Архитектура и основные компоненты z/VM

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Челябинский Государственный Университет

РЕФЕРАТ

Операционная система z/VM

Выполнила:

студентка 2го курса

физического факультета

группы ФФ-205

Явтушенко Е. Д.

Проверил:

Загребин М. А.

г.Челябинск, 2014

Содержание

1. Введение

2. Назначение и возможности z/VM

3. Архитектура и основные компоненты z/VM

4. Управляющая программа z/VM

Диалоговый монитор z/VM

6. Виртуализация сетевого взаимодействия в z/VM

7. Источники

Введение

VM (англ. Virtual Machine) — операционная система для мейнфреймов фирмы IBM. Известна в русскоязычной литературе по названию её клона времен СССР — СВМ (Система Виртуальных Машин).

Мейнфре́йм (также мэйнфрейм, от англ. mainframe) — большой универсальный высокопроизводительный, отказоустойчивый сервер со значительными ресурсами ввода-вывода, большим объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенный для использования в критически важных системах с интенсивной пакетной и оперативной транзакционной обработкой.

Основной разработчик мейнфреймов — корпорация IBM.

VM была разработана на основе более ранней ОС IBM CP/CPMS, имевшей статус исследовательского проекта и разрабатывавшейся с 1967 года на базе модифицированной IBM/System/360 Model 40, затем IBM System/360 Model 67 и IBM/System/370, то есть систем, в которых впервые в семействе была реализована виртуальная память.

Первая версия собственно VM, VM/370, была выпущена в 1972 году для семейства компьютеров IBM System/370. После этого был выпущен ряд версий VM для последующих семейств мэйнфреймов IBM: VM/ESA, VM/SEPP, VM/BSEPP, VM/SP, VM/HPO, VMXA/SF, VMXA/SP и, наконец, выпускающаяся с 2000-х годов — z/VM для 64-разрядного семейства IBM System z.

Назначение и возможности z/VM

Операционная система z/VM представляет второе направление операционных систем IBM, ориентированных на платформу zSeries. z/VM построена на основе концепции " виртуальных машин " (Virtual Machine), которая означает, что в рамках одной системы может одновременно функционировать множество виртуальных машин, каждая из которых функционально эквивалентна реальной ЭВМ. Каждая виртуальная машина использует свою часть ресурсов системы (процессорное время, оперативную память, периферийные устройства).

Таким образом, z/VM, разделяя ресурсы ЭВМ между множеством виртуальных машин, предоставляет возможность параллельной работы на одном сервере как отдельных пользователей и системно-независимых приложений, так и различных операционных систем, включая диалоговый монитор z/VM, а также OS/390, z/OS, Linux и др. Операционные системы, запускаемые в рамках виртуальной машины z/VM, называют гостевыми. Гостевые операционные системы конфигурируются как независимые системы для поддержки своего круга пользователей и решения определенного набора задач. z/VM поддерживает в качестве гостевых операционные системы, предназначенные для z/Architecture и архитектуры ESA/390.

Возможности виртуальных машин z/VM позволяют использовать их для решения широкого круга практических задач, среди которых необходимо выделить следующие:

тестирование новых системных, телекоммуникационных и других приложений, которое нецелесообразно проводить в рабочем режиме из-за возможности сбоев или краха операционной системы;
тестирование и настройка новых версий операционных систем параллельно с функционированием старых версий в рабочем режиме;
проведение обучения и тренинга персонала.

z/VM может служить основой для создания и развертывания гетерогенных корпоративных систем масштаба предприятия благодаря поддержке целого ряда промышленных стандартов, протоколов и интерфейсов. В частности, z/VM располагает современными средствами поддержки сетевых вычислений (Internet/intranet) на основе TCP/IP, SNA, Java и многочисленных сетевых протоколов, таких как Ethernet, FDDI, FTP, VLAN, NFS, SMTP, Token Ring, UDP, X.25, X-Windows, SNMP, NetView. z/VM поддерживает стандарты открытых систем POSIX и XPG, предоставляя интерфейс системных вызовов для UNIX-приложений и пользовательскую среду shell в рамках сервиса разработки приложений OpenExtensions. Это позволяет как выполнять готовые POSIX-совместимые приложения, так и разрабатывать новые.

