Текст книги "Основы AS/400"

Автор книги: Фрэнк Солтис

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 41 страниц)

Зачем написана книга?

Никогда прежде IBM не освещала так глубоко и всесторонне историю проектирования и особенности архитектуры AS/400. Никогда не объяснялось, как этой замечательная система делает то, что она делает. Моя задача – снять с AS/400 завесу тайны, а также пролить некоторый свет на то, как система создавалась.

Вы, возможно, уже поняли, что я чувствую себя обязанным включить в книгу кое-какую историческую информацию. Несколько лет назад я неформально унаследовал пост историка Рочестера от Карла Гебхардта (Carl Gebhardt), занимавшего его изначально. Карл был бизнес-менеджером (business manager) наших ранних систем, а позже, в бытность Гарри Ташияна директором лаборатории, работал системным менеджером и System/34, и System/38. Карл отвечал за финансовый успех ранних систем Рочестера. Я работал у него в начале 80-х, когда Карл был нашим директором по стратегии (director of strategy). Долгие годы Карл был историографом Рочестера. Он часто так и представлялся (официально такого поста не было, но мы оба считали, что он должен быть). Если возникал вопрос о чем-нибудь, что произошло несколько лет назад, Карл в большинстве случаев знал на него ответ. Когда Карл оставил работу, мы обсуждали, кто должен занять этот почетный пост, и он сдал вахту мне.

Эта книга написана для тех, кто хочет узнать больше об AS/400. Это не спецификация для проектировщиков операционной системы, которым нужно гораздо больше деталей, чем здесь приведено; и не переделка рекламных материалов IBM. Она написана для пользователей, разработчиков приложений и студентов, которые хотят понять, как работает AS/400, чтобы достичь успеха в бизнесе, писать лучшие приложения или просто удовлетворить здоровое любопытство. Волшебство это или просто удачный проект? Возможно и то, и другое.

Хочу подчеркнуть: я излагаю в книге свою точку зрения. Я откровенный фанатик AS/400. Мои взгляды не обязательно совпадают с официальными позициями корпорации IBM. Надеюсь, чтение книги доставит Вам такое же удовольствие, как мне – ее создание.

Замечания ко второму изданию

Когда в 1994 году была объявлена Advanced Series, в Рочестере также выпустили первую версию новой операционной системы, которую назвали версией 3 V3R1 (Version 3 Release 1). Мы заявили, что собираемся изменить архитектуру процессоров на RISC, но системное ПО для обоих архитектур останется функционально эквивалентным, чтобы упростить переход под RISC. В 1995 году вместе с первыми RISC-моделями мы представили V3R6, которая должна была обеспечить функциональную совместимость с V3R1. В 1996 году появились расширенные версии обоих этих ПО: V3R2 и V3R7. Таким образом, Version 3 может рассматриваться как промежуточная операционная система на период перехода пользователей на новые RISC-модели.

Выход серии AS/400е в 1997 году вместе с OS/400 версии 4 (V4) был вехой, означающей конец периода перехода на RISC. Выпуски этой новой версии (V4R1, V4R2, V4R3 и т. д.) будут работать только RISC-моделях AS/400. Конкретно, OS/400 V4 работает на некоторых моделях Advanced Series (RISC-моделях) и на всех моделях серии AS/400e.

Если внешние интерфейсы RISC и не-RISC систем очень похожи, то этого нельзя сказать об их внутреннем устройстве. Некоторые внутренние компоненты одинаковы, другие же сильно отличаются. В этой книге, описывающей внутреннее устройство AS/400, невозможно полностью рассмотреть оба дизайна; для этого потребовалось бы две разные книги. Но вместо того, чтобы просто рассматривать только RISC-системы, я решил, там где это имеет смысл, также описать и некоторые подробности устройства не-RISC систем. Такое решение вызвано двумя причинами:

Понимание работы некоторых компонентов не-RISC систем поможет понять, почему мы решили перейти на RISC. Например, основным фактором, заставившим нас отказаться от оригинальной не-RISC архитектуры, была структура адресации. В главе 8 я рассмотрю как старую, так и новую систему, и постараюсь обосновать, почему изменения были необходимы.

Многие части не-RISC систем по-прежнему имеют значение: либо их компоненты будут перенесены в будущие проекты, либо переход на новый дизайн только начался. Примером последнего служит ввод-вывод, новая архитектура которого только начала создаваться (подробнее об этом – в главе 10).

Во всех случаях, я пытался ясно указать, где обсуждаются решения для RISC, а где нет. Теперь о содержании книги:

Глава 1 посвящена идеям, лежащим в основе расширенной архитектуры AS/400. Здесь также обсуждается интеграция и ее значение для заказчиков.

В главе 2 рассматривается самый низкий уровень системы AS/400 – архитектура процессора. В этой главе обсуждаются только RISC-процессоры (в том числе и то, как они появились).

В главе 3 дается описание внутреннего системного ПО AS/400, известного как System Licensed Internal Code (SLIC), и опять только RISC-систем.

Тема главы 4 – машинный интерфейс MI. MI практически одинаков и для RISC– или для не-RISC-систем, но я включил в свой рассказ описание дополнительных команд для RISC-систем.

Глава 5 посвящена объектам AS/400 и управлению ими. Все, что сказано здесь, применимо и к RISC-, и к не-RISC-системам.

В главе 6 описывается интегрированная реляционная база данных AS/400 и внутренняя структура системы.

Глава 7 посвящена защите от несанкционированного доступа, включая становящуюся все более важной защиту в сетях.

В главе 8 рассматривается одноуровневая память AS/400. Основное внимание уделено реализации для RISC-систем, но я включил в текст достаточно информации о варианте для не-RISC, чтобы обосновать необходимость произведенных изменений.

В главе 9 описана структура управления процессами AS/400. Большая часть сведений применима как к RISC-, так и к не-RISC-системам.

Глава 10 посвящена системе ввода-вывода. Вначале рассматривается существующий ввод-вывод для не-RISC систем, затем – изменения в структуре ввода-вывода, реализованные в серии AS/400е.

Глава 11 переходит от рассмотрения отдельных компонентов системы к расширениям версии 4, а также тем, которые могут появиться в ближайшем будущем. Значительная часть обсуждения версии 4 посвящена электронному бизнесу, так как он имеет наибольшее влияние на будущий дизайн AS/400.

Наконец, в главе 12 мы попробуем предугадать, что ожидает AS/400 в следующем столетии.

В дополнение к обсуждению каждого компонента и его взаимодействия с другими я объясняю, как эти компоненты были созданы, и чем они улучшают среду приложений. В конце концов, AS/400 предназначена именно для приложений и освоения с помощью новейших из них мира электронного бизнеса.

OS/400 версии 4 и аппаратура серии AS/400e – наш взгляд на то, как лучше использовать возможности интеграции AS/400 в электронном бизнесе. Под электронным бизнесом мы понимаем безопасный, гибкий и интегрированный подход, принятие решений с помощью комбинации систем и процессов, исполняющих базовые деловые функции. Простоту и доступность такого нового подхода к делу обеспечивают технологии Интернета и World Wide Web (WWW).

По началу использование серверов WWW в бизнесе обычно принимает форму помещения на Web-страницах собственной информации и обеспечения доступа сотрудников к информации других пользователей, использования электронной почты. В качестве такого сервера может использоваться практически любая вычислительная система. Однако когда компании по-настоящему переходят на электронную форму ведения бизнеса, когда они начинают использовать WWW для важнейших деловых операций, требования к надежности и целостности системы многократно возрастают.

Многие годы AS/400 – производительная, работоспособная, надежно защищенная система для традиционных и клиент-серверных приложений. Теперь мы даем своим заказчикам возможность применить эти ее замечательные свойства в мире электронного бизнеса.

Как читать эту книгу

Допускаю, что сам факт подобных рекомендаций может показаться читателю странным, но на то есть веские причины. Предполагаемая аудитория достаточно широка: от деловых людей, желающих понять, чем система или сервер AS/400е могут быть выгодны их бизнесу, до «спецов», которые хотят разобраться в мельчайших деталях. Я долго ломал голову, как «потрафить» и тем, и другим, намеревался даже разбить книгу на две части: обзор для обычных читателей и технические детали для «профи». Но как быть с теми, кому интересно все? Думал я и о том, чтобы снабдить книгу указателем, по которому и менеджер, и разработчик приложений, и студент, и любитель подробностей могли бы найти разделы, предназначенные специально для них. Но такая классификация слишком условна; всякий раз, когда я читаю какую-нибудь книгу в соответствии с подобным «путеводителем», мне самому трудно ориентироваться, какие разделы читать, а какие – пропустить.

