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大象在跳舞!IBM大型主机二十年大变身

  【IT168 技术】IBM前董事长路易斯.郭士纳的自传——《谁说大象不会跳舞》,讲述了IBM成功战略转型的过程。原以为“身材巨重”的大型主机(Mainframe)会自成一脉,一直封闭在自己保守的世界中,不想今年IBM的这块业务也与时俱进,开始与RISC小型机、X86服务器实现集成与融合。如同上世纪九十年代郭士纳领导危机重重的IBM实现战略转型一般,今天的大型主机也开始了20年来最重大的一次变身。

一、主角登场:zEnterprise

IBM的员工正在安装zEnterprise大型机

  一、主角登场:zEnterprise

  谈到大型机,很多人会把它当成上世纪六七十年代的事物,因为在今天这样一个网络化、分布式计算、云计算流行的时代,很少有人会主动地关注大型机,甚至市场上有很多唱衰大型机的声音。不过,大型机并没有消失,凭借极高的可靠性、可用性、安全性等特色,大型机仍然活跃在银行、保险、航空以及500强大企业的后台数据中心里,运行着各领域最关键、最核心的那一块业务,据称全球企业和政府超过80%的数据都存储在大型主机上面,全球财富1000强企业中95%左右都在使用IBM的信息管理系统(IMS)对最关键的核心数据进行管理。

  IBM的大型机有着非常悠久的历史,迄今已经走了46年,先后演变了四代,如1964年的System/360、1990年的System/390、2000年的eServer z900以及下面将要介绍的2010年推出的zEnterprise。IBM在这一领域鲜有对手,有着很强的竞争优势和市场份额,据IDC统计,2010年全球服务器市场销售收入将达到490亿美元,其中大型机出货量虽然只占0.02%,但收入却将达到45亿美元,占9.18%。在大型机市场,IBM今年的收入预计会达到33亿美元,占到近四分之三的市场。

  7月下旬,IBM正式发布了其最新一代的大型主机zEnterprise。zEnterprise System由三大部分组成:IBM zEnterprise 196 (z196)大型机、IBM zEnterprise BladeCenter Extension (zBX)刀片扩展机柜和IBM zEnterprise Unified Resource Manager (Unified Resource Manager,zManager)管理固件,zManager能够管理跨越System z、特定的POWER7和System x服务器上运行的工作负载,实现资源的统一管理。

一、主角登场:zEnterprise

zEnterprise System由三大部分组成

  据IBM宣称,zEnterprise系统耗时3年研发,花费15亿美元、横跨三大洲,由5000多位IBM员工24小时不间断工作了共3100万小时开发而成。这个用3年时间加15亿美元换来的成果标志着20年来IBM大型主机最重大的设计变革,并且在数据中心内将大型主机强大的可靠性和安全性特点扩展到额外的系统上。

一、主角登场:zEnterprise

IBM历代大型机关键技术创新历程

一、主角登场:zEnterprise

IBM历代大型机在CPU处理能力、内存容量、I/O带宽等方面的平衡性“扩张”

  下面我将带你一起来揭开IBM最新一代大型主机的神秘面纱!需要说明的是,对于大型机,笔者水平有限,了解不多,本文参考了N多中英文资料而成,可能会存在一些理解上的谬误,还请大家指点。如果你对IBM新一代大型机感兴趣,不妨下载长达428页的《IBM zEnterprise System技术指南》和38页的《IBM zEnterprise System: 面向今日异构业务应用的智能架构》红皮书去细细研磨,你也可以访问IBM System z官方网站,或者去ChinaUnix技术社区的AIX和AS400专区发起讨论。

  二、为什么改变:与时俱进

  首先我们有必要看看大型主机与分布式服务器这对“老冤家”的主要区别:

  分布式计算初期购置成本低,经常一个服务器上跑单一应用或数据库,资源利用率低,能耗和占地空间大,但非常流行,相应的技术人才一抓一大把;而大型机的集成度非常高,持续利用率可以接近100%,虚拟化和负载管理的技术更加成熟,更安全,能耗和占地空间都较小,但售价也很昂贵,且懂大型机的专门技术管理人才也比较缺乏,为此,IBM正在跟重点高校合作培育大机人才,如下图所示:

二、为什么改变:与时俱进

  当然,世界上没有一种完美的技术可以解决所有的问题。在过去十年中,通用网络、标准化软硬件大行其道,导致今天的工作负载环境发生根本性变化,许许多多的应用——数据库、交易处理、智能分析、WEB互动、企业业务等,包括关键核心应用,大多部署在异构的环境中——有些应用跑在大型机上,有些应用跑在UNIX服务器和X86分布式平台上。正是随着多层应用架构以及在异构基础环境中进行部署的方式越来越普遍,System z在设计上也开始朝融合方向转变。

