Версия 4

Качественный рост старших моделей AS/400е

Уже рассмотренные нами новые программные технологии позволят обеспечить значительный рост производительности и емкости AS/400. В то же время, цена этого роста будет гораздо ниже, чем в прошлом. Давайте остановимся на двух основных аппаратных направлениях развития, которые позволят значительно расширить возможности старших моделей и сократить стоимость аппаратуры для всех систем серии AS/400е.

Развитие старших моделей стало основным направлением наших работ в начале 90-х. Тогда многие наши крупные заказчики "уперлись в потолок" возможностей своих AS/400. Их требования к производительности и объемам системы превосходили то, что мы могли предоставить. Эти требования и подтолкнули нас к переходу на PowerPC. С появлением систем AS/400 на базе RISC-процессоров мы смогли на какое-то время удовлетворить потребности заказчиков в новых системах старшего уровня. Но спрос на еще большие объемы и производительность не уменьшился. Нашим ответом на растущие требования должны стать возможности моделей серии AS/400е. В этом разделе мы рассмотрим два метода, с помощью которых IBM планирует достичь намеченных высот производительности: одиночные системы и кластеры.

RISC-процессор и перспективы его развития

Я всегда считал, что у автомобиля не может быть слишком много лошадиных сил, а у компьютера — слишком мощного процессора.

Требования бизнеса к обслуживающим его приложениям на протяжении многих лет постоянно стимулируют рост мощности процессоров. Именно поэтому в серии AS/400е мы увеличили мощность процессоров примерно в пять раз. Эта тенденция сохранится и в будущем, и мы создадим еще более мощные системы и серверы AS/400е.

Несколько лет назад производительность процессора для System/38 и ранних моделей AS/400 не считалась крайне важной. Мы шутили, что Pacific — кодовое название для System/38 — является сокращением от "Performance Ain’t Critical if Function Is Complete"^{4"Производительность не критична, если обеспечена функциональность". — Прим. переводчика.}. Мы сознательно жертвовали мощностью в пользу функциональности, зная, что, в конце концов, технологический прогресс приведет нас и к оптимальной производительности. Как показало время, такое решение было верным: сегодня у AS/400 есть и то, и другое.

К тому же ранние системы использовались для приложений интерактивной обработки, где производительность процессора менее важна, чем производительность вводавывода. В "Система ввода-вывода" мы рассмотрели, как на протяжении многих лет велась оптимизация AS/400 для достижения выдающейся производительности ввода-вывода.

Архитектура AS/400 также уменьшала потребность в высокопроизводительном процессоре. В лекциях "Одноуровневая память" и "Управление процессами" говорилось, что одноуровневая память и эффективная структура задач AS/400 делают ненужным выполнение ОС многих процессорных команд, необходимых для тех же самых приложений на других компьютерах. Также было отмечено, что благодаря постоянной одноуровневой памяти AS/400 выполняет меньше команд и меньше обращений к диску при работе с объектами. Если команду не нужно выполнять, то это вполне компенсирует недостаток производительности процессора.

По сравнению с интерактивными приложениями, большинство новых приложений для AS/400 требуют большей мощности процессора. Когда в начале 90-х наметился переход к клиентсерверным вычислениям, приложения AS/400 стали работать более интенсивно. Серверные модели были одним из способов обеспечения поддержки этой интенсивности. Другим способом стала технология PowerPC.

Технология PowerPC лежит в основе повышения производительности для версии 4. (Этот процессор, а также все поколения 64разрядных процессоров, которые разрабатывались или разрабатываются в Рочестере, подробно описаны в "Технология PowerPC" .) Мы использовали первое и второе поколения RISC-процессоров PowerPC в AS/400 в 1994 и 1995 годах. Системы версии 4 оснащены процессорами PowerPC третьего и четвертого поколений.

Производительность одиночного процессора важна для ПК, где процессор обрабатывает все вычисления и операции вводавывода. В таких системах нужны процессоры с высокими тактовыми частотами и большими кэшами. Однако для многопользовательских систем оптимально сочетание нескольких процессоров. Если требуется разделение памяти, как в большинстве коммерческих приложений, то наиболее эффективна модель SMP.

В "Технология PowerPC" мы говорили, что слабое место большинства современных систем SMP — интерфейс памяти. Без эффективной системы памяти высокопроизводительные процессоры в конфигурации SMP по большей части простаивают в ожидании доставки данных.

Я очень люблю систему Cray CS6400, в которой 64 процессора использовали общую память с помощью четырех шин памяти, а не одной. Этот суперкомпьютер стоимостью в 4 миллиона долларов, предназначавшийся, кстати, для деловых приложений, использовал процессоры SuperSparc, тактовая частота которых — всего лишь 60 или 85 МГц. Высочайшая производительность достигалась этим компьютером не засчет высокоскоростных процессоров, которые большую часть времени простаивают, но за счет передового интерфейса памяти, регулирующего доступ процессоров к памяти.