Не знаю, чем закончились бы мои мучения, если бы не Малколм Хейнес (Malcolm Haines) из Лондона – одна из самых светлых голов в IBM. Малколма часто называют «министром пропаганды:» IBM UK, в его обязанности входит реклама IBM через видео-и коммерческие спутниковые телесети. Его компакт-диск «The Case Against the AS/ 400» – гениальный образчик британского юмора.

Именно Малколм посоветовал пометить наиболее трудные разделы – а там уж пусть читатель сам решит, читать их или нет. Еще он предложил использовать для обозначения степени сложности раздела перчик чили. Почему, это особая история. В прошлом году Малколм повел меня в англо-индийский ресторан Chutney Mary в Лондоне. Так вот, в меню этого уютного заведения картинки красного перчика чили обозначали остроту блюд – чем больше перчиков, тем острее. И Малколма осенило: почему бы не обозначить так же «остроту» технических разделов книги?!

Вот как выглядит в результате мой «гастрономический» рейтинг:

Отсутствие перчиков означает, что, с точки зрения технических подробностей, раздел довольно «пресный». Кое-что, конечно, есть, но любому читателю стоит добавить чуточку специй.

Один перчик – «техники» побольше. Это уровень, так сказать, массового читателя. Попробуйте, – а вдруг Вам придется по вкусу?

Два перца означают, что здесь определенно рассматриваются технические проблемы. И если для Вас это слишком, листайте до менее «острого» раздела.

Три чили – ау, любители острых блюд и ощущений! «Спецы» хищно улыбаются, утирая со лба пот. Не исключено, что при слишком внимательном чтении кто-нибудь почувствует запах жареного. Что тут посоветовать? На всякий случай держите под рукой стакан с водой или совсем пропустите подобный раздел.

Приятного аппетита!

Глава 1

Расширенная архитектура приложений

Выносливость любой компьютерной системы и ее способность сохранять инвестиции, – самые важные аргументы при выборе компьютера для производства или офиса. Ураган новых технологий, таких как Интернет, захлестнул деловой мир, заставил многих предпринимателей в корне изменить методы своей работы. Сегодня одна новейшая технология меняет другую с поразительной быстротой, постоянны только изменения. Насущным стало не только с выгодой использовать эти изменения для укрепления бизнеса, но и защититься от потерь, вызванных ими.

Общеизвестно, что у AS/400 прогрессивная, самая адаптируемая архитектура в мире, и что новые технологии не повлияют негативно на бизнес заказчиков этой системы. Да, это правда. Пользователям AS/400 не требуется «подгонять» свои прикладные программы под новые технологии. Однако, зачастую сами клиенты не понимают (или не хотят понимать) как работает система. Работает – и ладно!

Недавно архитектура AS/400 снова оказалась в центре внимания. AS/400 стала первой и единственной в мире системой, завершившей переход к 64-разрядным вычислениям. В новой модели был использован тип архитектуры процессора с сокращенным набором команд – RISC (reduced instruction set computer). Для сравнения: процессоры, использовавшиеся в исходной AS/400, а также другие популярные процессоры, такие как Intel Pentium или Intel Pentium Pro, используют архитектуру со сложным набором команд – CISC (complex instruction set computer). Главное достоинство RISC-архитектуры – более простые команды, чем у CISC. Это позволяет создавать процессоры, отличающиеся поразительной быстротой вычислений и за приемлемую цену. Последние версии RISC-процессоров всех производителей – 64-разрядные.

Проектирование и создание такой аппаратуры – не самая сложная проблема компьютерной индустрии. А вот как предоставить существующему программному обеспечению (ПО) возможность воспользоваться преимуществами новой аппаратуры? AS/400 – единственная система, где эта проблема решена. Все ее приложения используют 64-разрядные вычисления в полной мере.

Никакая другая система такими возможностями не обладает. Когда другие производители компьютеров переходили с CISC– на RISC-процессоры, это вызывало серьезные проблемы у их заказчиков и независимых производителей програмно-го обеспечения ISV (Independent Software Vendor), которым приходилось переписывать некоторые прикладные программы или их фрагменты. Так случилось, например, когда фирма Hewlett Packard объявила о своей архитектуре PA (Precision Architecture), или когда Digital Equipment Corporation (Digital) представила архитектуру Alpha.