二、为什么改变:与时俱进

  图示:多种多样的负载与多种多样的后台服务器如何匹配?IBM期待带有zBX刀片扩展机柜的zEnterprise新一代大型机,加上Tivoli、Systems Director和Unified Resource Manager管理套件,可以让问题得到“完美”解决。

二、为什么改变:与时俱进

  图示:为满足多层应用的不同计算需求,常常会导致虚拟资源孤岛,IBM zEnterprise充分应对多方面挑战。

  IBM认为,虽然异构应用越来越普遍,但要想在利用大量分布式组件的同时,还维持系统高级别的服务质量,特别是针对关键核心应用来说,却并非易事,需要厂商付出极大的努力和技术积累。这意味着需要有额外的软硬件来确保可用性、安全、监控和管理,同时也需要有额外的人力来配置、管理、维护、调优这样一个复杂多样的系统。

二、为什么改变:与时俱进

  图示:由于IBM zEnterprise整合了大型机、UNIX、X86三大平台,支持z/OS、AIX、Linux等操作系统,因此应用层无须特别改动。

二、为什么改变:与时俱进

System z可以帮助减少长期运行成本

  z196大型机、zBX刀片机柜和Unified Resource Manager管理固件一起构成zEnterprise系统的一个节点,使得每个zEnterprise节点成为多个高度虚拟化的异构系统的集合,但从管理的角度看是一个单一的逻辑系统,上面可以部署多种工作负载。

  IBM表示,System z除了帮助客户降低长期运行成本之外,还可以用来构建更智能的系统,简化数据中心管理,在扩展基础架构时不会增加复杂性,推动业务创新和成长。zEnterprise作为一种“系统的系统”,通过多平台整合、管理整合、软件整合来应对多架构数据中心和未来私有云建设面临的诸多挑战。

二、为什么改变:与时俱进

  图示:zEnterprise的价值主要体现在帮助CIO应对包括商业智能分析、虚拟化、风险管理和适应性以及应用融合几个方面的挑战。

  三、zEnterprise的构成

  每套zEnterprise最多可包含8个节点(Node),在很多人印象中,节点可能是指服务器集群中的某一台计算机。

  不过,这里提到的“节点”的概念显然要大得多,zEnterprise的每个节点其实是一个更大的完整系统,由最新一代的大型机z196与通用刀片服务器扩展机柜zBX构成的“异构”系统。

  zBX中用的刀片可以是基于IBM POWER7处理器的传统UNIX小型机服务器,也可以是基于英特尔处理器的X86服务器。无论是大型机、小型机还是X86服务器,这三类机器的资源都通过IBM的“Unified Resource Mangaer”(zManager)进行统一管理起来。最大规模的zEnterprise可以包括8个z196服务器和896个刀片服务器,如下图所示:

三、zEnterprise的构成

  下面这张图显示的就是一个完整的zEnterprise系统节点,由1套z196和四个zBX刀片机柜构成。

三、zEnterprise的构成

  下图中IBM 纽约Plattekill 的员工Einar Norman (左侧)和纽约Rosendale的员工 (右侧)Richard Lane在IBM纽约Poughkeepsie的工厂装运IBM全新zEnterprise系统。2010年,IBM在Poughkeepsie的工厂新增加了一个56000平方英尺、价值3000万美元的全新厂房,用于这个全新系统的生产。

三、zEnterprise的构成

  下图中IBM纽约Johnson City的员工Larry Terpak(前者)和Poughkeepsie的 员工Chris Wallner (后者)在检查即将安装到全新IBM zEnterprise System的外壳。

三、zEnterprise的构成

  下图中IBM纽约Poughkeepsie的员工James Geuke(主机上)和纽约Johnson Cit的员工Larry Terpak(主机旁)在安装全新IBM zEnterprise System的外壳。

三、zEnterprise的构成

  四、z196大型机

  通过上面的介绍,我们对zEnterprise到底长成什么样子有了基本的认识,下面会带你更加深入zEnterprise,分别了解一下z196大型机、zBX刀片机柜和管理这一切的“灵魂”——zManager统一资源管理器。

  首先我们来揭开z196的面纱,看看里面的结构:

四、z196大型机

  zEnterprise 196是系统的核心部分,采用5.2GHz超标量处理器,最多有96个核,3TB RAIM内存,超过100条新指令,跟前一代System z10相比,容量多60%,成本少35%,Linux应用性能提高60%,z/OS应用性能提高40%。

  z196是一款平衡设计的通用型服务器,可以同时适应计算密集型和I/O密集型工作负载。使用的是42U的EIA标准机柜,由Frame A(下图右侧,侧重计算)和Frame Z(下图左侧,侧重I/O)两个机柜组成。

  Frame A里面主要有计算模块、I/O模块、散热模块和电源模块。值得注意的是,这里的计算模块称作“book”,如下图右上角,最多可以竖插4个“book”,每个book里面有处理器、内存等。左侧的Frame Z最多可以集成2个I/O抽屉和2个I/O笼子。

四、z196大型机

使用风冷散热

四、z196大型机

使用水冷散热

  “book”的概念

  刚才也已经提到了,z196里的计算模块使用了“book”的概念,每个z196中可以装1-4个book。那book里面又是什么样子的呢?如下图所示:

“book”的概念

绿框中竖插的4个模块象不象4本“书”?