Суперкомпьютер ASCI Option Blue Pacific — совместная разработка IBM и Министерства энергетики США — достигает высокой производительности за счет другой новейшей подсистемы памяти. В "Технология PowerPC" рассматривалась и эта сама подсистема, и то, как ее версия используется в AS/400 для обеспечения производительности масштабируемых 8-ми и 12-процессорных конфигураций SMP. Несмотря на достаточно скромные возможности процессоров Apache второго поколения, эта подсистема памяти позволила компьютерам серии AS/400е достичь производительности в несколько раз выше, чем у ранних систем, оснащенных высокопроизводительными процессорами первого поколения Muskie. 12процессорные системы с процессорами Apache сейчас могут поспорить по этому поводу с самыми крупными мэйнфреймами.

Мы планируем продемонстрировать промышленную модель самого мощного в мире суперкомпьютера в декабре 1998 года. Он использует новую реализацию подсистемы памяти процессоров Apache, что позволяет эффективно применять высокоскоростные процессоры даже в больших конфигурациях SMP.

Процессоры PowerPC четвертого поколения используют новую реализацию подсистемы памяти для достижения супервысокой эффективности. Эти процессоры могут поддерживать 16-канальные конфигурации. Четвертое поколение 64-разрядных процессоров PowerPC имеет различные уровни производительности, от 250 МГц до, примерно, 800 МГц. Не стоит и говорить, что мы ожидаем значительный рост общей производительности систем в течение следующих нескольких лет.

Конечно, одной мощности процессора недостаточно для высокой производительности компьютера. Мы в Рочестере — сторонники сбалансированных систем. Возможности памяти, дисков и вводавывода будут возрастать так же быстро, как и процессора. В "AS/400 в XXI веке" я познакомлю Вас с тестами, используемыми для оценки сегодняшней и будущей производительности. Мы также сравним серии AS/400е с некоторыми другими компьютерами по этому параметру.

Для сбалансированного роста производительности мы предусматриваем также улучшение процедур резервного копирования, IPL и восстановления после сбоев. На конец, чтобы защитить вложения наших заказчиков в аппаратуру, мы обеспечили поддержку всех только что обсуждавшихся расширений вновь разработанными корпусами серии AS/400е. Прирост аппаратной производительности достигается простой заменой платы процессора.

Ушло в прошлое время, когда немногочисленные разработчики архитектуры AS/400 мечтали о процессорах класса суперкомпьютеров, сотнях гигабайтах памяти и терабайтах дискового пространства. Бывало, что над нашими идеями архитектуры, которая будет соответствовать таким невообразимым возможностям, смеялись. Нам говорили, что никто и никогда не создаст таких больших систем. И вот, это "никогда" наступило.

Кластеры и постоянная готовность

Если всех описанных расширений одиночных систем Вам мало, то можете объединить до 32 систем AS/400 в кластер. Кластер AS/400, несомненно, позволяет повысить производительность и емкость, но, что гораздо важнее, обеспечивает готовность вычислительной системы к работе 24 часа в день 7 дней в неделю. Одиночные системы таких гарантий дать не могут.

Кластеры были впервые использованы Digital Equipment Corporation как средство масштабируемости систем VAX. С течением времени кластеры завоевали популярность на рынках Unix и MVS, как средство обеспечения повышенной готовности. Появившиеся в последнее время заявления о поддержке кластеров в новых системах, таких как Windows NT, снова привлекли внимание к этой технологии. С перемещением деятельности большинства организаций в сетевой мир, который не спит никогда, требования к постоянной работе серверов обычны.

Впервые IBM предоставила самым крупным заказчикам AS/400 кластерную технологию OptiConnect в середине 1994 года. В "System Licensed Internal Code (SLIC) — сердце AS/400" мы говорили, что сфера применения этого оптоволоконного продукта значительно расширилась за последние несколько лет. Например, поддержка параллельных слабо связанных баз данных позволила эксплуатировать такие приложения, как хранилища данных и сильно загруженные среды OLTP на очень больших системах. Сегодня в мире работает немало огромных конфигураций AS/400 с OptiConnect. Существует пример использования технологии OptiConnect для кластера AS/400, к которому подключено более 20 000 терминалов. Этот кластер обрабатывает почти миллион транзакций в час. Вот какими большими стали сейчас системы!

Как мы уже отмечали, кластеры OptiConnect служат не только для увеличения размеров системы, но и для поддержания постоянной готовности. Наши бизнес-партнеры легко добиваются высоких коэффициентов готовности системы, устанавливая на кластере AS/400 свои пакеты зеркалирования (репликации). Эти пакеты реплицируют данные и транзакции DB2/400 на несколько AS/400. AS/400 могут быть связаны с помощью OptiConnect или любой другой линии.

