Мэйнфрейм

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 (англ. mission-critical) с интенсивной пакетной и оперативной транзакционной обработкой.

IBM System z9 модель 2004

Основной разработчик мейнфреймов — корпорация IBM, её самые известные мейнфреймы вышли в рамках продуктовых линеек System/360, 370, 390, zSeries. В разное время мейнфреймы производили Hitachi, Bull, Unisys, DEC, Honeywell, Burroughs, Siemens, , Fujitsu, в странах СЭВ выпускались мейнфреймы ЕС ЭВМ.

История

Историю мейнфреймов принято отсчитывать с появления в 1964 году универсальной компьютерной системы IBM System/360, на разработку которой корпорация IBM затратила 5 млрд долларов. Сам термин «мейнфрейм» происходит от названия типовых процессорных стоек этой системы. В 1960-х — начале 1980-х годов System/360 была безоговорочным лидером на рынке. Её клоны выпускались во многих странах, в том числе — в СССР (серия ЕС ЭВМ).

Мейнфреймы IBM используются в более чем 25 тысячах организаций по всему миру (без учёта клонов), в России их, по разным оценкам, от 1500 до 7000 (с учётом клонов). Около 70% всех важных бизнес-данных обрабатываются на мейнфреймах.

В начале 1990-х начался кризис рынка мейнфреймов, пик которого пришёлся на 1993 год. Многие аналитики заговорили о полном вымирании мейнфреймов, о переходе от централизованной обработки информации к распределённой (с помощью персональных компьютеров, объединённых двухуровневой архитектурой «клиент-сервер»). Многие стали воспринимать мейнфреймы как вчерашний день вычислительной техники, считая Unix- и PC-серверы более современными и перспективными.

Важной причиной резкого уменьшения интереса к мейнфреймам в 1980-х годах было бурное развитие PC и Unix-ориентированных машин, в которых, благодаря применению новых технологий создания микросхем, удалось значительно уменьшить энергопотребление, а их размеры достигли размеров настольных станций. В то же время для установки мейнфреймов требовались огромные площади, а использование устаревших полупроводниковых технологий в мейнфреймах того времени влекло за собой необходимость жидкостного (например, водяного) охлаждения. Так что, несмотря на их вычислительную мощь, из-за дороговизны и сложности обслуживания мейнфреймы всё меньше пользовались спросом на рынке вычислительных средств.

Ещё один аргумент против мейнфреймов состоял в том, что в них не соблюдается основной принцип открытых систем, а именно — совместимость с другими платформами.

Руководство IBM разработало принципиально новую стратегию в отношении мейнфреймов с целью значительно повысить производительность, снизить стоимость владения, а также добиться высокой надёжности и доступности систем. Достижению этих планов способствовали важные перемены в технологической сфере: на смену биполярной технологии изготовления процессоров для мейнфреймов пришла технология КМОП. Переход на новую элементную базу позволил значительно снизить уровень энергопотребления мейнфреймов и упростить требования к системе электропитания и охлаждения (жидкостное охлаждение было заменено воздушным). Мейнфреймы на базе КМОП-микросхем быстро прибавляли в производительности и уменьшались в габаритах. Поворотным событием стал переход на 64-разрядную архитектуру z/Architecture. Современные мейнфреймы перестали быть закрытой платформой: они способны поддерживать на одной машине сотни серверов с различными операционными системами.

Согласно одному из прогнозов Gartner, к 1993 году прогнозировалось отключение последнего мейнфрейма, однако, по состоянию на 2013 год, не только многие мейнфреймы остаются в промышленной эксплуатации, но и активно выпускаются новые, и объёмы продаж новых систем демонстрируют периодический рост.

Особенности и характеристики современных мейнфреймов

• Среднее время наработки на отказ. Время наработки на отказ современных мейнфреймов оценивается в 12-15 лет. Надёжность мейнфреймов — это результат их почти 60-летнего совершенствования. Группа разработки операционной системы VM/ESA затратила 20 лет на удаление ошибок, и в результате была создана система, которую можно использовать в самых ответственных случаях.
• Повышенная устойчивость систем. Мейнфреймы могут изолировать и исправлять большинство аппаратных и программных ошибок за счёт использования следующих принципов:
  • Дублирование: два резервных процессора, резервные модули памяти, альтернативные пути доступа к периферийным устройствам.
  • Горячая замена всех элементов вплоть до каналов, плат памяти и центральных процессоров.
• Целостность данных. В мейнфреймах используется память с коррекцией ошибок. Ошибки не приводят к разрушению данных в памяти или данных, ожидающих вывода на внешние устройства. Дисковые подсистемы, построенные на основе RAID-массивов с горячей заменой и встроенных средств резервного копирования, защищают от потерь данных.
• Рабочая нагрузка. Рабочая нагрузка мейнфреймов может составлять 80-95 % от их пиковой производительности. Операционная система мейнфрейма будет обрабатывать всё сразу, причём все приложения будут тесно сотрудничать и использовать общие компоненты ПО.
• Пропускная способность. Подсистемы ввода-вывода мейнфреймов разработаны так, чтобы работать в среде с высочайшей рабочей нагрузкой на ввод-вывод данных.
• Масштабирование. Масштабирование мейнфреймов может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Вертикальное масштабирование обеспечивается линейкой процессоров с производительностью от 5 до 200 MIPS и наращиванием до 12 центральных процессоров в одном компьютере. Горизонтальное масштабирование реализуется объединением ЭВМ в (System Complex) — многомашинный кластер, выглядящий с точки зрения пользователя единым компьютером. Всего в Sysplex можно объединить до 32 машин. Географически распределённый Sysplex называют . В случае использования операционной системы VM для совместной работы можно объединить любое количество компьютеров. Программное масштабирование — на одном мейнфрейме может быть сконфигурировано фактически бесконечное число различных серверов. Причём все серверы могут быть изолированы друг от друга так, как будто они выполняются на отдельных выделенных компьютерах и в то же время совместно использовать аппаратные и программные ресурсы и данные.
• Доступ к данным. Поскольку данные хранятся на одном сервере, прикладные программы не нуждаются в сборе исходной информации из множества источников, не требуется дополнительное дисковое пространство для их временного хранения, не возникает сомнений в их актуальности. Требуется небольшое количество физических серверов и значительно более простое программное обеспечение. Всё это, в совокупности, ведёт к повышению скорости и эффективности обработки.
• Защита. Встроенные в аппаратуру возможности защиты, такие как криптографические устройства и Logical Partition, и средства защиты операционных систем, дополненные программными продуктами или , обеспечивают надёжную защиту.
• Пользовательский интерфейс. Пользовательский интерфейс у мейнфреймов всегда оставался наиболее слабым местом. Сейчас же стало возможно для прикладных программ мейнфреймов в кратчайшие сроки и при минимальных затратах обеспечить современный веб-интерфейс.
• Сохранение инвестиций — использование данных и существующих прикладных программ не влечёт дополнительных расходов на приобретение нового программного обеспечения для другой платформы, переучивание персонала, перенос данных и т. д.

Положение на рынке

На данный момент мейнфреймы являются самыми масштабными серверами, которые проводят 1,3 миллиона транзакций каждую секунду. Мейнфреймы IBM, Unisys, Fujitsu занимают 80% всего рынка. Рынок Северной Америки является самым большим.

Мейнфреймы и суперкомпьютеры

Суперкомпьютеры — это машины, находящиеся на пике доступных сегодня вычислительных мощностей, особенно в области операций с числами. Суперкомпьютеры используются для научных и инженерных задач (высокопроизводительные вычисления, например, в области метеорологии или моделирования ядерных процессов), где ограничительными факторами являются мощность процессора и объём оперативной памяти, тогда как мейнфреймы применяются для целочисленных операций, требовательных к скорости обмена данными, к надёжности и к способности одновременной обработки транзакций (ERP, системы онлайн-бронирования, автоматизированные банковские системы). Производительность мейнфреймов, как правило, вычисляется в миллионах операций в секунду (MIPS), а суперкомпьютеров — в операциях с плавающей запятой (точкой) в секунду (FLOPS).

В контексте общей вычислительной мощности мейнфреймы, как правило, проигрывают суперкомпьютерам.

Примечания

1. eAI Journal: Attunity Connect for Mainframe Архивная копия от 23 августа 2011 на Wayback Machine.
2. Александр Авдуевский. Затерянный мир  (неопр.). Журнал сетевых решений/LAN. Открытые системы (1 марта 1997). — «Мэйнфреймам, оказавшимся в подобной ситуации, тяжелее, поскольку их производители и пользователи, в отличие от динозавров, люди грамотные и читали публикации, предсказывающие данному классу компьютеров скорую гибель. Согласно одному из прогнозов Gartner Group, последний мэйнфрейм должны были выключить в 1993 году». Дата обращения: 8 ноября 2013. Архивировано 30 июля 2013 года.
3. Timothy Prickett Morgan. IBM continues to squeeze blue blood from IT stones. Mainframe boost more than covers Power dive (англ.). The Register (23 января 2013). — «…mainframe sales spiked 56 per cent in the final quarter of 2012». Дата обращения: 8 ноября 2013. Архивировано 30 марта 2014 года.
4. Proficient Market Insights. Mainframes Market 2022 to Showing Impressive Growth by | [No. of pages: 72] Industry Trends, Share, Size, Top Key Players Analysis and Forecast Research| by proficient market insights (англ.). GlobeNewswire News Room (13 мая 2022). Дата обращения: 16 мая 2022. Архивировано 16 мая 2022 года.

Ссылки

• Мейнфреймы IBM zSeries
• Мейнфреймы Fujitsu BS2000