“book”的概念

book的实物结构示意图

  可见,每个book其实就是一个不带存储的简化版计算系统,里面有一个装有处理器的MCM(多芯片模块,Multi-Chip Module),有30个内存DIMM,有散热风扇,有电源。MCM中装有全新设计的处理器芯片(IBM称作处理器单元,processor unit,下面简称PU)、存储控制芯片(即L4缓存)和I/O连接器。book的逻辑结构图如下所示:

“book”的概念

图示:内存通过3个内存控制单元(MCU)与MCM互连;GX0-GX7是连接HCA(InfiniBand Host Channel Adapter)的I/O总线接口,单向最大速率为10GB/s,支持PCI-E;处理器辅助接口(PSI)用于连接做系统控制用的FSP(Flexible Service Processor)卡;Book之间通过FBC(Fabric book connectivity)专用连接实现点对点互连。

  大型机的处理器

  我们接下来打开MCM这个非常有IBM特色的“心脏”。

大型机的处理器

  z196中用到的是当今世界上单线程性能最快的微处理器——主频高达5.2GHz。上图是IBM Poughkeepsie 的技术人员Asia Dent正在测试两个多芯片模块(MCM),它们将分别驱动IBM 全新zEnterprise系统。

  每个MCM中最多有6颗4核芯设计的微处理器芯片(PU),也就是上面提到的处理器单元。另外,MCM中还有两个SC(存储控制)芯片,构成由6个PU共享的192MB L4级缓存,每一个模块每秒可执行500亿条指令,其结构如下图所示。依据型号不同,每台z196中最多有20个或24个PU。

大型机的处理器

  下面我们看看PU里的结构布局,如下图所示:

大型机的处理器

  每个PU中有14亿晶体管,有4个内核及L1、L2和L3缓存,每个核中有6个类RISC的执行单元:2个整数单元、2个加载/存储单元、1个二进制浮点单元和1个十进制浮点单元,其内部结构如下图所示:

大型机的处理器

内核结构示意图

  可见,PU(处理器单元,processor unit)即是我们通常理解的处理器。据了解,z196所使用的PU的特点在于,使用45纳米工艺,采用超标量体系统结构(superscalar)和乱序指令执行(out-of-order instruction execution)设计,能够获得比其他类型服务器更高的可用性和性能。

  为了帮助大家更好地理解,我们介绍一下标量与超标量、顺序指令执行与乱序指令执行的区别。

  标量(scalar)处理器每次只执行一条指令,而超标量(superscalar)处理器每个周期可以同步执行多条指令,其原理是通过在微处理器上增加额外的资源,创建多条管道(pipeline),每条管道执行自己的指令集,以此来实现并行化。不过,这样一来也增加了处理器的复杂性,因为一条管道上的操作可能要依赖于另一条管道上的数据,因此在设计时需要仔细考虑,在一个长管道环境中,指令如何排序才能成功操作。在z196中,每个时钟周期最多可以有3条指令被解码,最多有5条指令/运算可以被执行。

处理器的超标量与乱序执行

  上图左边显示的是in-order core execution(顺序执行模式),由于L1缓存数据丢失,导致指令2执行起来存在较大的延迟,下一个指令也得等到指令2结束才能进行。而如果使用out-of-order core execution(乱序执行模式),如图右边显示,如果指令4和指令2之间不存在相互依赖的关系,在指令2等待数据的同时,指令4已经开始了存储访问和执行过程。可见,这种乱序指令执行的方式效率明显更高。

  下面我们再来看看处理器的功能。跟一般的处理器不同,z196中PU的功能是可以自定义的。

  在每块MCM中,一些PU可以用来专门执行某些应用,比如一些通用型PU运行操作系统(如z/OS, z/VM, Linux on System z);有些PU经过优化,用来跑特定的负载(如Java, XML服务, IPSec, 某些DB2负载)或功能(如Coupling Facility Control Code);有些PU被系统定义为标准的系统辅助处理器(system assist processor,SAP),用来跑I/O处理。另外至少有两个备用PU,用来接替某一个出错失效的PU的工作。对于z196的不同型号来说,PU总数、用作SAP的PU数、最少备用PU数以及可以定制功能的PU数量都有所不同,如下表所示:

处理器PU功能可定义

  下面我们具体看一下PU的功能类别:

  CP:中央处理器(central processor),一种可以使用全部z/Architecture指令集的PU,可以运行基于z/Architecture的操作系统(z/OS, z/VM, TPF, z/TPF, z/VSE, Linux)和Coupling Facility Control Code (CFCC)。

  IFL:integrated facility for Linux,一种可以用来运行Linux或者在z/VM操作系统中运行Linux 客操作系统的PU。

  ICF:internal coupling facility,一种用来运行面向并行sysplex环境的coupling facility control code (CFCC)的PU。

  zAAP:System z application assist processor,一种用来运行z/OS Java或z/OS XML系统服务负载的PU,可以减少这些负载对CP的需求,为其他应用释放资源,如下图:

处理器PU功能可定义 

处理器PU功能可定义

在新一代机器上,WebSphere应用性能提高了1.93倍

  zIIP:System z integrated information processor,可以用来处理一部分DB2数据库的工作负载,释放一些计算机资源,降低软件成本,也可以被z/OS communications server用来处理互联网协议安全(internet protocol security,IPSec)在网络加密方面的负载。

  SAP:system assist processor,是一种可以用来运行通道子系统licensed internal code (LIC)以控制I/O操作的PU。

  4级缓存结构

  处理器再快,如果数据供应不上,也只能干着急,这样缓存系统就变成非常关键了。

  跟上一代的z10 EC大型机相比,z196增加了一级共享缓存L4,缓存容量也更大。新的缓存结构设计能够让数据更“接近”处理器,从而改善系统针对多种生产应用负载的性能。

4级缓存结构

比前一代产品显著增大的缓存——每核1.5MB L2缓存,每处理器24MB L3缓存,使得更多的数据可以“接近”处理器,从而提高处理速度,这对于商业分析类应用特别关键。

  z196的四级缓存结构如下图所示:

4级缓存结构

  每个核有自己的192KB L1缓存,分为128KB数据缓存和64KB指令缓存。每核还有自己的1.5MB L2缓存。L3缓存共有24MB大小,也是装在PU芯片上,被四个核共享。L4缓存则装在MCM上的两块SC(storage control,存储控制)芯片上,每块SC芯片有96MB,共192MB,被MCM上的所有PU共享。L2和L3缓存做在PU芯片上,用来减少处理器与L4级大共享缓存之间的延迟。L1和L2均采用store-through设计,即改变的数据同时也会存储在上一级缓存中,而L3和L4则采用store-in设计。

  值得一提的是,SC芯片包括4个24MB eDRAM,虽然此前eDRAM被认为因为速度慢难以担当重任,但IBM已经在这一块取得了技术突破,而且,使用eDRAM可以实现更高的密度、更低能耗、更少软错误以及更好的性能。

4级缓存结构

  内存子系统

  如前所述,z196内存子系统的设计重点是要让数据尽可能“接近”处理器单元(PU),因此采用了全新的芯片级共享缓存(L3)和更大容量的book级共享缓存(L4)。在L4之上则是主内存子系统。

内存子系统

  z196最大物理内存容量与其安装的book数直接相关。每个book最多可以安装960GB物理内存,这样4个book最大总内存达3840GB(3.75TB)。由于部分物理内存可以用来做类似于磁盘RAID的功能,即Redundant array of independent memory (RAIM),所以每个book最大可用内存为768GB,系统总内存为3072GB(3TB)。另外,又由于Hardware system area (HSA)还需要固定的、独立管理的16GB内存,所以在只有一个book的系统中,用户实际可用的最大内存为752GB,在有4个book的系统中,可用最大内存为3056GB。因此,用户最大可用内存=物理安装内存量-RAIM使用内存量-HSA使用内存量,如下图所示:

内存子系统

  值得一提的是,z196所使用的RAIM功能,可以侦测到DRAM、CPU插座、内存通道和DIMM失效的错误,并从中恢复,从而确保当内存错误出现时可以被快速纠正,如下图:

内存子系统

  散热:风冷或水冷

  z196有两种散热方式:标配空调散热系统,当然你也可以定制水冷系统。值得注意的是,如果你要选用水冷,需要事先做好如下准备:

  一是进水温度要控制在6-16摄氏度,使用标准的建筑物冷冻水即可,一般不需要另外建设供水系统;

  二是水流量保持在每分钟3.7–79.4公升,这要取决于进水温度和系统节点数量,进水温度降低水流速度也可以降低,使用的节点数据减少水流速度也可以减少;

  三是最小的水压要保持在0.34–2.32BAR,这取决于要求的最小水流速。

散热:风冷或水冷

上图显示水冷模块

  下图中IBM工程师Don Gunvalsen 将全新的IBM zEnterprise大型主机装载到位于纽约Poughkeepsie 试验室内对系统在极端变化的温度中的表现进行测试。

