Основными поставщикамимейнфреймов являются известные компьютерные компании IBM, Amdahl, ICL, Siemens Nixdorf и некоторые другие, но ведущая рольпринадлежит безусловно компанииIBM. Именно архитектурасистемы IBM/360, выпущенной в 1964 году, и ее последующиепоколения стали образцом для подражания. В нашей стране в течение многих летвыпускались машины ряда ЕС ЭВМ, являвшиеся отечественным аналогом этой системы.
В архитектурном планемейнфреймы представляют собой многопроцессорные системы, содержащие один илинесколько центральных и периферийных процессоров с общей памятью, связанныхмежду собой высокоскоростными магистралями передачи данных. При этом основнаявычислительная нагрузка ложится на центральные процессоры, а периферийныепроцессоры (в терминологииIBM - селекторные,блок-мультиплексные, мультиплексные каналы и процессоры телеобработки)обеспечивают работу с широкой номенклатурой периферийных устройств.
Первоначально мейнфреймыориентировались на централизованную модель вычислений, работали под управлениемпатентованных операционных систем и имели ограниченные возможности дляобъединения в единую систему оборудования различных фирм-поставщиков. Однакоповышенный интерес потребителей к открытым системам, построенным на баземеждународных стандартов и позволяющим достаточно эффективно использовать всепреимущества такого подхода, заставил поставщиков мейнфреймов существеннорасширить возможности своих операционных систем в направлении совместимости. Внастоящее время они демонстрирует свою "открытость", обеспечиваясоответствие со спецификациямиPOSIX 1003.3, возможностьиспользования протоколов межсоединений OSIи TCP/IP или предоставляя возможность работы на своих компьютерах подуправлением операционной системы UNIXсобственной разработки.
Стремительныйрост производительности персональных компьютеров, рабочих станций и серверовсоздал тенденцию перехода с мейнфреймов на компьютеры менее дорогих классов:миникомпьютеры и многопроцессорные серверы. Эта тенденция получила название"разукрупнение"(downsizing). Однако этотпроцесс в самое последнее время несколько замедлился. Основной причинойвозрождения интереса к мей-нфреймам эксперты считают сложность перехода краспределенной архитектуре клиент-сервер, которая оказалась выше, чемпредполагалось. Кроме того, многие пользователи считают, что распределеннаясреда не обладает достаточной надежностью для наиболее ответственныхприложений, которой обладают мейнфреймы.
Очевидновыбор центральной машины (сервера) для построения информационной системыпредприятия возможен только после глубокого анализа проблем, условий итребований конкретного заказчика и долгосрочного прогнозирования развития этойсистемы.
Главнымнедостатком мейнфреймов в настоящее время остается относительно низкоесоотношение производительность/стоимость. Однако фирмами-поставщикамимейнфреймов предпринимаются значительные усилия по улучшению этого показателя.
Следуеттакже помнить, что в мире существует огромная инсталлированная базамейнфреймов, на которой работают десятки тысяч прикладных программных систем.Отказаться от годами наработанного программного обеспечения просто не разумно.Поэтому в настоящее время ожидается рост продаж мейнфреймов по крайней мере доконца этого столетия. Эти системы, с одной стороны, позволят модернизироватьсуществующие системы, обеспечив сокращение эксплуатационных расходов, с другойстороны, создадут новую базу для наиболее ответственных приложений.
5. Кластерные архитектуры
Двумя основными проблемамипостроения вычислительных систем для критически важных приложений, связанных собработкой транзакций, управлением базами данных и обслуживаниемтелекоммуникаций, являются обеспечение высокой производительности ипродолжительного функционирования систем. Наиболее эффективный способдостижения заданного уровня производительности - применение параллельныхмасштабируемых архитектур. Задача обеспечения продолжительного функционированиясистемы имеет три составляющих: надежность, готовность и удобство обслуживания.Все эти три составляющих предполагают, в первую очередь, борьбу снеисправностями системы, порождаемыми отказами и сбоями в ее работе. Эта борьбаведется по всем трем направлениям, которые взаимосвязаны и применяютсясовместно.
