"Основы AS/400" - читать интересную книгу автора (Солтис Фрэнк)

Основы AS/400От автораПредисловиеВведениеНачалоРеволюция начинаетсяПроект Fort KnoxРанняя AS/400 (она же System/38)Союз AS/400-PowerPCКоманда технических разработчиковКоманда менеджеровВ последнюю минутуТвердая рукаЗачем написана книга?Замечания ко второму изданиюКак читать эту книгуГлава 1Расширенная архитектура приложенийАрхитектура компьютераС точки зрения программистаУровни абстракцииСоздание программКлассификация архитектурПроцессоро-ориентированная архитектураAPI-ориентированные архитектурыМашинная архитектура высокого уровняИ это тоже есть!Глава 2Технология PowerPCМикросхемы сжимаются на глазахАльянс PowerPCЭволюция PowerPCRISC-процессор AS/400 для коммерческих расчетовТехнология PowerPC для AS/400Архитектура PowerPCРасширения архитектуры PowerPC65-разрядный процессор?Система команд AmazonРеализации процессора AS/400Процессоры Muskie первого поколенияПроцессоры Cobra первого и второго поколенияПроцессоры третьего поколения ApacheО Процессоры четвертого и следующих поколенийО Подсистема памятиОрганизация памятиПерекрестные переключателиБудущее переключателей памятиВыводыГлава 3System Licensed Internal Code (SLIC) —сердце AS/400Разделяй и властвуйМикрокодВпереди скользкая дорогаКонцепции объектно-ориентированного программированияСреда разработки SLICЗатраты на разработку SLICТехнологии ядра в SLICИндивидуальность System/36Что-то старое, что-то новоеAdvanced 36ВыводыГлава 4Машинный интерфейс, независимый от технологииОбзор архитектуры MIНеисполняемый интерфейсКомпиляторы для AS/400Характеристики машинного интерфейсаРабота с программами MIСоздание программыУничтожение программыМатериализация и адаптируемость программыВнутри шаблона программыФорматы команд MIКод операции MIРасширение кода операцииПримеры команд MIВыводыГлава 5ОбъектыИмена объектовОбъекты OS/400 и системные объекты MIПоиск объектовБиблиотекиРазделяемые папкиИнтегрированная файловая системаДоступ к объектамАдресация на базе возможностейРазрешение системных указателейДругие типы указателейХарактеристики системных объектовПрограммные объектыВнутри системного объектаСегментированная памятьСтруктура системного объектаМногосегментные объектыСодержимое заголовковЗаголовок сегментаЗаголовок EPAПримеры объектовВыводыГлава 6Интегрированная база данныхБаза данных без имениХранилища данныхПреобразование оперативных данных в информационныеСерверы баз данныхПараллельная обработкаМногомерные базы данных (MDD)Анализ данных и инструментарий конечных пользователейУправление хранилищем данныхЭволюция реляционной базы данныхДвуликая база данныхКак функционирует база данныхФункции СУБДОписание данных и создание файловСоздание физических файлов и таблицСоздание логических файлов и проекцийСловарь данных и каталогиНезависимость данных и программЗащита данныхЦелостность и восстановление данныхЖурналСистемная защита пути доступа SMAPPУправление транзакциямиТриггерыСсылочная целостностьДисковые системы высокой доступностиДругие функции базы данныхХранимые процедурыПоддержка национальных языковПредсказывающий регулятор запросовПовышение производительности базы данныхРаспределенные базы данныхШлюзы к другим базам данныхТрансформация данных с помощью DataPropagatorСоединение при помощи OptiConnectВнутренняя реализация функций базы данныхОбъекты базы данныхОбласти данныхИндексы области данныхКурсорыДоступ пользователя к даннымЖурналы SLICУправление транзакциями в SLICМашинные индексыДвоичный поискДеревья с