散热:风冷或水冷

  配置:5种型号

  综上所述,z196的硬件特点有:5.2GHz的超高主频、4级高速大缓存、3TB的海量内存、超标量处理器设计、无序核指令执行,还有灵活的配置选项。

  z196可以提供5种型号配置——M15、M32、M49、M66和M80,满足从1个处理器到96个处理器(PU)的扩展。这几种型号的基本配置选项如下表所示:

配置:5种型号

  任何一种z196型号可以升级为另一种,升级过程需要中断机器运行。任何一种z9 EC或z10 EC也可以升级到任何一种z196型号。

配置:5种型号

  跟上一代产品相比,z196 Model M80的设计性能是z10EC Model E64的1.6倍左右。单一处理器的性能也大幅提高,比如一个z196 Model 701的性能是z10 EC Model 701的1.35-1.5倍。当然,实际环境中,根据工作负载的不同,性能提升的幅度也会有变化。可用内存容量也要多出2倍,z196支持的容量可以从32GB到最多3056GB,每个book可达768GB。

配置:5种型号

z9 EC、z10 EC、z196三代机器的性能区隔比较

  支持的操作系统与软件

  在软件方面,z196可以支持多种操作系统与ISV开发的应用。其主要支持的操作系统即包括z/OS、z/VM、z/VSE、z/TPF这些传统大型机操作系统,也有适用于System z的Linux版本,如Novell SUSE、Red Hat的RHEL。zEnterprise 196支持多种中间件和ISV软件,借助IBM WebSphere软件,可以支持SOA、WEB服务、J2EE、Linux和其他开放标准应用。

支持的操作系统与软件

zEnterprise支持多种操作系统及应用整合

支持的操作系统与软件

最新版本的z/OS大型机专用操作系统

支持的操作系统与软件

Linux on zEnterprise方便更大规模应用整合

支持的操作系统与软件

面向数据库应用的智能分析优化器

支持的操作系统与软件

在zEnterprise Systems上实现多平台软件开发与部署

  五、zBX刀片扩展

  在了解了z196大型主机之后,我们再来看看zEnterprise系统的第二个关键组成部分:zBX刀片服务器扩展机柜。借此,新的大型主机成为第一个能够管理运行在IBM x86和Unix系统上成千上万种工作负载的系统,使数据中心得以被集中控制,管理起来更加简化。

五、zBX刀片扩展

  zEnterprise对异构平台的整合是基于IBM BladeCenter技术之上的。zBX刀片可以用来承载集成的多平台系统与异构工作负载,并带有高级虚拟化管理功能。

五、zBX刀片扩展

  zBX最多有四个机柜,如上图所示,机柜B是主机柜,其中有1-2个BladeCenter机箱和4个top of rack (TOR)交换机,另外三个机柜C、D、E是扩展机柜,各带有1-2个BladeCenter机箱。由于每个BladeCenter个刀箱中最多可容纳14块POWER7或System x刀片,如果4个机柜都装有两个刀箱,即每个zEnterprise系统节点总共可以有112个刀片;如果扩展到8个节点、最大规模的zEnterprise,即可以总共装896个刀片。

五、zBX刀片扩展

  下图IBM纽约Marlboro的工程师Joseph Corrado正在将一个新的x86刀片服务器安装到IBM全新 zEnterprise系统的一个测试单元里。

五、zBX刀片扩展

  “将大型机和刀片服务器整合起来”是zEnterprise最大的变革之一,其价值主要体现在三个方面:

  首先,降低数据中心管理复杂性,提高系统性能和效率。根据对1541名CEO、总经理的调查,“复杂性”已经成为当前管理者面临的头号难题。通过将大型机与刀片服务器进行整合,zEnterprise可以简化数据中心的管理,因为提供了单一的管理界面,单一的虚拟化和负载管理平台,安全治理策略也得到统一,使得需要人直接去“接触”系统的工作减少了52%,同时使用专门负载优化器还能大大提高数据处理性能。据称,一个由z系列大型机和刀片服务器混搭的系统,可以支持多达10万个虚拟机。

  其次,实现了集中式计算和分布式计算两种模式的融合。如果说大型机代表的是“集中计算模式”(Scale-up),而刀片服务器代表的是“分布式计算模式”(Scale-out),那zEnterprise这次是把这两种计算模式进行了整合,让它们为相同的目标工作,工作负载根据需要分配到最合适的系统上去运行,同时借助先进的虚拟化、负载管理和安全风险管理技术,让IT管理员得以转移工作重心——不再每天维护那些物理和虚拟的系统,而是更多参与到业务创新工作中去。

  第三,实现了IT与业务的融合,zEnterprise为业务创新释放了一些资源,同时更强调服务管理,更加强调提高业务流程的效率。

  六、统一资源管理

  在把大型机、RISC小型机、X86服务器的资源整合在一起之后,如何保证资源的统一协调管理呢?这就得依靠IBM的Unified Resource Manager(统一资源管理器,zManager)。

  zManager可以用来实现端到端的虚拟化和管理,同时根据具体工作负载要求来优化多平台部署。通过zManager管理套件,zEnterprise系统从管理的角度可以被视为一个完整的平台,一个单一的资源池,跨越多个系统、多层和多种架构环境,将系统和工作负载进行整合管理,如下图所示:

六、统一资源管理

  zManager最多可以控制8个zEnterprise系统节点,这里每个节点如前所述,包括一个z196机柜加上附加的zBX刀片扩展柜,每个zBX最多可支持4个Blade Center机柜,每个机柜可容纳2台BladeCenter刀箱,每个刀箱里最多支持14块刀片,如下图所示。

六、统一资源管理

  zManager可以实现的功能包括:运行控制、虚拟服务器配置和管理、虚拟网络管理、Hypervisor管理、存储虚拟化管理、能耗控制、系统运行状态监控、负载性能监控与报告等。

六、统一资源管理

zManager从六个视角对系统进行统一管理

  显然,虚拟化是整个管理架构中最基本的一环,其中用到的虚拟化技术,包括:逻辑分区实现60个独立的逻辑服务器,z/VM可以虚拟几百到几千个独立运行的虚拟机服务器,HiperSockets可以在一个服务器内的逻辑分区之间实现虚拟LAN,从而可以通过让多个逻辑服务器和虚拟服务器共享物理资源,来最大化提高系统利用率和效率。

  七、应用举例

  在应用上,这种集成了三种架构的系统又带来什么不同呢?

  IBM表示,在大型机系统中引入zBX刀片服务器扩展模块,意味着许多新的工作负载也可能运行在zEnterprise之上,比如典型三层架构的WEB应用,专用负载优化(IBM Smart Analytics Optimizer (ISAO),如zBX中一部分刀片服务器专门用来充当DB2 for z/OS的优化器,在高性能计算网格中也可有类似部署),以及虚拟化和服务器整合应用。

七、应用举例

zEnterprise支持多种行业应用

七、应用举例

zEnterprise在商业智能分析中的部署逻辑结构

  下面我们就以WEB应用为例,看看新的架构是如何应用并带来好处的:

  众所周知,world Wide Web是一种典型的三层架构web应用。通常意义上,有一个http服务器用来向网友呈现WEB网页,并接受网友的输入请求。http服务器识别网友请求的应用功能,并将请求传给下一层,即应用服务器。应用服务器在收到请求后,选择合适的业务逻辑,开始处理这个请求。当应用服务器需要检索数据来满足用户请求时,或者当它需要存储用户提供的信息时,就会调用下一层的数据库服务器。数据库服务器负责维护应用所需的组织好的数据结构,并根据应用服务器的请求,激活必要的存储磁盘来调取或存储数据。其拓扑结构具体如下图所示:

七、应用举例

  传统上,http服务器需要有防火墙来保护用户网络免受来自公共互联网的各种入侵,http服务器很可能是部署在集群服务器上,以保证访问量增大时有足够的系统性能资源,同时也提高可用性。http服务器然后通过防火墙与后面的应用服务器进行沟通。应用服务器也可能是采用集群方式部署,再与后台的数据库服务器进行沟通,数据流有可能被加密或者是中间再通过一层防火墙,这些当然依据企业或政府各自对数据安全性的要求而定。

  这一架构如果使用zEnterprise来部署,会变成什么样子的呢?如下图所示:

七、应用举例

  比如,http服务器可以经过虚拟化并被部署在zBX的几个刀片服务器上。外部互联网通信可以通过一个IEDN(intraensemble data network)中的VLAN进行隔离开,其他虚拟服务器不允许访问。VLAN隔离与物理隔离一样安全。因此,内部网通信可以直接指向应用服务器集群,这个集群也是部署在zBX刀片上,通过VLAN进行隔离。最后,应用服务器与数据库服务器的通信,后者可能是一个在zEnterprise 196上运行的DB2 for z/OS,也是在IEDN中。因为IEDN在zEnterprise中是进行专门管理的,服务器间没有物理连接,因此应用服务器和数据库的通信可能不再需要防火墙或加密保护措施。

  这种应用部署可能会带来以下好处:10 GbE IEDN带来高速和高带宽;服务器间减少网络“hops”次数;通过IEDN和VLAN可以减少外部路由器、交换机与防火墙等设备数量;由于消除了加密解密的性能损耗,可以改善响应时间;可以对根据工作负载变化进行资源需求的动态监控和管理。

  IBM当然希望有更多的行业应用可以采用这种新的模式,如零售企业在z196大型机上跑DB2 for z/OS数据库,在POWER7刀片服务器上跑SAP应用服务器,在x86刀片服务器上跑SAP Business Warehouse Accelerator;银行在z196上跑IMS、CICS、DB2等核业务,在POWER7刀片上跑AIX for WebSphere,在X86刀片上跑Linux……

  八、小结

  总之,用户在评估一个异构环境时,需要考虑几个方面的问题:如何让不同业务负载跑在最合适的系统上面,并保证高质量服务水准?管理环境如何集成、统一?如何实现跨平台的虚拟化,且能够帮助管理员将重心放到负载管理和业务创新上面来?如何管理风险,确保系统架构的持续安全?如何掌控能源使用情况,并采取相应的管理举措?如何实现万兆以太网、Infiniband、专用网络等网络的集成,减少路由器和防火墙等网络设备?如何对某些核心负载进行优化,尽可能提高处理性能?......

