Мейнфреймы жутко мифологизированы, встречаются самые невероятные представления о них даже в среде технически грамотных специалистов: кто-то представляет их сверхмощными машинами, лишь малость уступающими в Линпаке «Ломоносову», а кто-то — неповоротливым пережитком 1960-х, пригодным разве что для музея или Вторцветмета. В первой части доклад нацелен на преодоление этой информационной лакуны, в ней планируется кратко рассказать об устройстве современных мейнфреймов, их показателях производительности, о задачах, которые на них решаются в 2010-е годы. Главные аналитики мировых IT Gartner когда-то спрогнозировали, что последний мейнфрейм будет потушен в 1993 году. Но мейнфреймы выжили, они развивались, их рынок на больших отрезках постепенно падает, но при этом спорадически растёт, только во II квартале 2016 года он вырос на двузначные цифры в процентах. Что же заставляет заказчиков всё-таки покупать новые мейнфреймы, и в каких случаях от них наконец-то отказываются? Вторая часть доклада будет посвящена разбору случаев успешного и неуспешного перехода с мейнфреймов на x86-машины.

1. Побеждаем
мейнфрейм
3.0

2. $ who am i
Системный архитектор в системном интеграторе (IBS)
Не эксперт по мейнфреймам
• Пересечения в «ландшафтах»
• Работа с технико-экономическими показателями
• Взаимодействие с эксплуатантами
Только личное мнение и личный опыт
• Никаких мнений от имени работодателя или его партнёров
• Могу ошибаться или заблуждаться, но искренне и не ради выгоды

3. I Мифы о мейнфрейме
II Технологии мейнфреймов для
современной цивилизации
Самый-самый …?
Не умеет X, но умеет Y ?
Несистемный исторический экскурс
Поверхностный технологический обзор

4. Легенда
разрушения
легенд
Рисунки здесь и далее – ©Discovery

5. Миф 1:
Самый древний компьютер?
Были ли самые первые компьютеры мейнфреймами?

6. Первый мейнфрейм – IBM System/360
Разработан в 1964–1967 годы
Затраты в разработку – $5 млрд
Годовая выручка IBM тех лет –
$3,2 млрд
Самый дорогостоящий проект в
истории вычислительной техники
Mark I, ENIAC, EDSAC, БЭСМ мейнфреймами не считаются

7. Отличительные особенности
Ориентированный на задачи
коммерческого сектора
Универсальный
Десятичные операции
Операции с плавающей
точкой
Универсальный пакет
системного программного
обеспечения
Подключение широкого
класса периферии
Канальная архитектура
Для доступа к памяти Для ввода-вывода
Микрокод для реализации процессорных инструкций
Серийный
Различные по производительности и стоимости варианты в
одной линейке
С возможностями развития и обратной совместимостью

8. Разработчики
Фредерик Брукс
«Мифический человеко-месяц»
Джин Амдал
Фирма Amdahl
Геррит Блау
Нидерландский математик

9. Первые залы
с IBM S/360
Изображение – ©IBM, конец 1960-х

10. Первые залы с IBM S/360…
Изображение – ©IBM, конец 1960-х

11. Миф 1:
Самый древний компьютер?
Мейнфреймы появились через 20 лет после первых компьютеров

12. Миф 2:
Практически не встречается в
современной природе?
Неужели их кто-то использует? Разве они ещё производятся?

13. Мейнфреймы в структуре продаж IBM
~4% от выручки (2014)
~$3,7 млрд
Рост 2014/2015 – 35%
более
$5 млрд?
2014/2015 – 50 новых
покупателей в 25 странах
Рынок существенный, миллиардный…

14. … но подвержен существенным колебаниям
Рисунок– ©IDC?

15. … а в 1990-е годы был длительный спад
Рисунок– ©Annex Research, 2009

16. Миф 2:
Практически не встречается в
современной природе?
Мейнфреймы производятся, их рынок – миллиардный и он спорадически растёт

17. Миф 3:
Мейнфрейм – это IBM?
Кроме IBM это кто-то ещё делает?

