Sistemas Operacionais e Arquitetura Zos

UNIVERSIDADE METODISTA DE SÃO PAULO

FACULDADE DE EXATAS E TECNOLOGIA

CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO ÊNFASE EM ENGENHARIA DE

SOFTWARE

AGNES DAMASCENO

BRUNO SAIANI

GUILHERME GARCIA

MAICON RENAN

RAQUEL CALIL

SISTEMAS OPERACIONAIS E ARQUITETURA:

Z/OS

SÃO BERNARDO DO CAMPO

2010

AGNES DAMASCENO

BRUNO SAIANI

GUILHERME GARCIA

MAICON RENAN

RAQUEL CALIL


Z/OS

Seminário apresentado no curso de Engenharia

da Computação da Universidade Metodista de

São Paulo com o objetivo de aplicar os

conhecimentos adquiridos nas aulas do tema

Sistemas Operacionais e Arquitetura.

SÃO BERNARDO DO CAMPO

2010

AGNES DAMASCENO

BRUNO SAIANI

GUILHERME GARCIA

MAICON RENAN

RAQUEL CALIL


Z/OS

Seminário apresentado no curso de Engenharia

da Computação da Universidade Metodista de

São Paulo com o objetivo de aplicar os

conhecimentos adquiridos nas aulas do tema

Sistemas Operacionais e Arquitetura.

Data de Entrega: 21 de Outubro de 2010 Resultado:_____________________ BANCA EXAMINADORA: LAZARO APARECIDO SILVA PINTO Prof. ______________________________ Universidade Metodista de São Paulo MARIO GUERRA BORATTI Prof. ______________________________ Universidade Metodista de São Paulo

RESUMO

O principal foco deste trabalho é a mensuração do conteúdo aplicado nas aulas de

Sistemas Operacionais e Arquitetura, através da análise de um mainframe e da atuação do

sistema operacional Z/OS.

Para isso, analisaremos um ambiente comercial, composto por um sistema ERP, que

fornecerá todos os dados da empresa como: dados transacionais, pedidos, informações de

estoque, informações de RH, entre outras solicitações.

No quesito de mainframe, será abordada sua arquitetura, como a memória,

barramentos e processos de I/O. Para o sistema operacional, será tratada sua funcionalidade,

como gerenciamento de processos, memória e I/O. Além de trazer um pouco da historia de

ambos.

Palavras-Chave: Mainframe, SAP, Z/Os, Sistema Operacional, IBM.

ABSTRACT

The main focus of this study is the measurement of applied classes of Operating

Systems and Architecture, through the analysis of a mainframe and the performance of the

operating system Z / OS.

For this, we will analyze a business environment, consisting of an ERP system that

will provide all corporate data such as transactional data, orders, inventory information, HR

information, among other requests.

At least in the mainframe, its architecture will be addressed, such as memory, buses,

and processes I / O. For the operating system, will be dealt with functionality such as process

management, memory and I / O. In addition to bringing a little of the history of both.

Keywords: Mainframe, SAP, Z/Os, Operational System, IBM.

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 - ESTRUTURA DE REDES DA EMPRESA MATRIZ ...................................................................................... 10

FIGURA 2 - ESTRUTURA DE REDES ENTRE A MATRIZ E AS FILIAIS .......................................................................... 11

FIGURA 3 - ENDEREÇAMENTO DE MEMÓRIA .......................................................................................................... 17

FIGURA 4 - SEGMENTAÇÃO DASD ......................................................................................................................... 20

FIGURA 5 – VTOC ................................................................................................................................................. 21

FIGURA 6 - IBM Z10 .............................................................................................................................................. 22

FIGURA 7 - ARQUITETURA DO POWER7 – 8 CORE ................................................................................................ 23

FIGURA 8 – FLASHCOPY ......................................................................................................................................... 26

FIGURA 9 - FLASHCOPY SPACE EFFICIENT ............................................................................................................. 26

FIGURA 10 - POR DENTRO DO MAINFRAME Z10 ..................................................................................................... 27

FIGURA 11 - BOOK DO MAINFRAME Z10 ................................................................................................................ 27

FIGURA 12 – POWER7 MCM ............................................................................................................................... 28

FIGURA 13 - MULTI-CHIP MODULE ........................................................................................................................ 28

FIGURA 14 – POWER7 MCM ............................................................................................................................... 29

FIGURA 13 - EVOLUÇÃO DOS SO E ARQUITETURA ................................................................................................. 31

FIGURA 14 – PWS .................................................................................................................................................. 32

FIGURA 15 - FORMATO DAS INSTRUÇÕES ............................................................................................................... 34

FIGURA 16 - INTERRUPÇÃO SVC ............................................................................................................................ 36

FIGURA 17 - EXEMPLO DE WAIT E POST ................................................................................................................. 37

FIGURA 18 - ATTACH, L INK E XCTL ....................................................................................................................... 38

FIGURA 19 - L INKAGE CONVERTIONS..................................................................................................................... 39

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................... 9

1.1. OBJETIVO ........................................................................................................ 9

1.2. JUSTIFICATIVA ................................................................................................. 9

2. O PROJETO ......................................................................................................... 9

2.1. AMBIENTE CORPORATIVO ............................................................................... 9

SAP ............................................................................................................................... 12