八、小结

  新一代的IBM zEnterprise系统不仅在可扩展性、性能、容量、能效等方面有所提升——与z10相同的能耗却换来了60%的更大容量,5.2GHz高主频CPU和80-way扩展架构、新型四级大缓存结构使传统z/OS负载性能提高40%,编译器改进则使得CPU密集型负载性能可提高30%,内存容量翻倍更适合商业分析与决策支持应用,专门工作负载优化器使复杂数据库查询性能可以提高5-10倍,浮点计算性能和单线程性能也更强;而且更重要的是,zEnterprise给CIO们带来了一种新的管理视角:让前端应用与后端系统资源实现自动优化匹配,简化系统复杂性和数据中心管理成本,让IT人员有更多的时间和精力去为业务做创新。

      谁说大象不能跳舞?新时代下,即便“身材巨重”的大型主机也已经变换身段,翩翩起舞.....

  附:IBM大型主机发展历史

  大型机(Mainframe)这个词,最初是指装在非常大的带框的铁盒子里的大型计算机系统,大型机至今已经走过了40多年的风雨里程,有过辉煌,也有过低谷。1964年4月7日,诞生了第一台IBM大型机(SYSTEM/360,简称S/360)。这项投资50亿美元的投资,被证实是一项启动创新商业运作的历史性变革。

  1964年

  S/360诞生。S/360以取一圈360度之意,即为满足每个用户的需要而设计。它可以让低端电脑连接大型主机,下传和下载程序或资料,将电子数据处理的“松散终端”连接起来。堪称是现代e化的开宗祖师。

  1968年

  System/360 85型引入了高速缓存存储器,使得可以比以前快12倍的速度提供高优先级的数据,并且为今天很多的计算技术中可见的同一种高速缓存存储器打下了基础。

  1972年

  IBM 公布了VM虚拟化。今天,zVM帮助创建敏捷的主机,能够迅速有效地利用资源来响应动态需求。

  1976年

  System/370 上的SAS软件帮助创造了新的竞争优势:商业智能。这一创新将原始数据 转换成为可操作的智能,它能够帮助组织发 展获利性更好的客户关系和供应商关系,并实现了更好、更准确的决策。

  1988年

  IBM客户开始超越决策支持系统(DSS)来部署 DB2,将它部署到核心交易处理中,推动了CPU成本的降低和在并发性上的显著改进。

  1988年

  IBM引入了 Enterprise System/3090 600S 型。它是业界最强大的通用处理器,为客户提供了额外的 56% 处理能力并引导了新的10型号S系列高级大型计算机,这些计算机利用 IBM 的企业系统体系结构/370、多虚拟系统/ESA 和虚拟机/扩展体系结构操作系统和数据管理软件。

  1994年

  IBM公布了System/390并行系统综合体产品,它包括了耦合器、S/390并行事务服务器、高速耦合链路以及软件功能增强。并行系统综合体设计用于提供应用的持续可用性、减少或消除计划的应用程序,并且能够扩展到实际上不受限的容量。

  1995年

  互补金属氧化物半导体(CMOS)所支持的处理器引入到了主机环境,为现代主机技术设定了新的路径图。CMOS芯片需要的电力比只使用一种类型晶体管的芯片要少。

  1998年

  IBM引入了System/390 第5代服务器。Turbo型号突破了1000个MIPS的障碍,使它成为世界上最强大的主机之一。

  1999年

  IBM引入了System/390 第6代服务器。它是第一个使用IBM创新的铜芯片技术的企业服务器2000年IBM公布了IBM eServer z系列900,它是从头构建的第一个以电子商务作为其主要功能的IBM主机。z系列主机构建用于处理不可预测的电子商务需求,使得数千个服务器能够在同一个机箱中运作。IBM还向 z/OS引入了新的64位操作系统。

  2003年

  IBM公布了eServer z系列990,它是世界上最复杂的服务器、eServer系列的新旗舰产品。它为动态地平衡关键应用提供了均衡的、高度安全的平台,并且是投入了4年时间和超过10亿美元所得到的成果。运行z/OS 1.4的z990上的每秒SSL交易量增加到11000。

