大型主机应用上的开放系统和中间件 2011 年度教育部 -IBM 精品课程

1. 大型主机应用上的开放系统和中间件2011年度教育部-IBM精品课程大型主机应用上的开放系统和中间件2011年度教育部-IBM精品课程 同济大学软件学院 唐剑锋 billtangjf@gmail.com

2. 目录 • 第1章 IBM主机系统简介 1.1 IBM主机发展历史 1.2 IBM主机技术上的大改进 1.3 大型机服务器的特点 • 第2章 IBM主机系统和开放平台的差异对比 2.1 IBM主机系统的特点 2.1.1封闭性 2.1.2成本 2.2.3结构体系 2.2 IBM主机系统的优势 2.3开放平台特点 2.4 本书基于的主机系统及开放系统基本配置 • 第3章 新一代主机开发环境简介 3.1 zLinux简介 3.2 z/OS USS简介 3.3基于Java的主机应用开发- RDz简介

3. 第4章 DB2 for z/OS和VSAM简介 4.1 DB2 for z/OS与DB2 for LUW的比较 4.2 关系型数据库DB2与VSAM的比较 • 第5章 主机的交易管理 • 第6章 COBOL+CICS+VSAM和COBOL+CICS+DB2程序开发 6.1 COBOL+CICS程序编写规范 6.2 COBOL+CICS样例程序开发 6.3 COBOL+CICS+VSAM样例程序开发 6.4 COBOL+CICS+DB2样例程序开发 • 第7章 应用CICS Web Support实现以IP直连访问主机应用 7.1 CICS Web Support概述 7.1.1 为什么要使用CICS Web Support 7.1.2 CICS Web Support中的组件 7.1.3 Business Logic Interface

4. 7.2 CICS Web Support对HTTP请求的处理 7.2.1 CICS如何处理HTTP的请求 7.2.2 CICS Web绑定处理 7.2.3 CICS Web Support Analyzer 7.2.4 基于HTTP处理请求的实现 7.3 CICS Web Support对非HTTP请求的处理 7.3.1 TCPIPSERVICE的定义 7.3.2 非HTTP请求Analyzer的实现 7.3.3 User Program的改变——应用BLI接口获得请求数据 7.3.4 CWS非HTTP请求的应用实现 • 第8章 应用CTG实现J2EE应用与CICS的互连 8.1 为什么要使用CTG 8.2 CICS Transaction Gateway中的基本组件

5. 8.3 CICS Transaction Gateway接口 8.3.1 External Call Interface 8.3.2 External Presentation Interface 8.4 TCP/IP到CICS的连接 8.4.1 TCP/IP在CICS中的定义 8.4.2 TCP/IP在CTG中的定义 8.5 应用JCA构建J2EE应用与CICS应用之间的连接 8.5.1 方案一：J2EE连接架构 (JCA)的CCI接口 8.5.2 方案二：Web服务调用框架 (WSIF) 8.6 基于CTG JCA的应用实现 • 第9章 应用CTG实现J2EE应用与CICS互连的案例分析 9.1 测试CTG与CICS服务器的连接 9.2 使用CTG实现Java客户端应用程序与CICS的互连 9.3 使用CTG实现WAS应用程序与CICS的互连

6. 第10章 应用CICS Web Service实现CICS程序的Web服务封装 10.1 课题背景 10.1.1 概述 10.1.2 互连网发展状况及其应用 10.1.3 本章研究内容的意义 10.2 SOA与Web服务 10.2.1 SOA简介 10.2.2 Web服务技术 10.2.3 Web服务标准协议 10.2.4 SOA 与Web服务之间的关系 10.3 CICS与Web服务 10.3.1 CICS简介 10.3.2 CICS中的 Web服务

7. 第11章 应用CICS Web Service实现CICS样例应用程序Web服务封装的案例分析 11.1 案例背景介绍 11.2 实现主机端样例应用程序 11.3 建立并安装CICS Web Service支持环境 11.4 在RAD中测试CICS Web Service 11.5 在WAS中测试运行CICS Web Service程序 • 第12章 应用服务流建模将基于3270的CICS应用发布成Web服务 12.1 为什么要使用服务流建模 12.2 Service Flow Modeler介绍 12.3 应用Service Flow Modeler构建简单的SOA应用 12.3.1 原始的CICS 3270应用 12.3.2 导入屏幕定义，建立屏幕识别特征 12.3.3 录制SFM流 12.3.4 生成部署属性文件 12.3.5 将生成的业务流代码部署到CICS 12.3.6 测试运行场景 • 参考文献