Одна из важных областей применения z/VM - использование в качестве серверной платформы для поддержки клиентов локальных вычислительных сетей. Данное решение предоставляет огромному числу пользователей все преимущества мэйнфрейма, включая высокую надежность и производительность, большие объемы внешней памяти, быстрые коммуникации. В частности, поддерживаемый z/VM клиент-серверный продукт Tivoli Storage Manager for VM обеспечивает резервное копирование, архивирование и восстановление файлов рабочих станций, работающих под управлением MS Windows, Linux, Apple Macintosh и OS/2. Значительное внимание IBM уделяет архитектурным решениям, основанным на консолидации Linux-серверов под управлением z/VM.

Предшественницей z/VM была операционная система VM/ESA, ориентированная на 32-разрядную платформу S/390. В VM/ESA были реализованы основные технологические принципы и решения, положенные в основу z/VM. Первая версия z/VM V3R1, представленная в 2000 году, как и последующие выпуски, обеспечивают полную поддержку как существующих серверов zSeries, так и серверов S/390 (Parallel Enterprise Server G5/G6, Multiprise 3000). При установке z/VM на серверы zSeries появляется возможность в качестве гостевых систем использовать 64-разрядные OS/390 V2R10, z/OS и Linux для zSeries, а также операционные системы ESA/390, в том числе OS/390, VSE/ESA, TPF и Linux для S/390. z/VM снимает ограничение на объем основной памяти 2 GB, что открывает новые возможности в отношении увеличения производительности при обслуживании большего числа пользователей и гостевых систем.

Архитектура и основные компоненты z/VM

Операционная система z/VM построена в соответствии с концепцией интеграции компонентов и включает базовые и опциональные элементы. Базовые элементы служат для поддержки наиболее важных функций и сервисов системы и всегда включаются в установочный пакет z/VM. Опциональные элементы обеспечивают поддержку дополнительных функций операционной системы и могут заказываться по отдельности по желанию пользователя. Наиболее важные базовые компоненты z/VM: управляющая программа CP и диалоговый монитор CMS.

Управляющая программа z/VM

Управляющая программа CP (Control Program) z/VM выполняет функции менеджера виртуальных машин, включая создание программных образов виртуальных машин для каждого пользователя, распределение ресурсов физической ЭВМ между виртуальными машинами, а также организацию взаимодействия между приложениями, выполняющимися на разных виртуальных машинах. По этой причине управляющую программу CP иногда называют гипервизором (hypervisor).

Виртуальные машины, создаваемые управляющей программой CP, различаются по режиму работы. Для работы на серверах zSeries обычно выбирают режим ESA (или эквивалентный XA). В этом случае, если управляющая программа сконфигурирована для работы в 32-разрядном режиме, виртуальная машина будет соответствовать архитектуре ESA/390. Для 64-разрядной инсталляции CP данный режим позволяет выполнять как 32-разрядные, так и 64-разрядные приложения, используя все возможности z/Architecture. Режим XC основан на так называемой ESA/XC архитектуре, обеспечивающей разделяемый доступ виртуальных машин к пространствам данных z/VM.

Виртуальная машина может получить в свое распоряжение до 64 виртуальных процессоров, которые будут предоставляться гостевой ОС для диспетчеризации выполняемых ею работ. При этом будет использоваться лишь некоторое число реальных процессоров, среди которых могут быть процессоры, закрепленные за данной виртуальной машиной, или же разделяемые с другими.

Управление памятью в z/VM основано на концепции множественных виртуальных адресных пространств размером 2 GB для 32-разрядного режима и 16 ЕB для 64-разрядного. Управляющая программа CP всегда размещается в первой секции любого адресного пространства (рис.5.66). По запросу пользователя CP создает виртуальную машину, выделяя ей новое адресное пространство, и загружает туда диалоговый монитор CMS или гостевую операционную систему. Диалоговый монитор является "штатной" операционной системой в составе z/VM, ориентированной на поддержку пользователя. После этого средствами CMS или операционных систем в адресные пространства может производиться загрузка собственных приложений.

Рис. 5.66. Виртуальные адресные пространства z/VM

С точки зрения используемой конфигурации памяти различают три типа виртуальных машин:

V=R (Virtual=Real) машина получает в свое распоряжение фиксированный непрерывный участок основной памяти, начинающийся с нулевого адреса.
V=F (Virtual=Fixed) машина получает в свое распоряжение фиксированный непрерывный участок основной памяти, начинающийся с адреса, отличного от нулевого.
V=V (Virtual=Virtual) машина не может непосредственно использовать основную память.

Первые два типа относят к привилегированным типам виртуальных машин. На таких машинах управление выделенной основной памятью берет на себя гостевая ОС в соответствии с ее внутренними механизмами. В третьем случае виртуальной машине выделяется виртуальная память, управляемая CP. Она имеет страничную организацию и поддерживает стандартный механизм динамического преобразования адресов с возможностью межпространственной связи на основе регистров доступа.

Использование периферийных устройств виртуальной машиной производится одним из четырех способов. Способ закрепления (exclusive) означает выделение реального устройства в полное распоряжение виртуальной машины. Способ разделения (shared) допускает одновременное использование реального устройства несколькими виртуальными машинами. Способ накопления (spooled) основан на выделении реальному устройству области жесткого диска (спула), которая используется для накопления вводимой и выводимой информации. Обмен данными между спулом и реальным устройством контролируется управляющей программой. Способ симуляции (simulated) означает программное моделирование работы некоторых устройств, которые физически не используются в системе (например, сетевые устройства связи для взаимодействия виртуальных машин).

Для работы с управляющей программой CP пользователю предоставляется набор команд, с помощью которых производится создание и конфигурирование виртуальных машин, администрирование пользователей, управление устройствами, информирование о работе системы и т.д. Доступ к z/VM осуществляется через консоль, назначаемую терминальному устройству или эмулируемую на рабочей станции. Множество команд, доступных пользователю, и, следовательно, возможности управления зависят от установленного для данного пользователя класса (классов) привилегий. В z/VM установлено семь основных стандартных классов привилегий, обозначаемых латинскими буквами A-G, в соответствии с ролью пользователя в системе:

A (системный оператор) - управление системой виртуальных машин и доступом пользователей к системе, настройка параметров производительности и сбор информации о системе;
B (системный оператор ресурсов) - управление всеми реальными устройствами z/VM;
C (системный программист) - настройка системных конфигурационных параметров;
D (оператор спула) - управление устройствами, использующими метод накопления, и настройка спула;
E (системный аналитик) - контроль и управление хранением системных данных;
F (инженер по сервисному обслуживанию) - получение и анализ данных о работе оборудования;
G (обычный пользователь) - управление работой отдельной виртуальной машины;

Кроме перечисленных, поддерживается класс команд Any, доступных любому пользователю, независимо от привилегий, а также существует возможность создавать пользовательские классы для собственных нужд.

Важнейшим элементом управляющей программы CP является создаваемый системным оператором справочник пользователей (user directory), содержащий описание всех виртуальных машин, которые могут быть запущены в системе. Каждый элемент справочника содержит перечень основных параметров виртуальной машины, включающий: идентификатор пользователя (logon ID) и пароль, класс привилегий, начальную конфигурацию используемых устройств, объем памяти, режим работы, параметры использования процессорного времени и некоторые другие. Обычно справочник пользователей создается на этапе инсталляции системы, но может быть изменен в процессе работы.

Запуск зарегистрированной в справочнике виртуальной машины производится по инициативе пользователя, когда он вводит команду LOGON. После завершения инициализации на основе указанных параметров пользователь получает возможность выполнять различные команды в соответствии с назначенным классом привилегий, в том числе запустить диалоговый монитор CMS или гостевую операционную систему.

Диалоговый монитор z/VM

Диалоговый монитор CMS (Conversational Monitor System) является базовым компонентом z/VM и представляет собой высокопроизводительную операционную среду, ориентированную на поддержку интерактивных пользователей при решении следующих задач :

создание, отладка и тестирование прикладных программ для использования в CMS или гостевых ОС;
выполнение приложений, разработанных для CMS или гостевых ОС;
создание и редактирование файлов данных;
манипулирование файлами данных;
выполнение заданий в пакетном режиме;
разделение данных между CMS и гостевыми ОС;
организация взаимодействия между пользователями CMS и гостевых ОС.

Диалоговый монитор запускается на отдельной виртуальной машине либо по команде пользователя ( IPL CMS ), либо автоматически при запуске виртуальной машины, если есть соответствующее указание в справочнике пользователей CP. Фактически CMS выполняет две главные функции: обеспечивает поддержку интерфейса для конечного пользователя z/VM и предоставляет интерфейс прикладного программирования (API) для пользовательских приложений.

В среде CMS пользователь сохраняет возможность использования команд управляющей программы CP, а также располагает набором собственных команд CMS, предназначенных для создания и выполнения приложений, управления данными, в том числе с использованием полноэкранных диалоговых средств.

Диалоговый монитор содержит необходимые средства для организации хранения и доступа к данным во внешней памяти. Для дисковых устройств (DASD) поддерживается три основных типа файловых систем:

базовая файловая система CMS на мини-дисках;
разделяемая файловая система SFS;
байтовая файловая система BFS.