Повышениенадежности основано на принципе предотвращения неисправностей путем сниженияинтенсивности отказов и сбоев за счет применения электронных схем и компонентовс высокой и сверхвысокой степенью интеграции, снижения уровня помех,облегченных режимов работы схем, обеспечение тепловых режимов их работы, атакже за счет совершенствования методов сборки аппаратуры. Повышение уровняготовности предполагает подавление в определенных пределах влияния отказов исбоев на работу системы с помощью средств контроля и коррекции ошибок, а такжесредств автоматического восстановления вычислительного процесса послепроявления неисправности, включая аппаратурную и программную избыточность, наоснове которой реализуются различные варианты отказоустойчивых архитектур.Повышение готовности есть способ борьбы за снижение времени простоя системы.Основные эксплуатационные характеристики системы существенно зависят отудобства ее обслуживания, в частности от ремонтопригодности,контролепригодности и т.д.
Впоследние годы в литературе по вычислительной технике все чаще употребляетсятермин "системы высокой готовности" (High Availability Systems). Все типы систем высокой готовности имеютобщую цель - минимизацию времени простоя. Имеется два типа времени простоякомпьютера: плановое и неплановое. Минимизация каждого из них требует различнойстратегии и технологии. Плановое время простоя обычно включает время, принятоеруководством, для проведения работ по модернизации системы и для ееобслуживания. Неплановое время простоя является результатом отказа системы иликомпонента. Хотя системы высокой готовности возможно больше ассоциируются сминимизацией неплановых простоев, они оказываются также полезными для уменьшенияпланового времени простоя.
Существуетнесколько типов систем высокой готовности, отличающиеся своими функциональнымивозможностями и стоимостью. Следует отметить, что высокая готовность не даетсябесплатно. Стоимость систем высокой готовности на много превышает стоимостьобычных систем. Вероятно поэтому наибольшее распространение в мире получиликластерные системы, благодаря тому, что они обеспечивают достаточно высокийуровень готовности систем при относительно низких затратах. Термин"кластеризация" на сегодня в компьютерной промышленности имеет многоразличных значений. Строгое определение могло бы звучать так: "реализацияобъединения машин, представляющегося единым целым для операционной системы,системного программного обеспечения, прикладных программ и пользователей".Машины, кластеризованные вместе таким способом могут при отказе одногопроцессора очень быстро перераспределить работу на другие процессоры внутрикластера. Это, возможно, наиболее важная задача многих поставщиков системвысокой готовности.
Первойконцепцию кластерной системы анонсировала компания DEC,определив ее как группу объединенных между собой вычислительных машин,представляющих собой единый узел обработки информации. По существу VAX-кластерпредставляет собой слабосвязанную многомашинную систему с общей внешнейпамятью, обеспечивающую единый механизм управления и администрирования. Внастоящее время на смену VAX-кластерам приходят UNIX-кластеры. При этомVAX-кластеры предлагают проверенный набор решений, который устанавливаеткритерии для оценки подобных систем.
VAX-кластер обладает следующими свойствами:
Разделениересурсов. Компьютеры VAX в кластере могут разделять доступ к общимленточным и дисковым накопителям. Все компьютеры VAXв кластере могут обращаться к отдельным файлам данных как к локальным.
Высокая готовность. Если происходит отказ одного изVAX-компьютеров, задания его пользователей автоматически могут быть перенесенына другой компьютер кластера. Если в системе имеется несколько контроллероввнешних накопителей и один из них отказывает, другие контроллеры автоматическиподхватывают его работу.
Высокаяпропускная способность.Ряд прикладных систем могут пользоваться возможностью параллельного выполнениязаданий на нескольких компьютерах кластера.
Удобствообслуживания системы.Общие базы данных могут обслуживаться с единственного места. Прикладныепрограммы могут инсталлироваться только однажды на общих дисках кластера иразделяться между всеми компьютерами кластера.
Расширяемость. Увеличение вычислительной мощностикластера достигается подключением к нему дополнительных VAX-компьютеров.Дополнительные накопители на магнитных дисках и магнитных лентах становятсядоступными для всех компьютеров, входящих в кластер.
Работа любой кластерной системыопределяется двумя главными компонентами: высокоскоростным механизмом связипроцессоров между собой и системным программным обеспечением, котороеобеспечивает клиентам прозрачный доступ к системному сервису.
Внастоящее время широкое распространение получила также технология параллельныхбаз данных. Эта технология позволяет множеству процессоров разделять доступ кединственной базе данных. Распределение заданий по множеству процессорныхресурсов и параллельное их выполнение позволяет достичь более высокого уровняпропускной способности транзакций, поддерживать большее число одновременноработающих пользователей и ускорить выполнение сложных запросов. Существуют триразличных типа архитектуры, которые поддерживают параллельные базы данных: