Mainframe System z Computing

Hardware, Software und Anwendungen

Paul Herrmann

• Publisher: De Gruyter Oldenbourg
• Year: 2020
• eBook ISBN: 9783110620948
• Edition: 1
• Topic: Informatik
• Subtopic: IT-Industrie

Großrechner treten zunehmend wieder in den Vordergrund im Rahmen von Server-Konsolidierungsmaßnahmen und Cloud Computing. Typische Einsatzgebiete sind die hochzuverlässige Verarbeitung von Massendaten(Kundendaten von Versicherungen Flugbuchungssysteme, ERP-Systeme). Das Buch beschreibt die Grundlagen der Rechnerarchitektur sowie Betriebssysteme und Sprachen. (JCL, Rexx, Bluemix z/OS Connect EE). Viele Beispielanwendungen ergänzen die Theorie.

1 Einführung

1.1 Motivation

Client/Server-Server bestimmen momentan maßgeblich unser Internet-Computing. Dabei spielt die Cloud eine übergeordnete Rolle. Server sind in unterschiedlichen Größenordnungen verfügbar. Kleine Server werden häufig auf der Basis von Intels x86-Architektur und eines Windows-Betriebssystems realisiert. Auf den meisten größeren Servern werden Unix-Betriebssysteme eingesetzt. Dabei findet auf der Hardware-Seite neben der x86-Architektur vor allem die IBM-Power-Architektur Anwendung. In den Rechenzentren großer Unternehmen, vor allem bei Banken und Versicherungen, dominieren meist Mainframes, basierend auf IBM-z/Architekturen.

IBM ist mit großem Abstand Marktführer im Mainframe-Bereich. Schätzungsweise 85–90% des Marktes werden von IBM beherrscht [52]. Ansonsten spielen vor allem Unisys mit den ClearPath Mainframes, Fujitsu mit der BS2000/OSD-Serie, HP mit den Integrity-NonStop-Servern und Bull mit der Novascale-Serie eine Rolle. Historisch bedingt sind unter anderem auch noch Systeme weiterer Firmen wie Hitachi im Einsatz. Im Gegensatz zu IBM setzen Unisys, Fujitsu, HP und Bull vor allem aus Kostengründen in ihren Mainframes Intel-Xeon- und Itanium-Prozessoren ein.

IBM bezeichnet seine Hardware als System z. Die Vorgänger dieser Rechner waren die so genannten S/390-Systeme. Derzeitige System-z-Implementierungen werden als zEnterprise Edition (EE) bezeichnet. Als Betriebssystem wird meist z/OS Version 2.1/2.2 eingesetzt. System z und z/OS weisen gegenüber S/390-Rechnern und OS/390 eine 64-Bit-Unterstützung auf. Die Weiterentwicklung auf eine 64-Bit-Architektur ist in einigen Bereichen wie zum Beispiel in der Speicherverwaltung und bei Datenbank-Anwendungen ein sehr wichtiger Aspekt.

Zur Vereinheitlichung werden ausschließlich die aktuellen Bezeichnungen System z für die Hardware und z/OS für das Betriebssystem verwendet. In vielen Fällen ist das Erläuterte jedoch ebenso für die ältere S/390-Architektur und OS/390 gültig. z/VSE (Virtual Storage Extended) ist ein weiteres Betriebssystem für IBM-Mainframe-Computer. Die Entwicklung findet hauptsächlich in Deutschland bei der IBM Deutschland Research & Development GmbH statt. Es ist nicht so weit verbreitet wie z/OS, es ist aber schlanker und schneller als z/OS und wird meist auf kleineren Systemen verwendet. z/VSE ist der Nachfolger von VSE/ESA, VSE/SP, DOS/VSE, DOS/VS und DOS/360. Die Wurzeln von z/VSE liegen also in den 1960er-Jahren und dem System/360. Die neuste Version von z/VSE Release 6.2 ist seit 1. Dezember auf dem Markt verfügbar. Die Schnittstelle für Batch-Prozesse ist JCL (Job Control Language). Ebenso gibt es eine Schnittstelle für z/VSE-Konsole-Operatoren. CICS ist einer der am weitesten verbreiteten Transaktions-Monitore und ist sehr verbreitet bei z/VSE-Kunden. CICS unterstützt heute auch neueste Innovationen wie z. B. Web-Services. Mit z/VSE V6.1 wurde eine neue CICS-Version eingeführt. DB2 ist auch für z/VSE verfügbar.

z/VSE unterstützt ebenso wie z/OS traditionelle 3270-Terminals als Benutzerschnittstelle. Die meisten Kunden haben aber inzwischen damit begonnen, Zugriffe mittels Webbrowser zu ihren Anwendungen zu realisieren. Die TCP/IP-Implementierung ist aus historischen Gründen ein separat zu bezahlendes Produkt und wird in zwei verschiedenen Versionen von zwei Softwareherstellern angeboten. Die meisten Kunden verwenden heute TCP/IP.

1.2 z-System

Großrechnern hängt noch immer das Image veralteter Technologie an. Es wird dabei die Renaissance ignoriert, die in den vergangenen Jahren stattgefunden hat. Zahlreiche Neuentwicklungen der Firma IBM haben dazu geführt, dass besonders Rechner der z/Architektur eine technologische Spitzenposition einnehmen. Dies gilt sowohl für die Hardware als auch für das z/OS-Betriebssystem und seine Subsysteme. System-z-Rechner spielen nach wie vor eine wichtige Rolle als Internet-Server.

Von den weltweit größten 2.000 Unternehmen setzen weit über 90% einen System-z-Rechner als ihren zentralen Server ein. Der Rest verteilt sich auf Unix-Cluster der Firmen HP, IBM und Sun, Fujitsu-BS2000/OSD-Rechner sowie einige Spezialanbieter. Genauso wie im Privatbereich der PC dominiert, kann man davon ausgehen, dass ab einer gewissen Unternehmensgröße der zentrale Server als z/OS-Rechner implementiert wird.

Etwa 2/3 aller weltweit relevanten wirtschaftlichen Daten werden im EBCDIC-Forma auf Rechnern der z/Architektur gespeichert. 60% aller vom Web aufrufbaren, wirtschaftlich relevanten Daten befinden sich auf Mainframes [2]. Es dominieren Datenbanken wie DB2, IMS, Adabas, Oracle und VSAM.

Führende Beratungsfirmen wie Gartner, Metagroup und IDC bescheinigen den System-z-Rechnern eine Spitzenposition in Bezug auf Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Skalierbarkeit, Ein-/Ausgabe-Datenraten und Rechenleistung in kommerziellen Anwendungen. Als Beispiel ist eine Analyse der Gartner Group wiedergegeben (siehe Abbildung 1.1). Die Bewertung für die einzelnen Eigenschaften erfolgte über eine Punkteskala von 1 bis 15, wobei 1 das schlechteste und 15 das beste Ergebnis darstellt.

Abbildung 1.1: OLTP/DB Evaluation Model, Technology Comparision (Gartner Group, Sept. 1999).

Kommerzielle Anwendungen auf Großrechnern sind durch ihre Zuverlässigkeit gekennzeichnet. Nicht selten besteht der Code bis zu 90% aus (erprobten) Recovery-Routinen.

Es wird geschätzt, dass etwa 10 Millionen Mannjahre in die Entwicklung von unternehmenskritischen z/OS-Anwendungen investiert wurden. Das bedeutet eine Investition von etwa einer Billion US-Dollar in z/OS-Anwendungssoftware. Die so entstandenen Anwendungen laufen zuverlässig und problemlos. Es existieren weder die Motivation noch die finanziellen Mittel und das erforderliche Personal, um diese Anwendungen auf eine „moderne“ Sprachumgebung umzustellen. Im Zusammenhang mit der Jahr-2000-Umstellung bestand die Gelegenheit, die „Altlasten“ durch „moderne“ Hard- und Softwarestrukturen zu ersetzen. Hiervon wurde jedoch nur selten Gebrauch gemacht [3, 48].

Die Wartung und ständige Anpassung an sich ändernde Unternehmensbelange stellen einen erheblichen Kostenfaktor für die Unternehmen dar. Dabei stellt sich heraus, dass Wartungskosten für COBOL-Programme deutlich niedriger liegen als für C++-Programme. Die Jahr-2000-Umstellungs-Kosten pro Function Point betrugen im Durchschnitt für alle Sprachen 45 $; für Cobol-Programme lagen sie bei 28 $ [48]. Es werden deshalb auch sehr viele neue Anwendungen in COBOL geschrieben. Daneben hat Java eine wachsende Bedeutung im Großrechnerbereich erlangt.

Die existierende Menge an COBOL-Programmen besteht aus etwa 180 Milliarden Code-Zeilen mit einer jährlichen Zuwachsrate von 5 Milliarden Code-Zeilen [3]. Nach [69] sind derzeitig 200 Milliarden Zeilen CICS-Code in Benutzung.

Ab einer gewissen Anzahl angeschlossener Bildschirmarbeitsplätze sind für einen z/OS-Cluster die Kosten pro Benutzer deutlich geringer als bei einem Unix-Cluster. Mit wachsender Größe der Installation wächst dieser Kostenvorteil zugunsten von z/OS. Die Kosten setzen sich nicht nur aus denen für Hard- und Software zusammen. Besonders die Kosten für die Administration und die Wartung sind günstiger [76].

Bei einer Anfrage an den DV-Verantwortlichen einer deutschen Großbank, wann er seine z/OS-Anwendungen durch eine „moderne“ Technologie zu ersetzen gedenke, antwortete dieser, er glaube nicht, dass dies in den nächsten 50 Jahren geschehen werde.

1.3 Technologische Führungsposition

Die z/Architektur ist historisch-technologisch in Jahrzehnten gewachsen und hat Wurzeln, die bis in das Jahr 1964 zurückreichen. Während dieser Zeit wurde eine sehr gute Rückwärtskompatibilität bewahrt. Diese Wurzeln führten zu der weit verbreiteten Meinung, dass die System-z-Hard- und Software-Technologie veraltet sei und über kurz oder lang aussterben würde.

Die führende Marktposition der System-z-Rechner im kommerziellen Großrechnerbereich ist vor allem auf Hardware- und Software-Technologie-Eigenschaften zurückzuführen, über die andere Rechner (noch) nicht verfügen. Auch in der Vergangenheit war System z gegenüber den Mitbewerbern technologisch immer um einiges voraus. Beispiele für führende technologische Eigenschaften sind:

• die sehr tragfähige z/Architektur, die heutigen Anforderungen gerecht wird und auf der dennoch auch jahrzehntealte Software noch problemlos läuft
• fortschrittliche Hardware-Technologien, vor allem in der Ein-/Ausgabe-Architektur
• das Parallel-Sysplex-Konzept und die Skalierung mithilfe der Coupling Facility
• weitreichende Partitionierungs- und Virtualisierungsmöglichkeiten
• ein Goal-orientierter Workload-Manager
• sehr leistungsfähige Business-Software wie der CICS-Transaktionsmonitor, der WebSphere Web Application Server und die Message Queueing Software WebSphere MQ

IBM ist seinerseits der umsatzstärkste Serverhersteller der Welt. Das US-amerikanische Unternehmen, das einst für seine PCs bekannt war, hat sich zu einem Zulieferer einiger der gefragtesten Mainframes der Welt entwickelt. Seine Premium-Serverprodukte werden häufig für Banken, Sicherheitssysteme, Casinos und andere Zweige in der Wirtschaft und Technik verwendet, die eine hohe Datenverarbeitungskapazität und Zuverlässigkeit erfordern. Bei Servern für Rechenzentren lag IBM 2017 mit einem weltweiten Anteil von 8,3% nach Angaben des Research-Anbieters IDC auf Platz drei hinter Dell und HP.

Obwohl IBM bei Chips nicht direkt mit Intel konkurriert, hat sich IBM durch sein eigenes Design von der Masse abgehoben. Konkurrenten wie Dell, HP, Lenovo Group und Inspur verwenden Chips von Intel oder Advanced Micro Devices (AMD). Danny Kuo, Analyst bei der International Data Corporation (IDC), vertritt die Meinung, dass IBM allgemein als der Rolls-Royces des Mainframe-Serversegments betrachtet wird. Das spiegelt sich auch in den Kosten wider. IBM-Mainframes können zwischen 300.000 und 1 Million bzw. 2 Millionen US-Dollar pro Set abrufen, während typische HP- und Dell-Optionen, die auf Intel-Chips basieren, rund 7.000 US-Dollar kosten.

IBM hat inzwischen Interesse daran angemeldet, dass TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) Chips für die nächste Server-Generation (z15) produziert, und folgt einem ähnlichen Schritt von AMD, das einen Anteil von 2% am Servermarkt hält. AMD gab am 6.11.2017 bekannt, dass es die 7-nm-Technologie des taiwanesischen Unternehmens für seinen neuesten Serverprozessor übernehmen wird. Auch das scheint ein Versuch zu sein, Intel einige Geschäfte abzunehmen.

In den folgenden Kapiteln werden die technologischen Merkmale der IBM-z/Architektur und deren Implementierungen im Hinblick auf moderne Anwendungsbereiche behandelt und die oben erwähnten technologischen Eigenschaften näher betrachtet.

2 z-Hardware-Architektur

2.1 Einführung

Die Entwicklung der System-z-Familie beginnt mit dem IBM-z900-Server. Ohne auf die Historie einzugehen [s. „Einführung in z/OS und OS/390“], werden die z-Hardware-Architekturen der z114, z10, z13, z14 etwas detaillierter beschrieben.

Die Firma DEC hat ihre VAX-Architektur dur...

Table of contents

• Title Page
• Copyright
• Contents
• 1 Einführung
• 2 z-Hardware-Architektur
• 3 Arbeit des Nutzers am IBM Mainframe
• 4 Datenbanksysteme unter z/OS
• 5 Hinweise zur Fehlersuche (Anhang 1)
• 6 Transaktionsverarbeitung
• 7 Customer Information Control System (CICS)
• 8 WebSphere MQ
• 9 z/OS Connect EE
• 10 Cloud-Computing
• 11 Abschließende Bemerkungen
• Akronyme
• Stichwortindex