Mythos Mainframe Ralph Rohfleisch, Systemtechnik, Steffen Herzog, STG, IBM Deutschland | JBFOne 2008

Ziel dieses Vortrags Der Vortrag soll Ihnen Einblicke in die Welt des IBM Mainframes bringen Neben einem historischen Abriss über die Entwicklungsgeschichte des Mainframes werden einige technische Funktionen des IBM-System-z erläutert Im wesentlichen geht es um die Frage: Warum ist der Mainframe anders als andere Server Systeme? Ebenfalls beleuchtet werden technische Anpassungen der letzten Jahre, die den IBM Mainframe für neue, nicht-traditionelle Anwendungen attraktiv machen Abschließend wird das derzeitige System-z-Umfeld der FIDUCIA dargestellt

Agenda Mainframe Historie Aktuelle IBM Mainframe – System z10 System z – Eigenschaften und Stärken System z bei der FIDUCIA

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Was ist ein Mainframe? Ein Großrechner (engl.: Mainframe, Host) ist ein sehr komplexes und umfangreiches Computersystem, das weit über die Kapazitäten eines Personal Computers und meist auch über die der typischen Serversysteme hinausgeht. Ein Großrechner zeichnet sich vor allem durch seine Zuverlässigkeit und hohe Ein- Ausgabe-Leistung aus. Er kann im Online-Betrieb eine große Anzahl von Benutzern bedienen, im Batch-Betrieb aber auch komplizierte und aufwändige Aufgaben durchführen. In einem Großrechner sind sorgfältig aufeinander abgestimmte, robuste und hochgradig redundante Komponenten verbaut. Üblicherweise wird die Wartung dieser Rechner im laufenden Betrieb durchgeführt, auch Hardwareaustausch und Aufrüstungen führen zu keiner Beeinträchtigung oder gar Unterbrechung des Betriebs.

Totgesagte leben länger “I predict that the last mainframe will be unplugged on March 15, 1996.” Stewart Alsop, March 1991 “It’s clear that corporate customers still like to have centrally controlled, very predictable, reliable computing systems – exactly the kind of systems that IBM specializes in.” Stewart Alsop, February 2002

Der Beginn - System/360 IBM decided to implement a wholly new architecture specifically designed both for data processing and to be compatible across a wide range of performance levels IBM invested $5B to develop a family of five increasingly powerful computers that run the same operating systems and can use the same 44 peripheral devices with the same architecture “One of the top 85 Innovations that changed the way we live*.” * Forbes Magazine, 85 years celebration issues 12-23-2002

CMOS Die Entwicklung … S/360 First commercially available “family” of compatible systems 24-bit addressing Real storage Standard I/O S/370 Virtual Storage Virtual Machine facility IMS and CICS transactional monitors 43xx and 303x eXtended Architecture (370-XA) 31-bit addressing New I/O subsystem DB2 Relational DB ESA/390 and S/390 Logical Partitioning Sysplex/ Parallel Sysplex Sophisticated Workload Management z/Architecture 64-bit Java Open Systems CMOS

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System z10 Enterprise Class Processor Books, Memory, MBA and HCA cards 2 x Cooling Units InfiniBand I/O Interconnects Internal Batteries (optional) Power Supplies 3x I/O cages 2 x Support Elements

Modulares Design für Flexibilität Processor Units: Enterprise-Quad-Core-Technologie 4,4 GHz 1 bis 4 Books 1- 64-Wege-Modell Subkapazität für bis zu 12 CPs Bis zu 11 SAPs je System Standard Hardwarebeschleuniger auf dem Chip Hardware-Datenkomprimierung Kryptografische Funktionen Hardwaregestützte Dezimal-Gleitkommaberechnung Speicherkapazität: Bis zu 1,5 TB / 384 GB je Book Books in Sterntopologie per L2-Cache verbunden I/O Anbindung: 6 GB/s InfiniBand- Hostbusse für I/O Max.48 I/O-Interconnects mit je 6GB/s =288 GB/s InfiniBand Coupling Links

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Stärken und Einsatzgebiete eines System z Zuverlässigkeit / Verfügbarkeit Sicherheit Hoher Datendurchsatz Transaktionsverarbeitung Virtualisierung und Konsolidierung Neue (nicht-traditionelle) Anwendungen

System z – z wie zero-downtime System-Verfügbarkeit – 99.998%, - max. 10 Minuten Ausfall pro Jahr System Design auf Verfügbarkeit ausgelegt CPU Dual Core seit Anfang der 90’er, Dual Instruction execution Built-in Spare CPU Automatische Fehlererkennung, Recovery auf Spare CPU und Service Request Capacity Upgrade on Demand Speicher Diverse Memory Error Correction Mechanismen, Spare Memory Memory Keys, kein Memory Overflow per Design möglich Wartung Hot-pluggable CPU, Memory (Books), I/O Devices Concurrent Firmware Maintance Parallel-Verarbeitung Parallel Sysplex

Parallel Sysplex – horizontale Skalierung mit Single System Image Lose gekoppelte Systeme (max. 32 Systeme) Hardware/Software Kombination Voraussetzung Data Sharing Global Locking Cross-System Workload Dispatching Zeit Synchronisation für Logging High-speed system coupling Hardware Coupling Facility (shared Memory) Sysplex Timer – Zeit Synchronisierung SW Implementierung im z/OS und Subsystemen CICS, IMS, DB2, RACF, TCP/IP,etc. Workload Manager im z/OS Coupling Facility 11 12 12 1 11 1 10 2 10 2 9 3 9 3 8 4 8 4 7 5 7 6 5 6 Sysplex Timer System z System z SAN Shared data

Parallel Sysplex – Schematisch Single System Image nach Außen Skalierung Hochverfügbarkeit Einfacheres Management Dynamisches Workload Balancing Sysplex hat Informationen über Verfügbarkeit der Anwendung und Ressourcen Data Sharing Hochleistungsfähiges Data Sharing Daten-Konsistenz und Cache-Kohärenz durch Globales Locking und Globale Buffer in der Coupling Facility (Shared Memory) Kein Cache Abgleich nötig Coupling Technology

Disaster Recovery mit System z Parallel Sysplex Geographically Dispersed Parallel Sysplex (GDPS) 1 to 32 Systems Site 1 Site 2 Absicherung geplanter und ungeplanter HW/SW-Ausfälle Flexibles, unterbrechungsfreies Wachstum Rechenkapazität weit über die der größten Einzelsysteme Bessere Skalierbarkeit als SMP- Systeme Dynamisches Workload- und Ressourcen-Management Absicherung von RZ-Ausfällen Sync/Async Datenspiegelung Sync (Metro Mirror) – 100km Async (Global Mirror) – jede Entfernung Eliminierung von Tape/Disk SPOF Anwendung unabhängig

z/OS und RACF SAF System Authorization Facility (SAF) Databases z/OS 1 2 3 Resource Manager IMS DB2 … RACF 4 SAF 7 6 5 System Authorization Facility (SAF) ein z/OS Service als zentrale Schnittstelle für alle Subsysteme und Anwendungen RACF führt Authentifizierung und Autorisierung durch Sicherheitsdefinitionen sind verschlüsselt in der RACF-Datenbank hinterlegt To visualize how RACF works, picture RACF as a layer in the operating system that verifies users' identities and grants user requests to access resources. Assume, for example, that you have been identified and verified to the RACF-protected system and now want to modify an existing RACF-protected resource. After you enter a command to the system to access the resource, a system resource manager (such as data management) processes the request. The resource manager, based on what RACF indicates, either grants or denies the request. Note that it is not RACF that allows or denies access but the resource manager interpreting the return codes from RACF. The figure shows how RACF interacts with the operating system to allow access to a protected resource. In a similar manner, the operating system interacts with RACF to identify and verify users. 1. A user requests access to a resource using a resource manager (for example, TSO/E). 2. The resource manager issues a RACF request to see if the user can access the resource. 3. RACF refers to the RACF database or in-storage data and... 4. ...checks the appropriate resource profile. 5. Based on the information in the profile... 6. RACF passes the status of the request to the resource manager. 7. The resource manager grants (or denies) the request.

System z Channel-Subsystem ESCON Channel I/O Control Unit Device System z PU/ Memory ESCON Channel Director I/O Control Unit Device System Assist Prozessoren FICON Express Channel I/O Control Unit FICON switch Device OSA Express Adapter LAN Hypersocket Terminologie: Channel, ESCON, FICON, OSA, Hypersockets

Channel Subsystem Direkter Datentrasfer zwischen I/O Devices und Hauptspeicher CPU startet I/O Prozess und übergibt Aufgabe an System Assist Prozessor (SAP) SAP entlastet CPUs von der direkten Kommunikation mit den I/O Devices und ermöglicht die Verarbeitung der Daten parallel zum I/O Prozess Mehrere Kanäle zu einem Endgerät möglich I/O Prozess übernimmt Pfad Management (Test der verfügbaren Kanäle, Auswahl der Channel und Durchführung der I/O Operation) Channel Virtualisierung (sharen von Kanälen möglich) Maximal 1024 Channels mit 65536 Sub-Channels (Devices) und einer Bandbreite von 288 GB/s

Offload OS Funktionen (I/O,Krypto) IBM System z – Mehr als nur CPUs “Wie baut man einen 64-Wege Mainframe” Bis zu 168 I/O Prozessoren Bis zu 168 weitere IBM POWER Prozessoren zum Ausfürhen der I/O Operationen 3 Offload OS Funktionen (I/O,Krypto) 2 1 Start mit einem 64 core System O/S EXECUTION System Assist (11) Spares (2) Crypto (32) 45 Assist CP’s 64 Wege SMP APPLICATION EXECUTION

z/OS – Konzept und Komponenten Multiple Virtual Storage (virtuelle Adress Räume) Konzept 64 bit Adressierung pro Adressraum Kompatibel zur 24 und 31 bit Adressierung Ziel Orientiertes Ressourcen Management (Workload Manager) Batch und Online Workload parallel ohne Performance Beeinträchtigung Grosse Systemcaches ermöglichen verschiedensten parallelen Workload Storage Keys verhindern nicht erlaubte Speicherzugriffe TSO Base Operating System System Task Batch Job TCP/IP VTAM User IMS CR MPP BMP CICS AOR TOR DOR DB2 WebSphere JES PR/SM (LPAR, etc) System z Hardware MQ

z/OS – Transaktions- und Datenbank-Middleware Program Libraries Application Transaktions-Manager Datenbank-System Application E User B Application D Application C Application B User C Application A Enduser Datenbank Journal / LOG

z/OS Transaktions-Management Transaktions-Manager Ein Subsystem das alle Events einer Transaktion verwaltet Stellt die ACID Eigenschaften einer Transaktion sicher Inklusive Funktionen wie : Transaktions Commit/Rollback Koordination, Datenbank und Netzwerk Interaktionen Stellt Anwendungen APIs bereit um die Funktionen zu nutzen z/OS basierende Transaktionsmonitore CICS - Customer Information Control System IMS TM - Information Management System Transaction Manager WebSphere Application Server for z/OS

IMS – ist … Ein Transaktions-Manager (IMS TM) High-volume, high-performance Transaktion Management für Anwendungen mit Zugriff auf IMS oder DB2 Datenbanken Management der Anwendung — Laden und Dispatchen der Anwendung, Management der I/O Messages vom Netzwerk 3270s, APPC, TCP/IP, WebSphere MQ, usw. Management der DB Verbindungen, Daten Locks Security Management Anwendungesentwicklung traditionell COBOL, PL/I, Assembler, C, Pascal, REXX) oder in Java Ein Datenbank-System (IMS DB) IMS Datenbanken sind hierarchisch Verschiedene Datenbank-Typen Full Function DB Fast Path DB Partitioned IMS DB

IMS Subsystem Structure Network - SNA or TCP/IP Logs Control Region Address Space IMS Control Region IMS Message Queues Fast Path DBs IMS Libraries Dependent Region Address Space Appli. Program Appli. Program Appli. Program Appli. Program DLI Separate Address Space JMP / JBP MPP IFP BMP DBRC Region IMS Runs the World” since 1968 Most Corporate Data is Managed by IMS Over 95% of Fortune 1000 Companies use IMS IMS Manages over 15 Billion GBs of Production Data $2 Trillion/day transferred thru IMS by one customer Over 50 Billion Transactions a Day run through IMS IMS serves close to 200 Million users per day Over 79 million IMS trans/day handled by one customer on a single production Sysplex, 30 million trans/day on a single system 120M IMS trans/day, 7M per hour handled by one customer 4000 trans/sec (250 million/day) across TCP/IP to a single IMS Over 3000 days without an outage at one large customer 21,000 transactions per second on a single zSeries, with 4 IMS servers Full Function DBs RECONs

System z Virtualisierung: LPAR und z/VM Mehrstufige Virtualisierung Hardware-Virtualisierung und Software-Virtualisierung (mit HW-Unterstützung) Hardware-Virtualisierung Microcode (PR/SM) und Hardware-Implementierungen ermöglichen effiziente logische Partitionierung des System z Logische Partitionierung (LPAR) wurde 1988 eingeführt Ermöglicht CPU- und I/O- (Channel) Virtualisierung (shared oder dediziert) Max. 60 LPARs pro System EAL5-Zertifizierung ( LPARs sind voneinander isoliert wie physisch getrennte Systeme) Software-Virtualisierung z/VM, Technologie verfügbar seit 1972 Entwickelt für den Betrieb von mixed Workload Minimaler Hypervisor Overhead, sehr skalierbar und flexibel (“unlimited” Virtual Machines) CPU, I/O und Speicher-Virtualisierung

System z - Virtualisierung Linux Web App.Server Linux Oracle Linux Test z/OS OLTP Batch WebSphere Traditional OLTP and Batch z/OS z/OS Processor Resource / System Manager (PR/SM) L P A R L P A R z/VM Control Program L P A R I/O & Network Memory Memory Memory IFL Prozessoren Prozessoren

UNIX-Anwendungen auf dem Mainframe! z/OS Services z/OS Data Sets UNIX Files UNIX System Services Traditional z/OS Programs UNIX Programs Mixed Programs Application Programmer Using the Shell UNIX Workstation Application Programmer Using TSO/E and ISPF

Linux native auf dem Mainframe? Linux für System z ist keine eigene Linux- Version Pures Linux, ASCII environment Gleiches Look and Feel wie auf anderen Plattformen IBM hat Anpassungen an die HW beigesteuert Unterstützt spezielle System z Hardware, z.B. Krypto Koprozessor zLinux ist Bestandteil des Linux Trees Ideal für Workload mit starker System-z- Affinität oder zusammen mit z/VM für Server-Konsolidierungen

System z : Spezial-Prozessoren IBM System z Integrated Information Processor (IBM zIIP) 2006 IBM System z Application Assist Processor (zAAP) 2004 Designed to help improve resource optimization for eligible data workloads within the enterprise z/OS XML IPSec encryption Integrated Facility for Linux (IFL) 2000 Designed to help improve resource optimization for z/OS Java technology-based workloads z/OS XML Support for new workloads and open standards Internal Coupling Facility (ICF) 1997 Centralized data sharing across mainframes * All statements regarding IBM future direction and intent are subject to change or withdrawal without notice, and represents goals and objectives only.

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z/Series – Kennzahlen bei der FIDUCIA 2 z9 und 3 z10-Mainframes mit 117 Prozessoren und 13 zIIP Verarbeitungsleistung 59.000 MIPS + 7000 MIPS zIIP 1,3 TB Realstorage 80 Mio IMS-Transaktionen / Spitzentag 300 Mio DB2 Zugriffe / Spitzentag 40 Mio MQ-Request / Spitzentag 7 Milliarden IO-Zugriffe / Spitzentag 2.800 Trx. / Sekunde in der Spitzenstunde

z-Series bei der FIDUCIA CEC6 CEC4 CEC5 Externe CF CSS.0 CSS.1 CSS.0 CSS.1 CSS.0 CSS.1 CF P-PLEX MVS4 MVSO MVS2 MVG1 MVS5 MVG4 MVS3 MVG5 MCGX MVG2 MVSN MCGY RZ-Rheinstetten CF G-PLEX 10 km RZ-Killisfeld CEC7 CEC8 CSS.0 CSS.1 CSS.0 CSS.1 MVS6 MVG3 MVS1 MVGN MCPX MVGO MVS8 MVGT MVG8 MCPY CF G-PLEX CF P-PLEX

z/VM bei der FIDUCIA – Plattform für z/OS Kunden CEC8 FA CEC8 FD FA VM02 (CEC7 LPAR 1D) TCPIP VM02 z/OS Gastmaschinen FD x/y 9/12 PPR2CG1 9/13 PPO3CG1 Zugang FIDUCIA Zugang Fiat Bank Switch Firewall OSA D3BV1 VSWITCH1 F8 FC PPR1CB1 3/1 2/28 9/25 PPO4CB1 4/8 -/- VSWITCH2 D3BV2 D3BV5 CEC8 F8 CEC8 FC

PoC Oracle/RAC auf z/Linux (geplant Januar 2009) Hypersockets zLinux zLinux zOS IMS zLinux MGW zLinux zOS IMS MGW Oracle IMS TM IFS (DB2 –LUW) MQ Series Oracle IMS TM Horizon IFS (DB2 –LUW) MQ Series AQ DB2 AQ OTMA DB2 UDF IMS-Connect Horizon OTMA UDF IMS-Connect … CEC JDBC AppServer Ebene

Zusammenfassung IBM System z ist das zuverlässigste System MTBF > 40 Jahre, Downtime 5-10 min pro Jahr Parallel Sysplex, GDPS Das Design des Systems ist auf die Verarbeitung großer Transaktions- und Datenmengen ausgelegt Ausgereifte Virtualisierungstechniken zusammen mit effizientem Workload Management ermöglichen durchschnittliche Auslastungsraten der System >90% Die Modernisierung des Mainframes ermöglichen neue, nicht traditionelle Anwendungen Java, XML, Linux Die zukünftige Weiterentwicklung des System z verfolgt den Ansatz einer weiteren Integration dezentraler Plattformen Bei der FIDUCIA ist die z-Plattform ein wesentlicher Bestandteil des heutigen Kernbankensystems Auch zukünftig wird die z-Plattform ein wichtiger Baustein in der FIDUCIA IT-Landschaft bleiben. Abhängig von den technischen und den wirtschaftlichen Rahmenbedingungen wird sie in erster Linie eine Plattform für HQS-Anwendungen (High Quality Services) sein.

Fragen? – Diskussion? Steffen Herzog Ralph Rohfleisch IBM Deutschland, System and Technology Group herzogs@de.ibm.com 0171 / 5528082 Ralph Rohfleisch Systemtechnik Architektur und Projekte ralph.rohfleisch@fiducia.dehflsc 0721 / 4004-4657

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