2.2. O QUE É SAP? ............................................................................................... 12

2.3. HISTÓRIA ....................................................................................................... 13

3. ARQUITETURA DO MAINFRAME .............................................................. 15

3.1. MAINFRAME .................................................................................................. 15

3.2. COMPONENTES DO MAINFRAME .................................................................... 16

3.2.1. Memória (Storage) ................................................................................... 16

3.2.2. Unidade de Processamento Central (CPU) ............................................. 18

3.2.3. Subsistema de Canal ................................................................................. 18

3.2.4. Unidades de I/O e de Controle ................................................................. 19

3.2.5. Recursos de Operador .............................................................................. 19

3.2.6. Armazenamento ........................................................................................ 19

MAINFRAME IBM Z10 ............................................................................................ 22

3.2.7. Processador IBM POWER7 ..................................................................... 23

3.2.8. Orientação Política .................................................................................. 24

3.2.9. Armazenamento ........................................................................................ 25

3.2.10. Barramento .............................................................................................. 29

4. SISTEMA OPERACIONAL: Z/OS .................................................................. 30

4.1. HISTÓRIA ....................................................................................................... 30

4.2. IBM Z10 – SOFTWARE .................................................................................. 31

4.3. ELEMENTOS E PROCESSOS ............................................................................. 32

4.3.1. Componentes ............................................................................................ 32

4.3.2. Instruções ................................................................................................. 34

4.3.3. Interrupções .............................................................................................. 35

4.4. GERENCIAMENTO DE MEMÓRIA .................................................................... 36

4.5. GERENCIAMENTO DE PROCESSOS .................................................................. 37

4.5.1. Comunicação entre Processos.................................................................. 37

4.6. GERENCIAMENTO DE PROGRAMAS ................................................................ 38

4.7. GERENCIAMENTO DE E/S ............................................................................... 39

APLICAÇÃO DO MAINFRAME COM Z/OS PARA O NEGOCIO .... ............... 41

GLOSSÁRIO DE TERMOS ...................................................................................... 42

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA .......................................................................... 43

Z/OS Sistemas Operacionais e Arquitetura

1. INTRODUÇÃO

1.1. OBJETIVO

O principal objetivo deste trabalho é adquirir conhecimento sobre outros sistemas

operacionais existentes, através da análise, de sua arquitetura e do hardware ao qual o mesmo

necessita para seu funcionamento; em um ambiente corporativo.

1.2. JUSTIFICATIVA

Aplicar os conhecimentos adquiridos no módulo de Sistemas Operacionais e

Arquitetura, através da análise do sistema operacional z/OS, além de sua estrutura de

hardware, em um ambiente corporativo, com o intuito de adquirir conhecimento.

2. O PROJETO

2.1. AMBIENTE CORPORATIVO

A empresa ABC trabalha com vendas de bens duráveis e eletroeletrônicos, ela tem sua

matriz em São Bernardo do Campo, com varias filiais, pelas cidades vizinhas. Na matriz ela

dispõe de 1 mainframe que é responsável pelo processamento de todos os dados do sistema da

empresa. No servidor Web opera o sistema e-commerce e outro sistema que é responsável

pela integração da coleta dos dados do SAP. O Banco de Dados opera em banco Oracle e o

servidor de Aplicação é responsável pelo SAP.


Os setores da matriz acessam o sistema através de switchs, instalados em toda

empresa.

As filiais não possuem acesso direto ao SAP, para elas existem apenas um sistema

web interno com integração direta com o SAP localizado na matriz. As filiais devem colocar

todos os pedidos nesse sistema web, e depois copiados para o SAP. Isso se deve a uma

questão de segurança das informações contidas no SAP, para que os vendedores não vejam os

pedidos de venda dos companheiros e nem possa alterá-los.

Para a matriz, não há necessidade do sistema web, todos os setores acessam

diretamente o sistema SAP, ou seja, os funcionários colocam seus pedidos, que depois são

copiados para o SAP. Os únicos que tem acesso ao SAP são o setor administrativo e a

gerência.

O sistema e-commerce é acessado pelos clientes, que realizam suas compras pela

internet e apenas retiram a mercadoria na loja ou recebem em sua residência.

Segue abaixo a topologia de rede da matriz.

Figura 1 - Estrutura de Redes da Empresa Matriz


(Autoria Própria)

Como pode ser observado na topologia, a matriz possui um Mainframe IBM Z10,

responsável pelo processamento das aplicações e dados, além de armazenamento dos mesmos.

Conta também com o apoio de um Storage, esse que fica responsável tanto pelo

backup das informações, assim como, dispositivo de segurança, caso haja falhas no

mainframe, esse Storage é composto por um jogo de RAID’s, viabilizando o armazenamento

e recuperação dos dados.

Abaixo a topologia de rede da integração da matriz com as filiais.

Figura 2 - Estrutura de Redes entre a Matriz e as Filiais

(Autoria Própria)

Ao final de cada dia é realizado um Backup das informações daquele dia. Como esse é

um processo demorado (processo batch) é realizado no período da noite, tendo início às 2

horas da manhã.


No fim de cada mês é realizado um balanço geral (geralmente ultimo dia do mês),

nesse dia nenhuma loja abre, e então é realizada a contagem do estoque (comparação da

quantidade física com a quantidade que consta no sistema). A matriz é a ultima loja a fazer

esse balanço, já que deve fazer a contabilização de todas as filiais, além o balanço dela

própria. Nesse dia também é extraído vários relatórios do SAP, principalmente relatórios de

faturamento, além disso, é realizada a comparação entre os dados do sistema web com o SAP,

para que não fique nenhuma venda pendente, para um cálculo mais preciso do faturamento.

3. SAP

3.1. O QUE É SAP?

O SAP é um Sistema Integrado de Gestão , também conhecido como ERP (Enterprise

Resource Planning) destaca-se como um dos principais aplicativos de software empresarial no

cenário mundial. É reconhecido como instrumento importante para otimização dos diversos

processos de uma empresa.

As vantagens de utilizar esse sistema são as seguintes:

– Processos Integrados,dados e elementos de organização

– Integração de aplicação

– Integração técnica

O sistema é divido em doze modulos:

Contabilidade Financeira (FI): Aplica-se à contabilidade principal automática e aos

relatórios, à contabilidade de clientes e de fornecedores e à administração de outras contas de

ledger com planos de contas definidos pelo usuário.

Contabilidade de Custos (CO): Abrange os movimentos dos custos e das receitas da

empresa.

Contabilidade do Imobilizado: A aplicação AM destina-se à administração e ao

controle dos aspectos do ativo imobilizado.

Sistema de Projetos (PS): Destina-se ao apoio do planejamento, controle e supervisão

de projetos complexos a longo prazo com objetivos definidos.


Workflow (WF): Liga os módulos de aplicação R/3 integrados do sistema SAP com

tecnologias, ferramentas e serviços para todas as aplicações.

Solução Setorial (IS): Solução setorial liga os módulos de aplicação do sistema R/3 da

SAP com funções adicionais específicas do setor.

Recursos Humanos (HR): Planeja, registra e avalia todos os dados relativos aos

empregados.

Manutenção (PM): Apoia o planejamento, o processamento e a execução de tarefas de

manutenção.

Administração de Qualidade (QM): Representa um sistema destinado ao controle de

qualidade e á informação, apoiando o planejamento de qualidade, o controle de qualidade e o

controle de produção e de suprimento.

Planejamento de Produção (PP): Aplica-se ao planejamento e ao controle das

atividades de produção de uma empresa.

Administração de Materiais (MM): Apoia as funções de suprimento e de manutenção

de estoques necessárias para os processos empresariais diários.

Vendas e Distribuição (SD): Apoia a otimização de todas as tarefas e atividades que

ocorrem na venda, no fornecimento e no faturamento.

3.2. HISTÓRIA

Os passos iniciais para que o SAP viesse ao mundo começaram a ser dados em 1972,

na cidade de Waldorf, na Alemanha, quando cinco engenheiros, funcionários da IBM,

decidiram criar sua própria empresa de desenvolvimento de sistemas: a SAP AG. O SAP que

não é apenas o nome do pacote de gestão mais falado no mundo é também o nome da empresa

que o desenvolveu.

As iniciais de SAP significam Systeme, Anwendung und Programme (Sistemas,

Aplicações e Produtos). O AG é a abreviação de Agentur, um termo em alemão que quer

dizer Sociedade Anônima.

O primeiro produto importante da nova empresa foi o SAP R/2 (Realtime System

Version 2), um conjunto de módulos de software destinado a mainframes, que em 1995 ainda

era utilizado por mais de 2000 empresas.


À medida em que novos conceitos iam surgindo no campo da informática, a SAP ia

atualizando seu produto, até que em 1989, as primeiras aplicações do SAP R/3 foram

apresentadas numa conferência em Hanover na Alemanha.

O SAP R/3 é um sistema que oferece um conjunto de módulos com diversas

aplicações de negócio. Os módulos são integrados e contém a maior parte das funcionalidades

necessárias às grandes corporações, incluindo manufatura, finanças, vendas, distribuição e

recursos humanos. Cada módulo é responsável por mais de 1000 processos de negócio, cada

um deles baseado em práticas consagradas no mundo dos negócios.

A configuração do sistema é tornada possível por 8000 tabelas que administram desde

a estrutura corporativa até a política de desconto oferecida aos clientes. O sistema oferece o

processamento de informações em verdadeiro tempo real ao longo da empresa onde estiver

implementado. Não é a toa que o sistema é um best-seller. Como provam os números a

seguir.

Em 1995, a SAP AG tinha mais de 6600 colaboradores ao redor do mundo. Neste

mesmo ano, a SAP liderava o mercado de softwares para ambiente cliente/servidor. Além

disso, a SAP ocupava a quinta posição no ranking das empresas de software. Hoje mais de

4000 empresas possuem o produto da SAP implementado. Um dos motivos do sucesso da

SAP é o montante investido em pesquisa e desenvolvimento e as alianças estratégicas que

forma com outros desenvolvedores de sistemas. Estes parceiros criam add-ons (programas

complementares) que suprem algumas deficiências do R/3. Este tipo de união permite que a

SAP foque seus esforços no seu principal produto.


4. ARQUITETURA DO MAINFRAME

4.1. MAINFRAME

Os Mainframes eram conhecidos como computadores de grande porte e dominavam o

mundo do processamento de informação, quando se falava em computadores era o mesmo

que falar sobre Mainframes, pois eram os únicos computadores que existiam.

O primeiro computador data o início dos anos 40, era uma máquina eletromecânica

desenvolvida em parceria com a Universidade de Haward e era conhecido como Automatic

Sequence Controlled Calculator (ASCC).

Nos anos seguintes a IBM evoluiu seus computadores, tornando-os mais ágeis,

versáteis e com mais capacidade.

O grupo Data Processing Division (DPD) foi criado pela IBM com o intuito de

desenvolver e colocar mais produtos para Mainframes no mercado, junto com isso, a

utilização de terminais de transmissão de dados contribuíram para o largo crescimento e

abrangência da utilização de Mainframes em diversos ramos.

As vantagens de utilizar um Mainframe são: capacidade, escalabilidade, integridade e

segurança, disponibilidade, acesso a grande quantidade de informação, gerenciamento de

sistema e processamentos batch e online.


4.2. COMPONENTES DO MAINFRAME

4.2.1. Memória (Storage)

Segundo Oliveira (2010), existem três tipos de memória:

Memória central: é acessada diretamente, com isso o acesso e o processamento são

rápidos. Seu tamanho depende do modelo da maquina, mas é formada por vários blocos de 4k

bytes.

Memória expandida: é acessada por meio de instruções especiais que transferem os

blocos da memória central para a expandida e vice-versa. Está presente apenas em alguns

modelos de mainframes.

Memória virtual: é vista como blocos de endereços, que é chamado de paginas. O

tamanho de cada pagina é de 4k bytes.

Existem três tipos de endereçamento de memória, que se distinguem a partir do tipo de

tradução utilizada:

Endereço absoluto: associa a localização física na memória.

Endereço real: quando é utilizado é convertido em endereço absoluto. Para cada

endereço real existe um endereço absoluto.

Endereço virtual: quando é utilizado é convertido para endereço real e depois para

endereço absoluto. Essa conversão é chamada de DAT (Tradução Dinâmica de Endereço).

O DAT utiliza dois níveis de tradução: o segment table, que é o primeiro nível de

tradução; possui varias entradas (uma para cada segmento) e cada entrada tem seu respectivo

page table. O page table, é o segundo nível de tradução, possui 256 entradas, uma para cada

pagina dentro do segment table e cada entrada consta a localização da pagina na memória.


Segue abaixo o modelo do endereçamento de memória.

Figura 3 - Endereçamento de Memória

(Oliveira 2010)

Antes de serem processadas as informações ou programas, são armazenados nas

unidades de I/O, depois são carregadas na memória central e então executadas.

Além disso, existem recursos de proteção aos arquivos existentes na memória, por

exemplo, proteção contra destruição e uso indevido de programas não autorizados.

O mais básico desses recursos é a Chave de Proteção de Memória, que faz a

comparação entre a chave de proteção e a chave de acesso.


4.2.2. Unidade de Processamento Central (CPU)

A CPU é o gerenciador no sistema, nela encontram-se as ações de interrupções,

execução de instruções e a carga inicial de sistema (IPL).

As CPU’s podem ter processos em série ou em paralelo, além de processarem números

binários inteiros, pontos flutuantes, números decimais e informações lógicas.

As instruções processadas por ela se dividem em cinco categorias: Gerais ou de Ponto

Fixo, Decimais, Ponto Flutuante e Controle (a diferença entra cada tipo será tratado mais

adiante).

Na CPU também se localiza os registradores, por exemplo, os registradores gerais e os

registradores de controle. Esses registradores estão disponíveis para os programas, mas não

possui uma representação lógica de endereço de acesso a memória.

4.2.3. Subsistema de Canal

Conforme Oliveira (2010), o Subsistema de canal realiza o controle de transferência

de dados entre as unidades de I/O e a memória. Pode-se utilizar mais de um caminho para a

transferência de dados.

O Subsistema também é responsável pelo gerenciamento do canal, por exemplo, o

teste de disponibilidade. Como o trabalho de transferência é independente da execução do

programa, ambos podem ocorrer simultaneamente.

Dentro do subsistema existem vários subcanais, e cada um desses subcanais está

conectado a apenas uma unidade de I/O. Nesse subcanal encontram-se informações sobre a

unidade de I/O correspondente, como operações de I/O e funções envolvendo essa unidade.


4.2.4. Unidades de I/O e de Controle

As Unidades de I/O nada mais são do que equipamentos externos a máquina, como,

impressoras, discos, terminais, etc.

As Unidades de Controle são responsáveis por gerenciar todas as operações das

unidades de I/O.

4.2.5. Recursos de Operador

Os Recursos de Operador são responsáveis pelo controle da máquina, são funções de

operação e controle manual da maquina.

Essas funções são de zerar, iniciar, parar, recomeçar, alterar e mostrar, por exemplo, a

chave de interrupção, chave de carga inicial e chave de reinicio, além das funções básicas,

cada modelo têm seus recursos extras.

4.2.6. Armazenamento

Os arquivos no Z/OS são chamados de datasets e são orientados a registros, além de

possuírem organizações distintas.

Conforme Oliveira (2010), os dispositivos de armazenamento secundário são

conhecidos como volumes. Esses volumes podem ser DASD (Direct Acess Storage Devices)

ou fitas; além disso, esses volumes possuem identificação, conhecido como Volume Serial

Number (VOLSER).

O DASD possui forma cilíndrica. O volume é dividido em cilindros, que são divididos

em trilhas, que são divididos em blocos; os blocos – também chamados de registros físicos –

que constituem a unidade de armazenamento em disco. Os blocos podem ter tamanhos

variados. Atualmente os DASD são baseadas em arrays de disco (RAID – Redundant Array

of Independent Disks).


Figura 4 - Segmentação DASD

(OLIVEIRA)

Para o Z/OS existem dois tipos de alocação de arquivos:

Alocação Contigua: quando é criado um arquivo, é especificado o sua alocação

primaria, que é um espaço continuo no disco. As regiões contiguas do arquivo em disco é

conhecido como Extents.

Alocação Não-Contigua: depois do arquivo criado, deve-se especificar um espaço para

crescimento posterior (alocação secundaria).


Existe também o VTOC (Volume Table Of Contens), que nada mais é do que o

diretório dos arquivos. Cada volume tem seu diretório. É na VTOC que se controla o espaço

livre do volume.

Figura 5 – VTOC

(OLIVEIRA)

O DSCB (Data Set Control Block) representa os arquivos, extents e espaços livres no

volume. Existem vários formatos, mas os principais são:

Formato-0: DSCB livre

Formato-1: Descreve os três primeiros extents.

Formato-3: Descreve o extents depois do terceiro.

Formato-4: Descreve o próprio VTOC.

Formato-5: Descreve o espaço livre.

Com o intuito de melhorar o desempenho dos acessos ao VTOC, foi criando um índice

– VTOC Index. O VTOC Index nada mais é que um dataset especial localizado junto com o

VTOC.


Mainframe IBM Z10

Em fevereiro de 2008 a IBM anunciou seu mais novo mainframe que suporta o

sistema Z\OS: o System Z10.

De acordo a IBM, o Z10, comparado ao seu antecessor, Z9 - lançado em 2005 - é 50%

mais rápido e consome 85% a menos de energia, se comparado com servidores comuns (x86),

o Z10 é equivalente a 1500 servidores, além de 100% de melhoria de desempenho para uso

intensivo de CPU.

O mainframe pode rodar Linux, XML, Java, WebSphere, e tem implementações no

trabalho com arquitetura orientada a serviços (SOA).

Figura 6 - IBM Z10

(IBM)

O que mais surpreendeu em seu lançamento foi o fato de possuir um processador de

64 bits, o POWER7, com a tecnologia 4-core e 8-core, o 64-z10 (pode possuir até 64

processadores), que suporta centenas de usuários e foi construída desde o inicio para ser

compartilhada, 4,4 Ghz de velocidade (por processador); 1,5 Terabyte de memória e 1024

canais de I/O (6 Gbps de largura de banda por canal). Seu barramento permite uma velocidade

de 172.8 Gbps.


4.2.7. Processador IBM POWER7

O mainframe IBM z10, se utiliza dos novos processadores IBM POWER7, os

mesmos, possuem versões com 4, 6 ou 8 cores, onde cada núcleo dispõe de 4-way

multithreading simultânea, o que significa que o 8-core irá apoiar um total de 32 threads

simultâneos por soquete. O POWER7 é projetado para sistemas Multisocket que escala até 32

soquetes, o que significa que um sistema de 32-socket com 8-core daria suporte a 1024

threads. A Alimentação de oito núcleos em um único soquete é bastante complicada, tanto

que isto fez com que cada POWER7 tenha um par de controladores de quatro canais de

memória DDR3 que podem suportar até 100GB /s de largura de banda de memória

sustentado.

O que também ajuda bastante para seu desempenho é a enorme memória cache de

32MB cache L3-IBM, a IBM foi capaz de inserir este cache usando um especial DRAM

incorporado (EDRAM), com isso reduzindo o custo dos transistores em aproximadamente a

metade do esperado no início do projeto.

Comparado aos processadores Intel de 8-core Nehalem, a IBM se superou, fazendo um

processador bem mais veloz, com mais memória cache e menos transistores.

Figura 7 - Arquitetura do POWER7 – 8 Core

(Ars Technica)


Segundo Jon Stokes, analista da Ars Techica, o POWER7, possui em cada um dos seus núcleos um conjunto robusto de recursos de execução.

Há 12 unidades de execução, no total, repartidos da seguinte forma:

• 2 unidades de inteiros

• 2 unidades de load-store

• 4 unidades de dupla precisão em ponto flutuante

• 1 unidade de ramo

• 1 condição de registo da unidade

• 1 unidade de vetor

• 1 unidade decimal de ponto flutuante

Conforme a opinião de Stokes, a IBM, conseguiu se superar, desenvolvendo um

“monstro”, que estará disponível para todos os segmentos, com diferentes tipos e quantidade

de processadores, memória e capacidade.

4.2.8. Orientação Política

Conforme a IBM, o Z10 possui funções para orientação política, tais como:

Gerenciamento de Autorização: Projeto com algoritmos de criptografia, as funções

permitem que os administradores ditem varias camadas de segurança e de controle, para que

apenas os usuários autorizados acessem informações confidenciais.

Gestão de Utilização: Gerenciar o uso maximo de CPU. Para isso o Z\OS gerencia

transações com base em políticas predefinidas, ajustando dinamicamente a picos e vales.

Just-in-Time: Capacidade de fornecer energia de processamento e capacidade quando

necessário. Aqui o processador automatiza o provisionamento de capacidade de

processamento quando é necessário atender as mudanças nas condições dos negócios.

Segurança de Virtualização: É o único servidor que possui a certificação EAL5, que

estabelece que as partições virtuais abertas, executando os sistemas operacionais específicos,

são as mesmas que estariam abertas caso estivesse operando outro servidor conectado ao

System z (texto retirado do artigo “IBM launches new System z10 Mainframe”, 2008).


4.2.9. Armazenamento

No quesito armazenamento, o Z10 conta com o DS8000 R3.1, que vem com a nova

tecnologia de recuperação de desastres e novos recursos.

A IBM atualizou as funcionalidades de recuperação de desastre e continuidade de

negócios para otimizar o poder do mainframe. Os clientes podem lidar com quatro vezes mais

informações em seus ambientes de mainframe com a nova versão do DS8000, quando

comparado a qualquer outro sistema de armazenamento. Pode contar também com o System

Storage TS7700 Virtual Tape fornecendo processamento aprimorado de fita ao mesmo tempo

em que suporta a continuidade e a segurança de negócio.

No que se diz respeito a discos de armazenamento, o IBM Z10, conta com arrays de

discos DASD (Direct Access Storage device) e também com a possibilidade do uso de Fitas

(TAPES). Não é possível citar um número exato da capacidade de armazenamento, já que, ela

dependerá da quantidade de discos ou fitas, que estão sendo usadas, dependendo estritamente

da forma cujo os discos estão interligados.

O DS8000 R3.1 utiliza a tecnologia FlashCopy Space Efficient, para entendê-la é

necessário antes entender o FlashCopy.

De acordo Sherman, o FlashCopy exige que todo o espaço em um volume de destino

ser alocado e disponível, mesmo se não há dados copiados e se faz necessário a atribuição

física.


Segue o modelo que demonstra o funcionamento do FlashCopy.

Figura 8 – FlashCopy

(Sherman, 2008)

Para o FlashCopy Space Efficient, ainda de acordo Sherman, utiliza apenas o número

de faixas que são necessários para gravar os dados que foram alterados durante a vigência da

relação FlashCopy, portanto, a alocação de espaço é conforme a necessidade.

Segue a esquemática de funcionamento do FlashCopy Space Efficient.

Figura 9 - FlashCopy Space Efficient

(Sherman, 2008)


A imagem abaixo mostra como é por dentro de um mainframe e onde se localiza

alguns de seus componentes.

Figura 10 - Por dentro do Mainframe Z10

(Vilela,2008)

Os Books são onde se localizam os processadores e a memória do mainframe. Abaixo

segue a imagem ampliada de um book.

Figura 11 - Book do Mainframe Z10

(Vilela, 2008)


Um módulo de multi-chip (MCM) é um conjunto de circuitos eletrônicos

especializados, onde vários circuitos integrados (CIs), semicondutores ou outros componentes

discretos são embalados em um substrato de unificação, facilitando o seu uso como um

componente único.

Figura 12 – POWER7 MCM

(IBM)

Outra dimensão do MCM, agora nas mãos de um dos colaboradores da IBM.

Figura 13 - Multi-Chip Module

(IBM)


A imagem abaixo mostra uma ampliação de um dos núcleos do chip POWER7 MCM.

Figura 14 – POWER7 MCM

(IBM)

4.2.10. Barramento

O Z10 possui diversos tipos de barramento aderidos ao subsistema de canal, tais como:

• Barramento do Processador: Utilizado pelo processador para enviar sinais para outros

componentes.

• Barramento de Cachê: Permite o acesso a memória cachê do processador.

• Barramento de Memória: Interconecta a memória ao processador.

• Barramento de I/O: Permite a conexão de periféricos.

• Barramento de Dados: Transporta instruções e dados pelo sistema.

Quanto a suporte a barramentos, o IBM Z10, aceita periféricos com barramento PCI, mas

também, dá suporte a periféricos com barramentos mais antigos.


5. SISTEMA OPERACIONAL: Z/OS

5.1. HISTÓRIA

Antes de explicar precisamente o sistema operacional Z/OS, é necessário conhecer o

que antecessou esse sistema.

O MFT (Multipromming with a Fixed number of Tasks) foi criado para ser um sistema

temporário até o MVT (Multipromming with a Variable number of Tasks) estar totalmente

pronto.

O MFT possuía um numero fixo de partições e cada partição um tamanho fixo de

memória, além de ser um sistema mais voltado para aplicações batch, suas principais

características. O MFT acabou evoluindo para o OS/VS1.

O OS\VS2 (versão 2 dos OS\VS1) acabou evoluindo para o MVT, que ao invés do

tamanho de memória ser fixo, o sistema alocava memória de acordo a necessidade. Quando a

memória virtual chegou, o sistema evoluiu para o MVS (Multiple Virtual System), onde além

de suportar aplicações batch, suportam interação com usuários on-line.

No ano 2000, a IBM anunciou a arquitetura Z/Architecture, essa nova arquitetura é de

64 bits além de ser tri modal, ou seja, além de ser 64bits, suporta a arquitetura antiga, de 24 e

31 bits.

Com essa nova arquitetura o endereço virtual ganhou mais níveis de tradução (os

region tables), também localizados na memória principal. Surgiu então o suporte a paginas de

1MB e mais espaço para a TLB (Translation Lookaside Buffer – tabela que armazena uma

fração das traduções para que não haja sobrecarga de uso na memória central).

Nessas condições surge então o sistema operacional Z\OS.

Abaixo segue uma linha do tempo das arquiteturas e sistemas operacionais.


Figura 15 - Evolução dos SO e Arquitetura

(Oliveira 2010)

5.2. IBM Z10 – SOFTWARE

Em fevereiro de 2008 a IBM anunciou seu mais novo mainframe que suporta o

sistema Z\OS: o System Z10.

O mainframe pode rodar Linux, XML, Java, WebSphere, e tem implementações no

trabalho com arquitetura orientada a serviços (SOA).

O Z10 possui funções para orientação política, elas são:

Gerenciamento de Autorização: Projeto com algoritmos de criptografia, as funções

permitem que os administradores ditem varias camadas de segurança e de controle, para que

apenas os usuários autorizados acessem informações confidenciais.

Gestão de Utilização: Gerenciar o uso maximo de CPU. Para isso o Z\OS gerencia

transações com base em políticas predefinidas, ajustando dinamicamente a picos e vales.


Just-in-Time: Capacidade de fornecer energia de processamento e capacidade quando

necessário. Aqui o processador automatiza o provisionamento de capacidade de

processamento quando é necessário atender as mudanças nas condições dos negócios.

Segurança de Virtualização: É o único servidor que possui a certificação EAL5, que

estabelece que as partições virtuais abertas, executando os sistemas operacionais específicos,

são as mesmas que estariam abertas caso estivesse operando outro servidor conectado ao

System z (texto retirado do artigo “IBM launches new System z10 Mainframe”, 2008).

5.3. ELEMENTOS E PROCESSOS

De acordo com Oliveira (2010), existem quatro estado de processos:

Parado: Não ocorrem interrupções e nem executa instruções.

Em carga: Quando é iniciada a carga inicial do sistema

Operando: Executa instruções e recebe interrupções.

Em verificação: Quando ocorre algum mau funcionamento na maquina.

5.3.1. Componentes

O PSW (Palavra de Estado de Programa) é o responsável de controlar a sequencia de

instruções e interrupções a serem executadas. O PWS nada mais é do que um campo de oito

bytes, que não são endereçáveis, associados a um processador.

Abaixo segue a imagem de uma PWS.

Figura 16 – PWS

(Oliveira, 2010)


Os Registradores de Controle, possuem informações complementares ao PWS, como

manipulação e manutenção do sistema e informações de controle (subcalesse de interrupção

externa ou de I\O, endereço do segment table, mascara de chave de acesso, etc). Os

Registradores de Controle são quatro bytes, também não endereçáveis e ligados ao

processador; existem 16 registradores.

A Gravação de Eventos de Programa (PER) permite que o programa seja alertado

sobre alguns eventos, como alteração de informação na memória, execuções de desvio, etc. O

PER auxilia na investigação, depuração ou correção de programas. Esse evento é reconhecido

pelo programa como uma interrupção.

A Carga Inicial de Programa (IPL) é um mecanismo ativado manualmente. Quando

ativado, carrega um programa de uma unidade I/O para a memória central e começa a

execução desse programa; quando isso ocorre a CPU entra no estado de processo de carga.

A DU (Unidades de Despacho) são os processos do sistema operacional, que são

entregues ao processador. Existem dois tipos de DU:

Preemptivas: São as task, conhecido também como Task Control Block (TCB).

Servem para executar os programas e consomem a maior parte do processador.

Não-Preemptivas: São as Service Request Block (SRB). São criados apenas por

programas autorizados e consomem bem menos que uma task.

A IPL também é um processo de inicialização do sistema operacional; é carregada

uma copia do Z/OS do disco para a memória e depois é executada.

Abaixo segue alguns comandos e quais são suas funções:

SYSI.SVCLIB: Contem rotinas que são utilizadas no processo de inicialização do

sistema operacional.

SYSI.NUCLEUS: Carrega uma biblioteca de programas, inclusive o núcleo so sistema

operacional.

SYSI.PARMLIB: Contem os parâmetros de configuração do sistema.

SYSI.MACLIB: Carrega uma biblioteca com as macros do sistema.

As Macros são uma sequencia predefinida de instruções.O Z/OS tem uma biblioteca

com essas macros.

Os AS (address spaces) são os espaços de endereçamento na memória virtual. Elas

podem ser de área privada ou de área comum (que podem ser compartilhadas). O AS já vem

com 2GB, mas quando é necessario ultrapassar esse tamanho é criado as Regions Tables.


5.3.2. Instruções

Instrução é um mecanismo para alterar o fluxo de instruções; o processador é

normalmente passado para o sistema operacional. É formada por duas partes:

Código de Operação: Especifica o que deverá ser executado.

Operandos: Define como a instrução será executada. Divide-se em três tipos:

Registradores: Podem ser registradores de controle, gerais ou de ponto

flutuante.

Imediato: Se localizam dentro da própria instrução.

Memória: É especificado por um registrador geral ou calculado através do

endereço da base.

Há seis formatos de instruções, mas para a maioria o código de operação ocupa um

byte.

Segue as imagens dos formatos das instruções.

Figura 17 - Formato das Instruções

(Oliveira, 2010)

As instruções podem ser de cinco tipos:

Gerais ou Ponto Fixo: não são privilegiadas; manipulam, alteram, operam, compraram

e movem dados que se localizam nos registradores gerais ou na memória.


Decimais: não são privilegiadas; realizam operações e comparações algébricas em

dados no formato decimal localizados na memória.

Ponto Flutuante: não são privilegiadas; executam operações algébricas sobre

operandos (no formato de ponto flutuante) de grande importância ou que necessitam de

resultados em alta resolução.

Controle: pode ser privilegiada ou semiprivilegiada. As privilegiadas são executadas

apenas no estado de supervisão da CPU, e as semiprivilegiadas são executadas apenas no

estado de problema da CPU, contanto que os requisitos de autorização estejam corretos.

I/O: são privilegiadas; controlam a utilização do subsistema de canal.

5.3.3. Interrupções

As interrupções ocorrem quando a CPU é interrompida por condições externas, com

isso existe a troca de estados da CPU.

O processo de interrupção ocorre da seguinte forma: quando ocorre a interrupção, a

PSW é salva com o tipo da interrupção, é carregada uma nova PSW, depois a PSW volta para

a execução com os novos parâmetros da nova PSW.

Existem seis tipos de interrupções:

Externas: A CPU responde a sinais de dentro e de fora da configuração.

Exemplos: interrupção de comparador com relógio, interrupção de relógio e interrupção de

chamada externa.

I/O: A CPU recebe condições do subsistema de canal. Essa interrupção deve ser aceita

pela CPU, caso contrario, essa interrupção fica pendente. A CPU só pode aceitar uma

interrupção de I/O por vez e o critério estabelecido é a prioridade.

Verificação de Maquina: Ocorre quando há um mau funcionamento na maquina. Essa

ocorrência é reportada a CPU, no intuito de ajudar o sistema a detectar o erro.

Programa: Ocorre quando há um erro no programa.Os erros e eventos são reportados a

CPU.

Reinicio: Ocorre quando é chamada a execução de um programa especifico. Pode ser

iniciada por ativação manual ou pela sinalização de processos.

Supervisão: Ocorre quando é executada a instrução SVC (Supervisor Call). A PSW

corrente é salva na memória real e é carregada uma nova PSW, também na memória real.


Segue a imagem do SVC.

Figura 18 - Interrupção SVC

(Oliveira, 2010)

O processo de interrupção ocorre da seguinte forma: a PSW que está sendo executada

é interrompida e salva como está. Após isso, é carregada uma nova PSW, essa nova PSW

contem a nova instrução que deverá ser executada.

Quando é carregada uma nova PSW é chamado uma rotina. Essa rotina é a FLIH (First

Level Interrupt Handlers) é a responsável pelo salvamento da DU, analise da interrupção e

repassa o controle para uma rotina de serviço.

5.4. GERENCIAMENTO DE MEMÓRIA

As principais macros para esse gerenciamento são a Getmain e Freemain.

Getmain : Requisita uma região da memória virtual, mas a memória real não é alocada

inicialmente.

Freemain:É praticamente o contrario da getmain, ou seja, libera a região alocada pela

getmain. Caso ocorra uma fragmentação durante a deslocação, às vezes se faz necessário uma

IPL.