двоичным основаниемВнутренняя организация дерева с двоичным основаниемВыводыГлава 7Защита от несанкционированного доступаИнтегрированная защитаУровни защитыОтсутствие защиты (уровень 10)Парольная защита (уровень 20)Защита ресурсов (уровень 30)Защита ОС (уровень 40)Защита C2 (уровень 50)Профили пользователейКласс пользователяОбъекты, принадлежащие и доступныеПрава доступа к объектамПривилегированные команды и специальные праваЗаимствование прав программойГруппирование правАлгоритм поиска правДополнительная защита в сетевом миреПодключение ПК к AS/400Вирусы, черви, троянские кони и другие мерзкие твариБезопасный сервер WWWВыводыГлава 8Одноуровневая памятьСколько байтов адресуют 64 разрядаВиртуальная памятьВиртуальная память для систем разделения времениОдноуровневая виртуальная памятьПостоянная виртуальная памятьЧто такое одноуровневая памятьОдноуровневая память и производительностьУказатели и тегиАппаратная защита указателейРежим активных теговУказатели и теги на дискеВнутри указателяСказка о двух размерах адресаПереполнение адресаТрансляция адресаХарактеристики модели памятиРегистр состояния машиныОбзор трансляции адресаТрансляция адреса виртуальный—реальныйХешированиеЗапись страничной таблицыРежимы доступа к памятиЗащита страницУправление дискамиПулы вспомогательной памятиСегменты памятиДисковые экстентыВыводы:Сегменты группы доступаКаталоги вспомогательной памятиВыводыГлава 9Управление процессамиЛучшая в мире структура задачТехнологии микроядраНачинаем снизуДиспетчеризация задач в AS/400Состояния задачиОчередь диспетчеризации задачОчереди и счетчики приема-передачиМультипроцессированиеСимметричное мультипроцессированиеАсимметричное мультипроцессированиеДинамическое планирование приоритетовПроцессы в MIИсходная модель процессовМодель процессов ILEВнутри процесса ILEСтруктура процессов ILEГруппа активизации ILEИсключения, события и прерыванияИсключения и события MIУправление исключениями SLICАппаратное переключение контекстаЗадания и управление ими OS/400Концепции управления заданиямиПодсистемыСтарая и новая структуры заданияПроцессы, задачи, задания, группы активизации и потокиВыводыГлава 10Система ввода-выводаВремя переменБазовые концепции ввода-выводаПромышленные стандарты ввода-выводаШина SPDСоединения аппаратуры ввода-вывода SPDРабота шины ввода-вывода SPDОперации ввода-вывода в AS/400Объекты поддержки ввода-выводаКомпоненты ввода-выводаКак все это работаетВыводыГлава 11Версия 4Расширенная версия 4 AS/400Сетевые вычисленияРеализация стандартовБитва за рабочий столСовместные вычисленияУпрощенные клиент-серверные вычисленияПоддержка приложенийJava, Java везде и всюдуJava для AS/400Проект San Francisco (Каркасы Java)Интегрированные ПК-серверыСерверные модели AS/400eОбработка данныхКачественный рост старших моделей AS/400еRISC-процессор и перспективы его развитияКластеры и постоянная готовностьУлучшения соотношения цена-производительность в серии AS/400еУниверсальностьНовые технологии ввода-выводаВыводыГлава 12AS/400 в XXI векеБудущие технологии процессоровПроцессоры пятого поколенияПосле RISCVLIW в РочестереБудущее многопроцессорных системМасштабируемые многопроцессорные системы с общей памятьюCC-NUMA и COMAБудущее ввода-вывода AS/400Будущие технологии подсистем ввода-выводаДисковые массивыБудущие программные технологии AS/400Операционные системыГлобальные файловые системыИнтерфейсы пользователяТехнологии приложенийОбщая производительность системыПрограммы тестирования производительностиКак мы сравниваем?Выводы