8. 第1章 IBM主机系统简介

9. 1.1 IBM主机发展历史 • IBM主机系统发展年表如下： • 1948年，IBM开发制造了基于电子管的计算机SSEC； • 1952年，IBM公司生产的第一台用于科学计算的大型机IBM 701问世，701字长36位，使用了4000个电子管和12000个锗晶体二极管，运算速度为每秒20000次； • 1953年，IBM又推出了第一台用于数据处理的大型机IBM 702； • 1956年，IBM继续推出701与702的后继产品704和705； • 1958年，IBM推出了大型科学计算机7090，并实现了晶体化； • 1960年，IBM将7000系列全部晶体化，并制造了7094－1大型科学计算机和7040、7044大型数据处理机； • 1961年，IBM完成了第一台流水线计算机STRETCH(IBM7030)； • 1964年4月7日，IBM公布了360系统，成为计算机发展史上的一个重要里程碑；System/360是5种不同型号计算机的统称（也就是系列机的思想）； • 总之，在1955年到1965年这10年间，美国名牌大学与大公司使用的计算机大多数是IBM 704到IBM 7094这些机器。

10. 1970年六月，IBM正式发布了System/370的155和165两种型号； • 1972年八月，IBM推出的S/370－158和168系统采用了虚拟存储器技术和多处理技术。所谓多处理技术是指两个以上的处理器装在一个计算机系统中共同工作； • 1981年，IBM公布了扩展的S/370体系结构(370－XA)，将地址线位数从24位增加到31位，大大增强了S/370的寻址能力； • 1988年，IBM对S/370的体系结构作了进一步的改进，发布了ESA/370； • 1990年9月，IBM开发了ESA/390，ES/9000和S/390系列计算机系统，采用ESCON等新技术； • 1994年，在扩展ES/9000产品系列的基础之上，IBM发布了System/390（简称S/390系统），引进了并行复合系统环境下的并行处理和CMOS技术的应用； • IBM eServer zSeries－—更开放,更可靠； • 2000年，z/900（2064），主存最多64G； • 2003年，z/990（2084），主存最多256G； • 2005年，z9-109（2094），主存最多支持512G； • 2007年，z11诞生；

11. 1.2 IBM主机技术上的大改进 • IBM大型主机在技术上的大改进表现如下： 1.S/360系统 • 从应用角度来看，克服了第二代计算机性能单调的弱点，集科学计算、数据处理和实时控制功能于一身，确立了通用性； • 从生产角度来看，实现了系列化； • 从发展角度来看，既采用了新的技术（微程序和通道等），又留有继续发展的余地； • 从使用角度来看，360在建立计算机系统的继承性上起了开创性的作用。 2.虚拟存储器技术 • 主机系统中虚拟存储体系的组成如下图1-1所示。

12. 如上图所示，在主机系统中整个虚拟存储体系由8层组成，分别如下：如上图所示，在主机系统中整个虚拟存储体系由8层组成，分别如下： • 寄存器：是速度最快的存储介质，但数量较少，用于存放当前正在执行的指令和正在使用的各类数据。它位于CPU内部，其中通用寄存器为32位，浮点寄存器则为64位。 • 高速缓冲器：位于CPU内部，由高速半导体存储线路组成，其中存放的是下一批待执行的指令。 • 二级高速缓冲器：不在CPU内部，主要功能是自动地从它的下一层存储器获取信息并传送到上一层的缓存中，其目的是更快地将信息从主存提出送到缓存。 • 主存：是整个存储系统的主角，位于CPU外部，所有经过CPU和I/O通道的信息都必须存放于此，其容量远远大于以上各层存储器，但访问速度仍然很快。 • 扩展存储器：其目的是降低整个存储系统成本的同时又不降低太多的性能，它由超大规模的半导体存储线路矩阵组成，作为主存的补充。 • 在S/390的有些型号中，扩展存储器实际上是主存的一部分。一些还要使用但不是马上要用的信息都会自动地存入扩展存储器中。一旦这些信息又要被使用时，它们将立即被送回到主存，以便CPU随时使用。

13. 直接访问存储设备（DASD）：即磁盘存储器。在S/390中，磁盘存储器一般可以分为两类：一类是带有高速缓存的，另一类则不带高速缓存。磁盘存储器同I/O设备一样，也是通过S/390的I/O通道或系统总线与系统相连。直接访问存储设备（DASD）：即磁盘存储器。在S/390中，磁盘存储器一般可以分为两类：一类是带有高速缓存的，另一类则不带高速缓存。磁盘存储器同I/O设备一样，也是通过S/390的I/O通道或系统总线与系统相连。 • 由于它利用磁介质存储信息，即使在关掉电源后信息也不会丢失，因此也称为永久性存储器。 • 光盘存储器：利用光技术获得极高的记录密度，是一种比磁盘速度低的随机存储器，也可以长期保存信息。 • 磁带存储器：磁带存储器往往是作为磁盘存储器的备份，是一种低成本高速度的存储媒体，对于存储一些档案文件非常适合。

14. 3.多处理器技术 • 多处理器技术是指两个以上的处理器装在一个计算机系统中，共同工作。 • 主机系统的体系结构如下图1-2所示，图中的CP即代表中央处理器。 4.CMOS技术 • CMOS技术即互补金属氧化物半导体技术。与双极型技术相比，CMOS技术有了显著的提高，一个芯片中可以容纳450000个电路。其他优势在于： • 散热的优越性； • 成本的降低； • 体积的减少。

15. 5.Parallel Sysplex • Parallel Sysplex的全称是Parallel System Complex，中文翻译是并行复合系统。并行复合系统是指在一个或者多个处理器中运行两个或两个以上的OS/390操作系统。并行复合系统中有一个核心部件叫XCF（Cross-System Coupling Facility），它允许一个系统中的特许程序与该系统中的其它程序或者其它系统中的程序进行通讯。 • S/390并行复合系统应用新的结构设施，可以充分利用至多32台计算机，而且今后利用的台数还可以增加。 • S/390并行复合系统可以使得许多计算机协作工作，如同一台完整的计算机系统一样。它们有统一的时标参考系，将所有的数据作为一个整体来对待，随时可以共享，并且在进行这些工作时，它的这种结构对用户，对网络，对应用程序乃至操作管理程序来说都是透明的。 • 在并行复合系统中，似乎只有一个计算机系统在工作而不是多台计算机系统在协同工作，所以它的优点十分明显。例如原有的应用程序可以不经任何的修改即可以在上面运行。它可以连续不断地运行，能进行动态的工作负载平衡以及数据的整体共享等等。

16. 6.体系结构的改进 • ESCON(企业系统连接结构)：这是一种新的输入输出结构，应用光缆，利用光通讯而不是传统的电子讯号； • 加密结构：在S/390中，计算机通过集成密码特征来实现对计算机中的信息进行加密或解密，以防止信息被非法访问； • 子系统存储保护：防止诸如CICS等子系统对存储器的干扰，这个功能由操作系统和子系统共同提供； • 数据压缩：是指S/390在硬件级上提供数据压缩，其速度是软件压缩的5倍以上； • 异步数据转移结构（ADMF）：利用I/O处理器更有效地实现中央存储器与扩展存储器之间的信息移动，以空出处理器来完成其它任务； • DB2排序增强：允许使用硬件完成DB2的排序算法。

17. 1.3 大型机服务器的特点 1.正向兼容 • 所谓正向兼容即指原有S/370的软件可以在S/390中运行。这包括：汇编级用户程序，高级语言开发的软件产品，数据库和操作系统，通信和联网的标准、规范、操作方式等。 2.向量处理 • 过去IBM的大中型机没有专门的向量处理指令，但有健全的浮点和整数运算，因此用软件的办法解决向量运算。 • 为了在大中型通用机系统上有效解决向量运算，IBM在通道上加接数组处理器（AP），和CPU组成松散的协同关系，这种方法已使用近二十年，对处理FFT等问题十分方便。 • S/390系列有多种机型，其中多数机型均可配置向量运算装置。例如中档机器320型(相当于4381)就可以在中央处理机增配向量运算部件。在最高档的900型则可同时配置六个向量运算装置，一个向量装置的处理能力为23 MFLOPS。