Também existem outras macros, como por exemplo:

Storage: É uma macro recente e sua função é a alocação de memória virtual.

IARV64: Essa macro é utilizada quando a AS ultrapassa os 2GB.


5.5. GERENCIAMENTO DE PROCESSOS

No gerenciamento de processos as principais macros são Attach, Schedule e Abend.

Attach: Cria uma nova task. Essa nova task criada passa a ser filha da taks que

executou a macro. A task-mãe deve esperar a task-filha termina de executar para depois

continuar sua execução.

Schedule: Cria uma nova SRB, mas isso só pode ser utilizado pelo sistema

operacional.

Abend: Com essa macro se encerra a TCB e a SRB, geralmente é solicitada pelo

sistema operacional.

5.5.1. Comunicação entre Processos

As macros Wait, Post, Enq e Deq são os serviços de comunicação.

Wait e Post são usadas para esperar e sinalizar um evento, para isso é utilizado o ECB

(Event Control Block), que é um bloco de controle em memória.

Abaixo segue um exemplo de utilização do wait e post.

Figura 19 - Exemplo de Wait e Post

(Oliveira, 2010)


Enq e Deq solicitam a serialização e liberação de um recurso. Esses comandos

utilizam o GRS (Global Resouse Serialization), que é o principal mecanismo de serialização.

Com o Enq é possível solicitar um recurso compartilhado ou exclusivo.

5.6. GERENCIAMENTO DE PROGRAMAS

As principais macros de serviços de programas são Attach, Link, Xctl, Load e Delete.

Attach: Cria uma nova task.(Vide melhor explicação na pag 32).

Link: Solicita a execução de um novo modulo, pela mesma task. Depois , o controle é

devolvido para o programa que o solicito.

Xctl: Como o Link, também executa um novo modulo, mas depois controle não é

devolvido ao programa que o solicito.

Load: Onde se obtém o endereço de um novo modulo na memória central. Isso ocorre

quando um programa solicita a execução de outro programa e este deve ser carregado na

memória central.

Segue uma ilustração das macros Attach, Link e Xctl.

Figura 20 - Attach, Link e Xctl

(Oliveira, 2010)


Delete: Responsável pela remoção do modulo da memória.

Para que ocorra a passagem de controle entre os programas é necessária uma

conversão do uso dos registradores, que é chamada de Linkage Convertions.

Abaixo uma ilustração da Linkage Convertions.

Figura 21 - Linkage Convertions

(Oliveira, 2010)

5.7. GERENCIAMENTO DE E/S

A primeira coisa que deve ser feito para um arquivo ser processado é aloca-lo. Alocar

nada mais é do que converter logicamente o dataset da aplicação e já resever seu espaço em

disco.

Existem dois tipos de alocação:

Job Step: Essa alocação ocorre antes que o programa comece executar. Mais especifica

para processos Bach

Dynamic Allocation: Essa alocação ocorre durante a execução do programa.

As principais macros do gerenciamento se E/S são:


Open: Prepara um dataset para ser processado, para isso é gravado no endereço uma

rotina d método de acesso ao DBC.

Close: Sinaliza o termino do processamento do dataset.

Read e Get: Server para ler os registros de um dataset. Apenas os serviços de método

de acesso são diferentes um do outro.

Write e Put: Server para escrever os registros de um dataset. Apenas os serviços de

método de acesso são diferentes um do outro.


Aplicação do Mainframe com Z/OS para o Negocio

A empresa ABC trabalha com um grande volume de dados todos os dias.

Os processos mais demorados como BKP,são realizados a noite e tem em media

duração de 3 horas. Esse BKP é feito em fitas IBM, que ficam armazenadas num cofre anti-

incendio.

Outro processo realizado a noite é a comparação entre os sistemas web e o SAP. É um

processo realizado a partir de um comando do operador e sempre executado durante a noite

(na madruga do dia do balanço) e dura em torno de 4 horas.

Os processos com maior prioridade são sem duvida os pedidos de venda e o

faturamento dos mesmos. Apenas no dia do balanço, onde não é realizado nenhum pedido de

venda, que os processos que tem maior prioridade são o faturamento e controle de estoque.

Com esse modelo de mainframe, o z10, é possível trabalhar com 100% de consumo de

CPU, o que melhora a performance dos sistemas que rodam nele, principalmente nos dias de

balanço e/ou quando a uma demanda muito grande de pedidos de venda.


Glossário de Termos

E-commerce: Sistema voltado para o comercio eletrônico. Integração da comunicação digital

com o negocio de uma empresa. É através dele que é possível a compra de produtos pela

internet.

IBM: International Business Machines, antiga CTR. Empresa criadora das maquinas

mainframe. Presente há muitos anos no mercado e em mais de 150 países.

I\O: Entrada e saída de algum dado, alguma informação.

Java: Linguagem de programação orientada a objeto.

Linux: Termo geralmente usado para designar qualquer que utilize o núcleo Linux.

Ponto Flutuante: Um formato de representação digital de números reais, que é usada

nos computadores.

Processo Batch: São processo que demandam muita CPU, processos mais lentos.

Quad-core: Processador de 4 Núcleos.

SAP: Sistema ERP criado pela empresa SAP.

XML: É uma recomendação da W3C para gerar linguagens de marcação para necessidades

especiais

WebSphere: o nome de uma família de softwares da IBM para criação e execução de

aplicações baseadas no padrão Java J2EE


Referência Bibliográfica

OLIVEIRA, S B de ; SOARS, J A; WIDMAR, J; PINESCHI, E. Introdução a

Arquitetura de Mainframe e ao Sistema Operacional Z/OS. São Paulo: Ciência

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modelos_de_redes_de_computadores_de_grande_porte.html. Acesso em: 18/10/2010

Sistemas Operacionais e Arquitetura Zos

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