18. Fujitsu
Fujitsu BS2000 SE-700 на процессорах SPARC
под управлением ОС ICL-VME,
«сделано в Германии»
Siemens
Fujitsu-
Siemens
Fujitsu

19. Univac Clearpath Forward под управлением OS 2200
(на Intel Xeon E5, c 2012)
Unisys

20. Также производят мейнфреймы в 2010-е
• S/390-совместимые, а также на базе Intel Xeon и Itanium
• Важная часть экосистемы мейнфреймов IBM (HDS)
• Слухи (2016) об IBM mainfraimes → Hitachi
• Младшая линия ACOS-2 – на базе Intel Xeon
• Старшая линия ACOS-4 – на базе NOAH-6
• Серия Gcos на Intel Xeon

21. …и всё-таки это в 90% случаев – IBM
IBM – движущая сила и
«законодатель моды»
Почти все прочие –
клоны с разной
степенью
совместимости с IBM
~90% современных
мейнфреймов
От 85% до 95% продаж
новых мейнфреймов
В России – трудно
найти не IBM

22. Но в 1970-е рынок был более обитаем…
B Burroughs → Unisys
U Univac → Sperry → Unisys
N NCR
C Control Data Corporation
H Honeywell → Bull → Atos
Scientific
Data
Systems
Xerox Amdahl ICL Siemens ЕС ЭВМ

23. Миф 3:
Мейнфрейм – это IBM?
Не только IBM, но в основном всё же IBM

24. Миф 4:
ЕС ЭВМ – это клон IBM S/370?
Разве были какие-то другие ЕС ЭВМ?

25. 1970–1988: IBM System/370
31-битная архитектура
Монолитная
оперативная память
128-битная
вещественная арифметика
Обратно совместимая с
S/360
Изображение – ©IBM, начало1970-х

26. 1967: решение об «Единой серии»
Дискуссии о «большом скачке»
•Принципиальное решение о клонировании
System/360 только-только выпущена
•Первые машины – клоны S/360

27. Серии ЕС ЭВМ
1010 1011 1012 1020 1030 1040 1050
1015 1025 1035 1045 1055 1060 1061
1036 1046 1066 1068
Клон мини-ЭВМ Mitra System/360
System/370
System/370++
I р я д :
I I р я д :
I I I р я д :
1130 1181 1220I V р я д :

28. Минская
(или болгарская)
машина
в ГДР
Изображение – CC-SA, автор: Еуген Норско, ГДР, 1981

29. Миф 4:
ЕС ЭВМ – это клон IBM S/370?
В основном – да, но были и на основе S/360,
и усовершенствованные,
и венгерская не-IBM-серия

30. Миф 5:
70% информации в мире
обрабатывается мейнфреймами?
Какой информации? По состоянию на какой год?

31. Хроника 70%
• More than 70% of corporate data in the world is still on
mainframe systems
• Meta Group1998
• …mainframe, which is home to 70 percent of the world’s
critical transactional data
• IBM Systems Magazine2008
• …70% of all relevant data for companies stored on databases
on System z
• Robert Vaupel. High Availability and Scalability of Mainframe
Environments
2013

32. Прочие сомнительные факты
«94 банка из Топ-100 используют мейнфреймы IBM»
• Сбербанк – входит, но есть ли там хоть один мейнфрейм?
«Около 97% розничных банков в мире используют System z в качестве
главного сервера для АБС»
• Есть такой хоть один в России?
Суммарная стоимость находящихся в эксплуатации приложений для
мейнфреймов – $1 трлн

33. Публичные активные
мейнфреймоводы России
ЦБ РФ РЖД Газпром

34. z160 в ЦОДе РЖД
и терминал
Экспресс-3
Изображения – ©Алексей Надёждин, 2013

35. Миф 5:
70% информации в мире
обрабатывается мейнфреймами?
У этой информации были основания, но она неконкретна и устарела

36. Миф 6:
Вид суперкомпьютера?
Ведь он призван усиленно «дробить числа»?

37. MIPS и FLOPS
MIPS
Млн инструкций в
секунду
Метрика для
мейнфреймов
FLOPS
Вещественных
операций в секунду
Метрика для
суперкомпьютеров

38. TPC-x и Linpack
TPC-C, TPC-H
Транзакций в
секунду
Запросов в
секунду
L*Pack
FLOPS, FLOPS
FLOPS, FLOPS,
FLOPS, FLOPS

39. Не принципиально для суперкомпьютера
Отказоустойчивость, время наработки на отказ
Предсказуемая производительность
Самовосстановление
Дублирование компонентов, резервирование
Обновления без перезагрузок
Обратная совместимость
Целостность данных

40. Миф 6:
Вид суперкомпьютера?
Считает весьма быстро, но по MIPS,
неинтересные показатели для «числодробилок»

41. Миф 7:
Самый быстрый,
самый многосокетный,
самый многоядерный?
Кто, если не мейнфрейм?

42. Чемпионы по гнёздам и ядрам (2016)
IBM
z13
21 ЦПУ
168 ядер
336
потоков
IBM
p795
32 ЦПУ
256 ядер
1024 потока
SPARC
M6-32
32 ЦПУ
384 ядра
3072 потока
Huawei
Kun-Lun
32 ЦПУ
576 ядер
1152 потока

43. Быстрейший [коммерческий] процессор
[общего назначения] – у мейнфрейма
IBM
zEC12
5,5
ГГц
IBM
Power 7+
4,4
ГГц
SPARC
S7
4,27
ГГц
Intel Xeon
X5698
4,4
ГГц

44. Время большого скачка
Изображение – ©IBM, 2013
z13 (2015): 5.0 GHz

45. Миф 7:
Самый быстрый,
самый многосокетный,
самый многядерный?
Уступает по количеству ЦПУ и ядер
RISC-машинам в максимальной набивке и вертикальным x86,
но при этом частоты – выше 5 ГГц

46. Миф 8:
RISC?
Какая у мейнфрейма может быть процессорная архитектура?

47. Две ветви больших машин IBM
pSeries
Performance
RISC
zSeries
Zero-downtime
CISC

48. Миф 8:
RISC?
Все процессоры мейнфреймов IBM на CISC-архитектуре;
разве что у Fujitsu – RISC

49. Миф 9:
Требует собственных залов и
жидкостного охлаждения?
Мейнфрейм как ЦОД?

50. Когда-то – требовалось
Основная
площадь
–
под
периферию

51. System/390: c 1995 года всё стало проще
Почти*
стандартные
серверные шкафы
Стандартное
трёхфазное
питание
Воздушное
охлаждение

52. …на
1–2+*
стойко-
места
Изображение – ©Infoworld

53. z13 на выставке
(до 21,5 КВт в ЦОД)
Изображение – ©IBM, 2015

54. Традиции жидкостного охлаждения
ещё живы (опция)
Изображение – ©IBM, 2015

55. Миф 9:
Требуют собственных залов и
жидкостного охлаждения?
Уже четверть века как не требуют

56. Миф 10:
Самый дорогой?
Может ли быть что-то дороже мейнфрейма?

57. Конечная цена системы
– вопрос щепетильный
Из одного публичного сравнения (2012)
Oracle SPARC T4-4 – $1,2 млн IBM p795 – $4,5 млн
Сильно зависит от конфигураций и программного обеспечения
z13 – «от $1 млн» z114 – «от $75 млн»

58. Но можно найти на барахолке

59. Миф 10:
Самый дорогой?
Старшие мейнфреймы весьма дороги – от $1 млн за систему,
но и старшие RISC-системы стоят за теми же порогами

60. Миф 11:
Монолит для запуска одного
экземпляра ОС?
«Большая рама для одной операционки»

61. Виртуализация из 1960-х
Одна из ключевых возможностей
мейнфреймов
Получение нескольких виртуальных
мейнфреймов из одного
Дизайн «без протечек»
Без слоя эмуляций
Поддержка на процессорном уровне
Полная изоляция
CP/CMS
• 360
VM/SP
• 370
VM/ESA
• 390
z/VM
• zSeries

62. Аппаратные секции
• Разбиение пула процессорных
ресурсов на секции
• Подобное доступно в Power,
SPARC, Itanium, мейнфреймх на
x86 (Hitachi)
LPAR –
аппаратно-
ресурсная
изоляция

63. 2015 год: новые веяния
KVM портирован
на z/Architecture
Docker портирован
на z/Linux

64. IFL1 IFL2 IFL3CP1 CP2 CP3 CP4
IBM System z
Физические
ядра ЦПУ
z/VM
Linux
v2CPU
Linux
LPAR1
z/OS
LPAR2
z/OS
LPAR3
z/VM
LPAR4
z/VM
Логические
ЦПУ
Логические
ЦПУ
IFL4
Linux Linux
vCPU
LinuxLinux Linux
Физические
ядра ЦПУ
(Виртуальная машина
в виртуальной машине)n
KVM
v3CPU

65. Специальные цели процессора общего
назначения
Часть ядер отведена под специальные нужды и они недоступны
для вычислительных нагрузок
В z13 – из 168 ядер только для 141 ядра покупатель
может определить назначение
Каждое ядро мейнфрейма прошивается «миллипрограммой»,
определяющей его назначение

66. Виды «спецназа»
CP
Central
Processor
Для
запуска и
нагрузок
общего
назначения
в z/OS,
z/VM
IFL
Integrated
facility for
Linux
Для z/Linux
zAAP
Application
Assist
Processor
Для Java- и
XML-
нагрузок в
z/OS
zIIP
Integrated
Information
Processor
Для
некоторого
класса
нагрузок в
z/OS (XML,
IPSec)
ICF
Internal
Coupling
Facility
Для
кластера
z/OS
SAP
System
Assist
Processor
Обработка
ввода-
вывода
IFP
Integrated
Firmware
Processor
Для PCIe-
устройств
spare
Резерв
«под
паром»
Может
заменить
любое из
ядер в
случае
сбоя