Чтобы лучше понять масштаб проблемы, остановимся подробнее на попытке перехода на RISC, предпринятой фирмой Digital. По собственной оценке Digital перевод имеющегося парка на архитектуру Alpha вызовет необходимость переписать от 15 до 20 процентов старого кода приложений, предназначенных для архитектуры VAX. Любому заказчику или ISV такая модификация влетит в копеечку.

Архитектура AS/400, напротив, защищает пользователей системы и ISV от этих проблем при переходе на новые 64-разрядные RISC-процессоры. Существующие приложения сразу же в полной мере используют новые возможности аппаратуры.

Чтобы понять, как это стало возможным, рассмотрим, чем расширенная архитектура приложений AS/400 отличается от всех других.

Архитектура компьютера

Витрувий, римский архитектор I столетия нашей эры, определял архитектуру как акт проектирования структуры, обладающей полезностью, прочностью и способностью восхищать. Это и многое другое – общие характеристики как для архитектуры зданий, так и для архитектуры компьютеров.

Современная архитектура многим обязана классической. Корни даже самых футуристических проектов – в прошлом. Египетские пирамиды, греческие колонны, римские арки, романские купола и острые готические своды – все это лежит в основе самых новомодных конструкций. Античная эра истории компьютеров протекала лишь несколько десятилетий назад. Но, как и в проектировании зданий, в самых динамичных и восхитительных примерах современной архитектуры компьютеров четко прослеживается влияние классики.

Модель, лежащая в основе архитектуры AS/400, была разработана более четверти века назад. Благодаря гибкому подходу к проектированию, применявшемуся с самого начала, AS/400 способна быстро адаптироваться к современным условиям и потребностям. Ее архитектура не зависит от технологий, и AS/400 уже многие годы обладает средствами и возможностями, до сих пор недоступными для других вычислительных систем.

С точки зрения программиста

В 1970 году С. С. Хассон (S. S. Husson) определил термин «архитектура компьютера» как «характеристики (вычислительной) системы с точки зрения программиста»[ 5 ]5
  Husson S. S. Microprogramming Principles and Practices. Prentice-Hall: 1970.


[Закрыть]. Архитектура включает в себя набор команд, типы данных, операции ввода-вывода и другие характеристики. Иногда эти компоненты рассматриваются по отдельности, и тогда говорят об архитектуре наборов команд и архитектуре ввода-вывода. Архитектура в целом включает в себя все, что нужно знать программисту для создания корректно работающих программ.

С точки зрения аппаратуры у компьютера имеется пять основных компонентов: ввод, вывод, память, тракт данных (datapath) и устройство управления. Два последних компонента часто объединяют и называют процессором. Архитектура компьютера определяет, какие операции могут выполнять эти компоненты. Процессор выбирает данные и команды из памяти. Аппаратура ввода записывает данные в память, а аппаратура вывода – считывает из нее. Управляющая аппаратура генерирует сигналы, управляющие трактом данных, памятью, вводом и выводом.

Иногда процессор называют ЦПУ – центральным процессорным устройством CPU (central processing unit). В последнее время этот термин используется реже, так как современные технологии позволяют упаковать целый процессор в одну микросхему. Процессор, выполненный на одной микросхеме, обычно называют микропроцессором. Достаточно часто термины «ЦПУ», «процессор» и «микропроцессор» используют как эквивалентные. Однако, следует помнить, что не всякий процессор умещается на одной микросхеме – их может потребоваться несколько.

Если два компьютера могут выполнять один и тот же набор команд, то говорят, что у них одинаковая архитектура набора команд. Одна и та же архитектура может быть реализована по-разному. Так, например, архитектура Intel x86[ 6 ]6
  CISC-архитектура Intel x86 используется семейством однокристальных (размещенных на одной микросхеме) процессоров, к которому относятся процессоры 086, 186, 286, 386, 486, Pentium, Pentium Pro и Pentium II.


[Закрыть], применяемая во многих ПК, используется целым семейством микропроцессоров, созданных с помощью разных технологий и имеющих разную производительность. То есть конкретная технология, использованная при создании компьютера, не есть часть его архитектуры.

Уровни абстракции

Аппаратные и программные структуры большинства современных компьютеров – многоуровневые. Детали нижних уровней скрываются, чтобы обеспечить более простые модели для верхнего уровня. Данный принцип абстракции – способ, благодаря которому проектировщики аппаратных и программных средств справляются со сложностью вычислительных систем.