Технология PowerPC для AS/400

Президентом IBM в 1991 году был Джек Кюлер (Jack Kuehler). Он привел IBM к соглашению с Apple и Motorola о создании микропроцессоров PowerPC. Джек Кюлер считал, что к концу десятилетия все компьютеры, от самых маленьких, умещающихся на ладони, до суперЭВМ будут использовать RISC-процессоры. Он также полагал, что компании, создающие такие микропроцессоры, можно будет пересчитать по пальцам одной руки, и был твердо уверен, что альянс PowerPC станет одной из таких выживших фирм.

Кюлер не мог понять, почему обе его основные лаборатории одновременно занимаются разработкой новых RISC-процессоров. Лаборатория в Остине ра ботала над спецификацией PowerPC, а лаборатория в Рочестере s над C-RISC. I Кюлер был убежден в необходимости объединить усилия двух этих исследовательских центров, а также в том, что PowerPC подойдет и тем, и другим. Он стал выяснять, почему Рочестер не может использовать этот процессор. Мы покорно ездили в Армонк (Armonk), штат Нью-Йорк, где попытались объяснить различия между процессорами для коммерческих и научных расчетов. Кюлер не оспаривал успехи Рочестера, но и не принимал наши доводы. Он требовал дополнительные данные в обоснование нашей позиции. «Неужели RS/6000 не может выполнять и коммерческие вычисления?» — спрашивал он. Наконец, примерно после третьего визита в Армонк нам удалось его убедить.

Специалисты Рочестера знали, о чем говорят. Они понимали как делать процессоры для коммерческих вычислений, и чем эти процессоры отличались от предназначенных для технических расчетов. И все же Кюлер настоял, чтобы через 90 дней мы вернулись к нему с ответами на два вопроса: «Как изменить архитектуру PowerPC, чтобы она стала подошла для AS/400?» и «Сколько будет стоить перевод AS/400 на эту новую архитектуру?». Тем самым Кюлер дал нам возможность влиять на проект PowerPC. Он также изъявил желание финансировать любые дополнительные расходы, связанные с переходом на новый процессор.

В начале апреля 1991 года я возглавил группу из 10 человек, которая должна была дать ответ на оба эти вопроса. Кюлер также дал указание главе IBM Research, отвечавшему за согласование архитектуры PowerPC с Apple и Motorola, работать в тесном контакте с нами. Кроме того, наши инженеры тесно сотрудничали со своими коллегами из Остина.

Успех проекта во многом зависел от из рочестерской команды:, чьи инженеры были в числе самых лучших. Задача была не из легких. Сначала казалось, что требования AS/400 прямо противоположны задачам PowerPC. Затем возникло ощущение, что в результате слияния этих двух архитектур Рочестер лишится возможности создавать процессоры, оптимизированные для коммерческих расчетов. Нечего и говорить, как горячи были споры!

Было решено начать с архитектуры PowerPC в том виде, как она была определена на тот момент. К ней следовало добавить расширения, необходимые для AS/400. В результате должно было получиться нечто новое, заранее названное, в отличие от базовой архитектуры PowerPC, Amazon.

Хотя в Рочестере и были определенные сомнения в плодотворности идеи общей архитектуры RISC, тем не менее, ее разработка шла быстро. Основная роль здесь принадлежала Энди Уоттренгу (Andy Wottreng) и Майку Кор-ригану (Mike Corrigan). Они выполнили выдающуюся работу по интеграции технических требований AS/400 в новую архитектуру. В результате, впервые была создана архитектура RISC, которая одинаково хорошо подходила и для коммерческих, и для технических приложений.

За координацию проекта отвечал Дэррил Соли (Darryl Solie). Он находился в тесном контакте с обеими группами разработчиков в Остине и Рочесте-ре и обеспечивал взаимодействие между ними. Проектировщики Рочестера многому научились у инженеров других подразделений IBM и Motorola. Уровни производительности процессоров, которые сперва казались недостижимыми, внезапно становились возможными. В результате, сейчас в Рочес-тере создаются одни из самых быстрых процессоров в мире. Наша лаборатория отвечает внутри IBM за разработку новых 64-разрядных процессоров для коммерческих вычислений.

Всякий раз, когда возникали трения, разгорались споры, и кто-нибудь начинал утверждать, что порочна идея в целом, в дело вмешивался Билл Берг (Bill Berg). Спокойно, дипломатично и быстро убеждал нас в том, что мы s на правильном пути, и что только мы можем пройти его до конца. Позднее Билл способствовал тому, чтобы убедить разработчиков использовать при создании программного обеспечения новой операционной системы объектно-ориентированные технологии.

Архитектура PowerPC должна была работать как в 32-разрядном, так и в 64-разрядном режимах. Все 64-разрядные версии PowerPC должны были иметь и 32-разрядное подмножество. Мы сосредоточились только на 64-разрядном режиме, практически не изменив 32-разрядное подмножество.

По мере разработки новой архитектуры мы могли предварительно оценить ее стоимость. Работа велась напряженно и была завершена за 90 дней, но результаты не слишком впечатляли.