67. Миф 11:
Монолит для запуска одного
экземпляра ОС?
Виртуализация поддерживается ещё со времён System/360,
и это фактически стандартная и всеобще используемая возможность

68. Миф 12:
Операционная система у
мейнфрейма
– не Unix, и вообще бесфайловая?
Другие абстракции, нет командной строки, не похожа ни на что

69. Основная операционная система
мейнфреймов
CP/CMS
• 360
MVS
• 370
OS/390
• 390
z/OS
• zSeries
Open MVS Unix services
100% POSIX certified
Файловая
система
Сокеты
Стек
TCP/IP
…

70. Набор данных, а не файл
Не наборы байтов!
Нет концепции «файла», объединяющей программы и данные
Средства доступа к содержимому наборов данных
Из операционной системы Из программных средств
Наборы данных каталогизируются, организуются в иерархии
ENT01.DEPT01.EMP0024
Dataset
Основная абстракция
пользовательских данных
Коллекция форматированных записей Ключи, индексы

71. Пре-СУБД и СУБД над наборами данных
• Customer Information Control System
CICS
• Иерархическая СУБД
IMS
• Реляционная СУБД
DB2
• Иерархическая СУБД
Adabas
• До 10g, потом – на z/Linux
Oracle Database
Не-IBM:

72. Приложения над наборами данных
Карточный процессинг
Бронирование
PARS Sabre
Transaction Processing Facility (TPF)
Языковые средства по работе с наборами данных (Кобол, Фортран)

73. Sabre

74. Sabre
red

75. Два способа взаимодействия
Job Command
Language
Для программ, которые
что-то обрабатывают
Пакетный TSO
(Time-sharing
option)
Для операторов и
пользователей
информационных систем
Интерактивный

76. Как зайти в ОС?
ISPF
• Interactive System Productivity Facility
• TSO-приложение
Терминал 3270
• Не строчный, а блочный!
• EBCDIC

86. Изображение – ©IBM, 1979

87. …и даже GUI

88. Миф 12:
Операционная система у
мейнфрейма
– не Unix, и вообще бесфайловая?
Изначально – да; начиная с OS/390 – сервисы Unix и файловые системы встроены

89. Миф 13:
Невоспроизводимый на x86?
Разве можно это повторить на x86_64?

90. Геркулес: hercules-3.12
• Первый выпуск – 1999 год
• Автор – Роджер Боулер
Свободно распространяемый эмулятор ЦПУ мейнфреймов
• System/370
• System/390
• System z
• Amdahl
Поддерживает практически весь ряд
• z/OS
• z/VM
• z/Linux
Запускает любые ОС
• ~50 – 60 MIPS на 2 × Xeon E5
• Пики – 1200 MIPS
Работает стабильно, но с не очень высокой производительностью

91. Миф 13:
Невоспроизводимый на x86?
Есть устойчивый программный эмулятор

92. Миф 14:
Немасштабируемый?
Может расти только по вертикали до предела своего двустворчатого шкафа?

93. Параллельный сисплекс
Объединение нескольких мейнфреймов (или LPAR) в кластер
Перезапуск
заданий при
сбоях
Single System
Image – «как
одна система»
Совместный доступ к наборам данных
Программные средства для параллельной работы
DB2 IMS VSAM
Oracle DB
10g
Adaplex

94. Миф 14:
Немасштабируемый?
Чудес не бывает, но заложенные в параллельный сисплекс средства позволяют в
большинстве случаев выбраться за пределы «одной коробки»

95. II Технологии мейнфреймов
– современной цивилизации
Не настала ли пора ещё что-нибудь позаимствовать от мейнфреймов?

96. Single System Image
Решения и подходы параллельного сисплекса
• Сериализация для совместного доступа к общим ресурсам хранения
• Интерфейс для СУБД
• Прозрачность для приложений
Доступный на оборудовании потребительского класса сверхотзывчивый ввод-вывод и
сверхбыстрый интерконнект
• NVMf: 5 млн IOPS своими руками, Бангалор, 14:00
Не пора ли оживить Open SSI?

97. RAIM
Redundant Array of Independent Memory
С учётом появления NVDIMM?
• Особенно для резидентных вычислений (in-memory database)
+проекты с пометкой
“Software-defined memory”

98. Дублированное выполнение
Инструкции выполняются параллельно на двух ядрах,
результат сверяется
• Заимствовано в Tandem Nonstop (ныне – HPE)
По сети? Экономный горячий резерв?

99. Спецназ для ЦПУ,
разгрузка от ввода-вывода
Там, где важна предсказуемая производительность
Канально-архитектурные решения по доступу к общим ресурсам хранения
Будущие
FPGA-сопроцессоры?
Тонкая ручная настройка

100. Спасибо за внимание!