18. 3.ESCON通道 • IBM大型机采用了新的通道体系结构ESCON(全称Enterprise System Connection Architecture)。其实最早在大型机中使用光纤的并非IBM，日立公司在1987年前就开始用光纤连接大型机系统，只是没有形成光纤通道为基础的体系结构。 • IBM在S/390中采用了ESCON，已远远超过使用光纤技术，而是在通道结构上做了较大的变革。 • 这是一种新的输入输出结构，它定义了一套规则，使存储器子系统、控制部件、通讯控制部件等I/O设备都通过这套规则与处理器相连接。 • ESCON使用光缆通讯，而不再使用电信号。使用光纤通信后，不仅大大提高了I/O设备和通道之间的信号传输速度，而且还可以把I/O设备放置在远离处理器几十公里以外的地方。

19. 4.保密硬件措施 • 在S/370系统中，加密和解密均由系统软件解决，速度慢并且增加系统开销。在S/390中则提供了密码特性件(Cryptographic Feature)。 • 保护企业内部信息资源，保证信息在传送和存放中不受破坏或被外界盗用是十分重要的。在企业内部由大型机，中小型机以及各基层部门使用的工作站等连成一个庞大的体系中，安全保护就更为重要。 • 当然，仅仅提高机器本身的可靠性还不够，还需在S/390中采取抗干扰，抗病毒侵入的硬件安全装置。 • 当各个部件之间交换数据时，对于发送方，由其硬件密码装置将信息加密后再发送(在企业内可通过光纤)。而对于接收方，则在接收后由主机的密码装置解密。 • 这种密码装置效率非常高，每秒可处理1000笔资料，密码装置涉及到个别专用指令或固化操作逻辑和中断等。 • 系统软件也有相应模块，例如RACF软件产品，则可以进行用户认证和资源授权检查。

20. 5.64位地址编码 • 在S/370的XA体系结构中已使用31位编码地址，S/390则规定所有机型都是31位地址结构，直接寻址范围可达2GB字节，大大增加了用户程序及数据的可用虚存空间。 • 2000年IBM发布了z/Architecture的z900，开始支持64位地址，地址空间从2GB到16Exabytes，最大64GB内存空间。 • 其实S/390的应用矛盾不在于单个的虚存空间有多大，主要矛盾在于需要解决多个虚存空间同时使用和工作，强调多个虚存空间的横向关系。

21. 6.Cache缓冲技术的改进 • 使用Cache的目的是为了缓解中央处理器指令执行周期和主存速度的匹配矛盾。Cache技术首先在IBM 360/85型计算机中使用，后来在巨型机中又使用了二级Cache技术。 • 由于通道数目的增加，大大增加了访问主存的频率，特别是在多个CPU结构中，各CPU同时访问主存带来的速度矛盾，多路竞争矛盾和信息副本的矛盾，使得过去那种以主存为中心辅之以单级Cache的存贮体系无法满足大型机的性能要求。为此在S/390中高档的机型都使用了两级Cache技术。每一个中央处理机使用一个256K字节的一级Cache，但是把数据和指令分开，二者并行工作。在多机结构中，一级Cache的信息由二级Cache提供，二级Cache的容量高达4MB，二级Cache再和主存交互。

22. 7.供电系统的改进 • S/390系列各型号均采用50/60赫兹市电直接供电方式。气冷柜架式的多个机型使用了电池备份供电，一旦电源切断，电池可以继续工作5分钟。其他机型则使用一种新的可靠性高的电源。 8.提高存储器检测/纠正功能 • 在S/390中，不仅主存部分和高速缓存部分普遍使用海明码，而且在扩存部分使用了检测三位错并纠正两位错的装置。 • 此外，还在机器信息存取装置上、传递通路上、信息转换装置甚至运算部件上安置了上千个自动纠错装置。这样做的目的不仅可以克服偶然出现的随机性错误的干扰，从硬件角度看又起了冗余作用，不会因某个硬件器件的损坏而影响系统正常运行。

23. 9.关键部件的备份工作 • 在S/390中，许多关键部件都实行双部件冗余工作，其中一个部件出现故障，另一个立即自动切换上去。例如一个电源出现故障，系统立即切换到另一个电源部件增加输出维持工作。其他的冗余设计方法在中央处理器内部也有采用。这些主要是从S/390系统的应用范围来考虑的。 • 10.外部设备的动态再配置功能 • 如果要增加或更换外部设备，可以不必停机，而是在系统运行中进行。IBM为此将MVS的某些控制程序以微码形式固化，以保证这种动态再配置工作不影响系统正常运行。 • 在一个大企业内部由多台机器构成一个整体时，这种自动再配置功能的优越性能显著地体现出来。