Многие из необходимых нам архитектурных изменений было бы трудно внести в ранние версии процессоров PowerPC, разработанные в Сомерсете. Процессоры поздних моделей AS/400 должны были обрабатывать очень большие объемы данных, и для нужной производительности требовались очень широкие шины данных. Мы даже не пытались ничего добавлять в конструкции процессоров PowerPC 601, 603 или 604, так как они поддерживали только 32-разрядный режим. Было также крайне сомнительно, сможем ли мы усовершенствовать первый разработанный в Сомерсете 64-разрядный процессор (его окончательное название s 620), так как плотность упаковки элементов на этом кристалле была недостаточна для того, чтобы сделать его подходящим для наших моделей — пришлось бы разработать многокристальную версию архитектуры.

Даже в отношении младших моделей AS/400 у нас не было полной ясности. Некоторое время мы предполагали применить усовершенствованный вариант 620, который мы назвали 621, но в конце концов решили, что проще всего разрабатывать процессоры для AS/400 внутри IBM.

Одновременно с нами разработчики RS/6000 также пришли к заключению, что не смогут использовать ранние версии процессоров PowerPC в своих старших моделях. Для младших моделей подходил однокристальный процессор разработанный в Сомерсете, но для более высокопроизводительных моделей требовался многокристальный процессор. Кроме того, наши коллеги хотели включить в свой проект некоторые коммерчески выгодные возможности технических вычислений, а именно, NIC (numerically intensive computing), большинство из которых отсутствуют в обычном PowerPC. Также было добавлено больше конвейеров и новые вычислительные команды. Созданное в результате расширение первоначальной архитектуры POWER получило название POWER2.

Впервые процессоры архитектуры POWER2 были применены в RS/6000 в 1993 году. Они также использовались в RS/6000 Scalable POWERparallel System (RS/6000 SP). Последняя система ознаменовала выход IBM на рынок компьютеров параллельных вычислений. В RS/6000 SP может работать параллельно много таких процессоров. Параллельные машины очень хороши для ряда научно-технических и некоторых коммерческих приложений, например, для просмотра больших баз данных.

Первоначально архитекторы AS/400 и RS/6000 хотели добиться общей конструкции процессоров, решив включить в архитектуру Amazon все необходимые для них расширения. Мы планировали создать один процессор, который мог бы поддерживать специфические требования обеих систем.

У первого общего процессора PowerPC, предназначенного как для AS/400, так и для RS/6000, было несколько названий. Разработчики RS/6000 часто называли его POWER3, или PowerPC 630. Мы дали ему внутреннее имя Belatrix. Беллатрикс s это звезда в созвездии Ориона. Немногие знают, что ее называют также звездой Амазонки (Amazon Star). Belatrix должен был стать звездой архитектуры Amazon.

Как и многие предыдущие проекты, проект Belatrix был слишком амбициозным и всеохватывающим и не имел успеха. Мы решили, что целесообразнее иметь несколько версий процессоров PowerPC, оптимизированных для разных вычислительных сред. Каждый процессор PowerPC должен был реализовывать базовый набор команд и функций, а также поддерживать необязательные расширения.

Рочестер должен был сделать первые процессоры PowerPC применимыми для коммерческих задач. Первоначально они предназначались исключительно для AS/400.

Позже было принято решение: начиная с 1997 года использовать новое поколение 64-разрядных процессоров PowerPC, разработанных в Рочестере, и для RS/6000.

После прекращения работ над Belatrix в Остине начали разработку новой версии 630 — 64-разрядного процессора PowerPC, который должен был обеспечить вычислительную производительность, необходимую для будущих систем. Мы в Рочестере также стали разрабатывать свою версию Belatrix, которая предназначалась для серии AS/400 1998 года. Так как Belatrix назван по имени звезды, а Миннесота известна как штат Серверной звезды (North Star), то мы назвали новый процессор Northstar[ 16 ].

В области программного обеспечения ситуация с PowerPC была гораздо хуже, по сравнению с тем, что мы обещали Кюлеру. Все прикладное и системное программное обеспечение, работавшее поверх MI, было защищено благодаря независимой от технологии архитектуре AS/400. Однако, поскольку PowerPC сильно отличается от IMPI, то микрокод, расположенный ниже MI, было необходимо переделать под новый процессор. Это нелегкая задача, несмотря на то, что часть ее можно было осуществить с помощью автоматизированных средств. Между тем наши программисты должны были заниматься выпуском новых версий AS/400. Мы подсчитали, что для работы с RISC-процессором потребуется нанять несколько сотен новых системных программистов.

