шины (Compaq).
В заключении приведем краткую характеристику нескольких моделей ПК-серверов.
Сервер ProLiant 4000 фирмы Compaq входит в группу недорогих компьютеров (в зависимости от конфигурации - 5-20 тысяч долларов) и по соотношению стоимость/производительность занимает одно из первых мест. Он поддерживает до 4 процессорных плат с 50 МГц кристаллами 80486 или Pentium (66, 90 и 100 МГц). Объем оперативной памяти может быть увеличен до 512 Мбайт. В системе имеется контроллер жесткого диска Fast SCISI-2 и высокопроизводительная сетевая плата. Имеется возможность установки кэш-памяти 2 Мбайт третьего уровня для каждого процессора, дополняющей встроенную и обычную внешнюю кэш-память процессоров Pentium. Это позволяет увеличить скорость работы таких приложений, как базы данных в среде клиент-сервер.
ПК-серверы семейства Prioris компании Digital Equipment имеют симметричную многопроцессорную архитектуру, выполненную на базе процессоров Pentium с тактовой частотой 133 МГц. Каждый центральный процессор комплектуется двухканальной кэш-памятью второго уровня емкостью 1 Мбайт с отложенной записью, двухканальной шиной РСI и встроенным двухканальным контроллером Fast/Wide SCSI. Эти серверы поставляются с ЕСС-памятью и имеют девять гнезд для плат ввода-вывода (из них 5 выполнены по стандарту РС1, а 4 - EISA), жесткий диск максимальной емкостью 36 Гбайт с возможностью ее увеличения до 702 Гбайт с помощью внешних дисковых устройств. Для этой цели предусмотрены 11 отсеков для дисководов, в том числе 7 - для дисков горячего резерва.
В ближайшее время на рынке появятся (а к моменту выхода в свет этого пособия скорее всего уже появились) ПК-серверы с процессором Pentium Pro. Этот процессор оптимизирован для 32-разрядных операций, поэтому, чтобы почувствовать его преимущества в производительности по сравнению со стандартными Pentium-системами не рекомендуется использовать Windows 3.1 и 16-разрядные приложения, следует ориентироваться по крайней мере на Windows 95 и Windows NT. Назовем несколько моделей компьютеров на базе Pentium Pro, тестирование которых уже идет полным ходом:
• Dell Dimension XPS Pro 150
• Hewlett-Packard Vectra XU 6/150 PC
• IBM PC 300
11.6. Персональные компьютеры и рабочие станции
От того, какими персональными компьютерами будут оснащены конечные пользователи корпоративной сети, зависит продуктивность работы всего предприятия. Поэтому к приобретению ПК необходимо подходить как к очень важной задаче.
Прежде всего не следует гнаться за последними достижениями в области технологии микропроцессоров, которые сейчас предлагаются на рынке. Обновление парка ПК следует проводить, основываясь на потребностях пользователей, причем не всех, а некоторой их части. Иногда для упрощения задачи пользователей разделяют на три уровня: начальный уровень, основной уровень и уровень квалифицированных пользователей. Самых квалифицированных пользователей оснащают самыми высокопроизводительными ПК, по прошествии некоторого времени их технику передают "по наследству" пользователям основного, а затем и начального уровня. При таком подходе естественно сразу приобретать самые современные компьютеры, например 300 МГц Pentium, Celeron-системы.
Некоторые аналитики предлагают составлять планы на два года вперед, однако в наше время очень трудно представить, что будет с твоим предприятием не только через год, но и через несколько месяцев. Тем не менее, требования к ПК должны прогнозироваться с учетом прогноза требований к программному обеспечению. Например, если пользователи собираются переходить на Windows 95, то следует покупать Pentium-системы старшего класса с памятью не меньше 32
Мбайт. Если в качестве приложений планируется использовать в основном 32-разрядное ПО, то, возможно, следует приобретать компьютеры с процессором Pentium Pro. Планируется ли использование мультимедийных приложений? Если да, то необходимо выбирать конфигурации ПК с CD-ROM и звуковой платой.
Большинство аналитиков считает, что не стоит сразу при покупке нового компьютера планировать расширение его возможностей в ближайшее время. Лучше сразу иметь некоторый запас возможностей, чем модернизировать систему через несколько месяцев после установки. Действительно, ведь придется платить за работу по замене каждого модуля, а, кроме того, могут возникнуть проблемы несовместимости и несбалансированности получившейся конфигурации.
Для проведения данного занятия рекомендуется следующий расчет времени и методика его проведения.
I. Вводная часть - 10 мин.
- проверка наличия обучаемых;
- объявление темы, цели занятия, перечня учебных пособий и учебных вопросов.
II. Основная часть - 155 мин.
1. Введение - 5 мин.
2. Общие требования к компьютерам - 25 мин.
Сформулировать общие требования к компьютерам по следующим основным показателям компьютеров: сертифицируемость, производительность, соотношение цена/производительность, масштабируемость, надежность, готовность и отказоустойчивость.
3. Типы компьютеров - 130 мин.
Рассмотреть основные типы компьютеров: ПК, рабочие станции, серверы, суперсерверы, миникомпьютеры, мейнфреймы, кластеры. Дать краткую характеристику каждому типу компьютера, используя рис. 11.1…11.4., обратив основное внимание на рассмотрение характеристик и принципов построения серверов различных типов и назначения.
III. Заключение - 15 мин.
Самоподготовка - 90 мин.