На самом нижнем уровне – электронных схем – компьютер очень прост. Электронная схема понимает только две команды: включено и выключено, символически обозначаемые при помощи цифр 1 и 0. На данном уровне общение с машиной идет с помощью цепочек нулей и единиц. Команда – это понятный процессору набор двоичных цифр или битов (разрядов). Таким образом, команда представляет собой просто число в двоичной системе счисления или двоичное число. Компьютеры называются цифровыми, потому что на машинном языке для обозначения как команд, так и данных используются цифры.

Когда-то давно, программисты «общались» с компьютерами на языке двоичных чисел. Это не слишком удобно, поэтому был изобретен более высокий уровень абстракции – язык ассемблера, представляющий собой символическую форму двоичного языка компьютера. Ассемблером называется программа, транслирующая символическое представление команд в двоичную форму.

Для большинства программистов язык ассемблера – также не вполне естественный, поэтому был создан еще более высокий уровень абстракции – язык программирования высокого уровня (ЯВУ). В настоящее время насчитываются сотни таких языков; наиболее известные из них – Basic, C, C++, Cobol и RPG. Программа, принимающая на входе текст на одном из языков высокого уровня и транслирующая его в операторы языка ассемблера, называется компилятором.

Иллюстрация многоуровневой абстракции – написание программы на языке высокого уровня. Компилятор выполняет преобразование программы на ЯВУ в язык ассемблера, который затем переводит свои команды в двоичный код, понятный процессору. Замечу, что некоторые компиляторы генерируют команды непосредственно на машинном языке, минуя уровень ассемблера.

Перед выполнением программы на ЯВУ компилятор и ассемблер транслируют ее в команды машинного языка. Эта операция выполняется однократно, и при новом запуске программы повторять ее не надо, если только исходный текст программы не изменился. Наличие нескольких уровней позволяет скрыть детали нижележащего машинного языка от программиста и обеспечить более простой и производительный интерфейс.

Многоуровневая концепция может также использоваться и в аппаратуре компьютера. Многие процессоры, в том числе из семейства Intel, используют микропрограммирование. В микропрограммируемой машине применяется набор команд еще более низкого уровня. Для отображения между верхним и нижним уровнями микропрограммирование использует эмуляцию. При этом машинные команды выбираются и исполняются по одной, как последовательность команд более низкого уровня. Для преобразования машинных команд в форму, приемлемую для микропрограммы, не требуется отдельный этап компиляции.

Похожа на эмуляцию интерпретация программ. Программа-интерпретатор выбирает инструкции по одной и исполняет эквивалентную им последовательность команд более низкого уровня. Некоторые из новейших ЯВУ, используемых в распределенных вычислениях, например Java, разработаны так, чтобы их было легко интерпретировать. Большинство командных языков также интерпретируемы. Введите «dir» в командной строке DOS на любом ПК и на экране появится содержимое каталога. Если после этого нажать клавишу Enter, интерпретатор командной строки DOS считает введенную команду, а затем выполнит последовательность инструкций, необходимых для ее выполнения. Такой интерпретатор команд есть в большинстве операционных систем. В микропрограммируемой машине интерпретация обычно поддерживается специальным оборудованием. Микропрограмма для различения такой аппаратной формы интерпретации называется эмулятором.

Обычно архитектура набора команд вычислительной системы рассматривается как интерфейс между аппаратурой и программным обеспечением самого нижнего уровня. В те времена, когда Хассон сформулировал упоминавшееся выше определение архитектуры компьютера, программирование еще не использовало ЯВУ. Сегодня, более подходящим определением этого понятия было бы «характеристики системы с точки зрения компилятора», так как из нынешних программистов лишь немногие имеют дело с программами в машинных кодах.

С учетом многих уровней абстракции, более точно было бы говорить, что компьютер имеет несколько архитектур, хотя архитектура двоичного набора команд в большинстве случаев по-прежнему играет основную роль. Когда говорят, что один компьютер способен выполнять программы, написанные для другого компьютера без изменений, то обычно имеют в виду, что первый может выполнять двоичные коды (binaries) другого, и следовательно, для переноса программ с первого на второй их повторная компиляция не требуется. Иначе говоря, двоичный машинный язык одного компьютера непосредственно поддерживается другим компьютером.