Наконец, мы были ограничены по времени. Первоначально планировалось выпустить новые процессоры C-RISC в середине 1994 года, мы уже мечтали о них для Advanced Series. При использовании PowerPC нам пришлось бы изменить планы и передвинуть выпуск RISC-процессоров на 1995 год s именно столько времени потребовалось бы для разработки нужных расширений и переписывания внутреннего кода. Пришлось бы оснащать Advanced Series процессорами IMPI и обеспечить возможность их модернизации процессорами PowerPC, когда последние будут готовы.

В начале июля 1991 года мы вновь нанесли визит Джеку Кюлеру. Большинство из нас полагали, что он поблагодарит за проделанную работу, сделает вывод, что переход на процессор PowerPC будет слишком дорогим и отправит обратно заниматься созданием C-RISC. Но Кюлер ничего такого не сделал. Вместо этого он попросил нас ускорить работу и предоставил необходимые для этого ресурсы. Так, внезапно для нас, пришлось полностью изменить направление работ над Advanced Series как в области аппаратного, так и программного обеспечения.

В конце июля мы завершили реорганизацию лаборатории для работы над новой системой. Ответственность за разработку новой модели процессора, названной Muskie, была возложена на Рочестер. Этот многокристальный процессор был предназначен для коммерческих вычислений на очень больших компьютерах. Разработка младших моделей серии AS/400 была переведена в лабораторию IBM в Эндикот-те. Эта линия получила наименование Cobra, и ее процессоры должны были быть однокристальными и полностью 64-разрядными.

Как уже упоминалось, первоначально мы планировали только 64-разрядный режим процессора. В конце концов, AS/400 не использует 32-разрядный режим, да и никто более не собирался использовать ранние 32-разрядные процессоры, так что реализовывать эту архитектуру в полном объеме, как нам казалось, не имело смысла. Но примерно через год, когда стало ясно, что AS/400 необходимо поддерживать все прикладное программное обеспечение, написанное для процессоров PowerPC, это решение было изменено. Поскольку большая часть таких программ написана для 32-разрядных процессоров, то и нам пришлось включить во все свои процессоры 32-разрядное подмножество. Это также должно было обеспечить возможность использовать наши новые PowerPC на других системах IBM.

Одновременно активизировалась работа по переносу микрокода AS/400 на новые процессоры. Это была возможность ревизии внутренностей операционной системы AS/400, чего не делалось с момента разработки System/38. Поскольку мы собирались перекраивать самые основы, то было решено идти до конца и использовать новейшие объектно-ориентированные методологии программирования. Мы планировали получить самую современную операционную систему.

За организацию работ по переделке основ операционной системы отвечал Майк Томашек (Mike Tomashek). Майк знал, что у него нет ни людей, ни W опыта для того, чтобы уложиться в отведенные сроки. Любой здравомыслящий человек подтвердил бы, что это невозможно. Вместе с ключевыми раз-1 работчиками, такими как Билл Берг и Крис Джонс (Chris Jones) Майк разработал план. Им было нужно нанять сотни новых людей, обучить их объектно-ориентированным технологиям и переписать важнейшие части операционной системы AS/400 за короткие сроки. Майк не потратил много времени на раздумья и дебаты. Он просто объявил, что план сработает, и на полной скорости двинулся вперед.

В конце 1991 мы начали массовый найм программистов. В ряде крупнейших газет Америки стали появляться объявления о том, что в Рочестере требуются системные программисты с опытом работы на С++. Нам удалось быстро нанять несколько сотен новых программистов. Тогда многие обозреватели удивлялись, для чего нам это понадобилось, но теперь они знают.

Прежде чем перейти к более подробному рассмотрению архитектуры PowerPC, хочу напомнить о нашей «перечной» системе рейтинга. Оставшаяся часть этой главы — лишь для тех, кому нужны дополнительные подробности. Обратите внимание, что когда мы начнем обсуждение реализации процессора, материал станет еще «острее». Если «попробовав этой информации Вы найдете ее «чересчур», просто пролистайте книгу, пока не дойдете до тех разделов, где меньше специй.