Основной единицей хранения данных в CMS являются файлы. Имя файла состоит из собственно имени и типа файла, разделенных точкой. Имя и тип могут содержать до восьми алфавитно-цифровых и некоторых специальных символов, например: PRG#1.ASSEMBLE, BATCH:X.SOURCE, CHANGE.EXEC, MY_DOC.TEXT и т.п. Некоторые значения типов файлов являются стандартными и формируются системой автоматически. Помимо имени файл характеризуется двумя атрибутами: буквенным (file mode letter) и числовым (file mode number). Буквенный атрибут (A-Z) указывает на место размещения файла (мини-диск или директория SFS), а числовой (0-6) - на режим использования и обслуживания файла. Например, числовой атрибут 1 означает возможность использования файла для чтения и записи, числовой атрибут 3 предписывает уничтожить файл после чтения и т.п. Файлы CMS различаются по формату логических записей (постоянной или переменной длины), однако в большинстве случаев система определяет необходимые характеристики записей автоматически. CMS поддерживает необходимый набор команд для обслуживания файлов (создание, редактирование, копирование, удаление и др.).

Файлы z/VM могут размещаться либо на так называемых мини-дисках, либо в файловом пространстве разделяемой файловой системы SFS (Shared File System).

Мини-диск представляет собой непрерывный участок реального дискового накопителя, состоящий из смежных цилиндров (вплоть до целого диска). С точки зрения пользователя мини-диски являются аналогом независимого дискового тома. Каждый мини-диск характеризуется логическим номером, именем (меткой), объемом выделенного пространства (в цилиндрах), режимом разрешенного доступа. В z/VM могут использоваться три типа мини-дисков:

постоянные - определяются в справочнике пользователя виртуальной машины и доступны в рамках каждого пользовательского сеанса;
временные - создаются в ходе пользовательского сеанса и автоматически уничтожаются при его завершении;
виртуальные - эмулируются по запросу пользователя в виртуальной памяти (не используют реальный диск).

Мини-диски могут быть доступны только одной виртуальной машине, но могут при соответствующей авторизации использоваться несколькими виртуальными машинами совместно.

Каждый мини-диск располагает главным каталогом (master file directory), в котором описаны атрибуты размещения всех хранящихся на мини-диске файлов, используемые для доступа.

Разделяемая файловая система SFS (Shared File System) является расширением базовой файловой системы CMS и обеспечивает более эффективное использование дискового пространства, а также возможность совместного доступа к файлам других виртуальных машин при наличии соответствующей авторизации. Для размещения файлов в SFS для всех виртуальных машин (пользователей) предоставляется место в специальным образом сконфигурированной области жесткого диска, называемой файловый пул (file pool). Файлы могут объединяться в соподчиненные каталоги (directory), как это происходит в иерархических файловых системах, правда количество уровней подчиненности ограничено восемью. Каталогам присваиваются имена (dirname), состоящие не более чем из 16 алфавитно-цифровых символов. Старший в иерархии каталог (top directory) создается автоматически при выделении пользователю места в файловом пуле и его имя совпадает с именем пользователя.

Пользователь имеет неограниченный доступ к собственным файлам и каталогам, в то время как хранящиеся в том же пуле файлы других пользователей обычно недоступны. В SFS существует возможность организации совместного (разделяемого) доступа к файлам путем передачи полномочий другим пользователям от пользователя-владельца. При этом управление доступом может производиться на уровне как отдельных файлов, так и целых каталогов.

z/VM предоставляет возможность реализации эффективных средств администрирования и управления файлами и каталогами SFS с помощью компонента DFSMS/VM. Данный компонент может автоматически производить, например, удаление файлов с истекшим сроком хранения, архивирование, резервное копирование и восстановление файлов, если для файла установлено соответствующее значение атрибута "класс управления" (management class).

Компонент z/VM OpenExtensions обеспечивает поддержку еще одного типа файловой системы, получившей название байтовая файловая система BFS (Byte File System), использующая иерархическую организацию хранения файлов, характерную для операционной системы UNIX. Аналогичную структуру имеет файловая система HFS операционной системы z/OS, рассмотренная в п. 5.1.6. Название BFS подчеркивает особенность внутренней организации файлов UNIX как байт-ориентированных, т.е. не разделяемых на уровне ОС на логические записи. В z/VM поддерживаются средства копирования и перемещения файлов между BFS и базовой файловой системой CMS.

Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 155; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!