В случае аппаратного или программного сбоя одной системы кластера, обработка автоматически переключается на другую. Такой механизм автоматического переключения позволяет предотвратить общее снижение производительности и уменьшить время, когда доступ пользователя к системе невозможен. Подобные системы также обеспечивают круглосуточную работу на производстве, так как резервное копирование может выполняться с зеркального компьютера в кластере.

Недостаток кластера AS/400 — им нельзя управлять как единой системой, в то время как кластеры других производителей предоставляют программисту и системному администратору такую возможность. Задача AS/400е — обеспечить для кластера иллюзию единой системы, что даст пользователю возможность управлять всем кластером из одной точки. Это и некоторые другие расширения поддержки кластеров будут вводиться в версию 4 постепенно.

В дополнение к новым кластерным расширениям в версии 4 будут улучшены параметры готовности одиночной системы, а именно: значительно сократится время IPL и повысится производительность операций создания–восстановления резервных копий.

В "Интегрированная база данных" мы отмечали, что один из новых способов соединения компьютеров в кластер — OptiConnect — реализован как последовательная оптическая шина SPD. В будущем потребуется более быстрое и более безотказное соединение. Мы считаем, что этим требованиям вполне удовлетворяет соединение SAN. Компьютеры в кластере, использующем SAN, будут объединены в отказоустойчивую кольцевую конфигурацию. Два порта SAN непосредственно свяжут каждую систему со следующей системой кольца. Безотказную связь между системами обеспечит резервное соединение, которое будет работать при отказе основного. Протокол SAN аппаратно поддерживает обнаружение ошибок, повторную пересылку пакетов и переключение на альтернативное соединение.

Средством соединения в петле SAN может быть либо медный провод, либо оптоволокно, в зависимости от расстояния между компьютерами. Оптоволокно оптимально на больших расстояниях. Очень большие скорости соединения SAN могут быть достигнуты, когда вместо последовательных оптических соединений станут использоваться параллельные. Разработчики Рочестера уже продемонстрировали параллельное оптиковолоконное соединение с 32 волокнами, работающее на частоте 500 МГц. Даже когда половина волокон используется для дублирования, производительность этого соединения равна 1 ГБ в секунду, что в 8 раз быстрее, чем производительность в 1 гигабит самой быстрой реализации OptiConnect. Конечно, так как SAN имеется только на самых новых системах и серверах AS/400е, OptiConnect еще несколько лет будет оставаться единственным средством объединения систем в кластер.

Можно с достаточной степенью вероятности предсказать этапы расширений поддержки кластеров с высокими параметрами готовности.

Сначала будет улучшена система удаленного журналирования и репликации объектов между системами для устранения всех единичных точек сбоя. Это повысит производительность и функциональные возможности пакетов зеркалирования и репликации наших бизнес-партнеров.

Следующим логическим шагом будет поддержка переключения дисков между системами. Тогда при сбое основной системы диски, содержащие базу данных, можно будет переключить на резервный компьютер. Это позволит избежать затрат на дублирование базы данных, но также исключит и возможность выполнения резервного копирования с вторичной системы. По этой причине некоторые заказчики могут предпочесть прежнее зеркалирование систем.

Третьим шагом будет обеспечение разделения базы данных между системами. В настоящее время IBM использует такую модель в System/390 Parallel Sysplex.

Механизм, поддерживающий как переключение, так и разделение дисков — независимые пулы вспомогательной памяти ASP (IASP), описанные в "Одноуровневая память" . ASP представляет собой набор дисковых устройств, в котором вся память пула выглядит одной непрерывной областью. ASP содержат различные системные объекты и применяются для оптимизации восстановления при сбоях дисков, изолируя эти сбои. Существуют один системный и до 15 пользовательских ASP.

IASP — специальная форма пользовательского ASP. Каждый IASP автономен, то есть, например, при выполнении загрузки системы IASP можно не подключать. Кроме того, IASP можно отключать, не останавливая всю систему. Задача в системе получает исключение, если пытается обратиться к объекту, находящемуся в отключенном IASP. IASP может быть подключен к одной или нескольким системам. IASP, подключенный к нескольким системам, рассматривается как ресурс кластера и может переключаться или разделяться между компьютерами кластера.

Идея создания IASP появилась в результате одной работы, проведенной возглавляемым мною отделом вскоре после объявления о выходе AS/400. Именно тогда Джим Рэнуайлер (Jim Ranweiler) исследовал способы создания кластеров AS/400 высокой готовности и пришел к концепции IASP. Мы положили эту работу на полку, пока она нам не понадобилась. Теперь, когда в наших планах — создание кластеров постоянной готовности, мы можем стряхнуть с этой работы пыль и использовать ее в AS/400.