  2004年

  IBM公布了新的 IBM eServer z系列890。eServer z890有一些新的选择方案,用于帮助更好地管理软件成本和设计用于提供简化、响应能力更好的基础架构的创新技术。z890 保留了 System/360 包容每一位用户的每种需求这一传统,并为中型企业提供了64年4月7日,诞生了第一台IBM大型机(SYSTEM/360,简称S/360)。这项投资50亿美元的投资,被证实是一项启动创新商业运作的历史性变革。

  1964年

  S/360诞生。S/360以取一圈360度之意,即为满足每个用户的需要而设计。它可以让低端电脑连接大型主机,下传和下载程序或资料,将电子数据处理的“松散终端”连接起来。堪称是现代e化的开宗祖师。

  1968年

  System/360 85型引入了高速缓存存储器,使得可以比以前快12倍的速度提供高优先级的数据,并且为今天很多的计算技术中可见的同一种高速缓存存储器打下了基础。

  1972年

  IBM 公布了VM虚拟化。今天,zVM帮助创建敏捷的主机,能够迅速有效地利用资源来响应动态需求。

  1976年

  System/370 上的SAS软件帮助创造了新的竞争优势:商业智能。这一创新将原始数据 转换成为可操作的智能,它能够帮助组织发 展获利性更好的客户关系和供应商关系,并实现了更好、更准确的决策。

  1988年

  IBM客户开始超越决策支持系统(DSS)来部署 DB2,将它部署到核心交易处理中,推动了CPU成本的降低和在并发性上的显著改进。

  1988年

  IBM引入了 Enterprise System/3090 600S 型。它是业界最强大的通用处理器,为客户提供了额外的 56% 处理能力并引导了新的10型号S系列高级大型计算机,这些计算机利用 IBM 的企业系统体系结构/370、多虚拟系统/ESA 和虚拟机/扩展体系结构操作系统和数据管理软件。

  1994年

  IBM公布了System/390并行系统综合体产品,它包括了耦合器、S/390并行事务服务器、高速耦合链路以及软件功能增强。并行系统综合体设计用于提供应用的持续可用性、减少或消除计划的应用程序,并且能够扩展到实际上不受限的容量。

  1995年

  互补金属氧化物半导体(CMOS)所支持的处理器引入到了主机环境,为现代主机技术设定了新的路径图。CMOS芯片需要的电力比只使用一种类型晶体管的芯片要少。

  1998年

  IBM引入了System/390 第5代服务器。Turbo型号突破了1000个MIPS的障碍,使它成为世界上最强大的主机之一。

  1999年

  IBM引入了System/390 第6代服务器。它是第一个使用IBM创新的铜芯片技术的企业服务器2000年IBM公布了IBM eServer z系列900,它是从头构建的第一个以电子商务作为其主要功能的IBM主机。z系列主机构建用于处理不可预测的电子商务需求,使得数千个服务器能够在同一个机箱中运作。IBM还向 z/OS引入了新的64位操作系统。

  2003年

  IBM公布了eServer z系列990,它是世界上最复杂的服务器、eServer系列的新旗舰产品。它为动态地平衡关键应用提供了均衡的、高度安全的平台,并且是投入了4年时间和超过10亿美元所得到的成果。运行z/OS 1.4的z990上的每秒SSL交易量增加到11000。

  2004年

  IBM公布了新的 IBM eServer z系列890。eServer z890有一些新的选择方案,用于帮助更好地管理软件成本和设计用于提供简化、响应能力更好的基础架构的创新技术。z890保留了System/360 包容每一位用户的每种需求这一传统,并为中型企业提供了细化的颗粒度、先进的技术和应用程序灵活性等优势。

  2006年

  IBM向全球正式推出专门针对中端用户、具有突破意义的IBM System z9 Business Class大型主机。此外,IBM还宣布增加System z9 Enterprise Class(IBM System z9 109)服务器新功能,以强化系统的业务灵活性。

  2008年

  IBM宣布推出System z10大型主机以帮助客户创建一个全新企业级数据中心。凭借新的设计,System z10通过显著提升性能、降低用电与冷却成本,以及占地空间需求,从而大幅度提升数据中心的效率。同时,它提供了无与伦比的安全水平,并通过自动化管理和自动跟踪IT资源来响应不断变化的业务需求。

  IBM System z10企业级服务器(z10 EC 柜式)专业为企业级业务需求设计的世界一流的企业级服务器。z10 EC为企业发展和大规模整合,实现更高的IT安全性、弹性和可用性,以及降低IT风险提供了全新的性能和容量,同时引入了即时资源分配来响应不断变化的业务需求。

  2010年7月

  IBM宣布推出zEnterprise大型主机服务器和一个全新设计的系统,该系统能够允许大型主机、POWER7和System x 服务器上的工作负载共享资源,并作为一个单一的、虚拟的系统进行管理。全新的大型主机也是迄今为止最强大、且最具能源效率的大型主机。

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