System z

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System z9 Typ 2094
System z9 Typ 2094, mit geöffneten Fronttüren und ausgeklapptem Support Element
System z9 Typ 2094, Rückseite
System z9 Typ 2094, Rückseite geöffnet
Logo von System z9
zSeries 800 Typ 2066

System z (früher zSeries) ist die im Jahr 2000 eingeführte, aktuelle Großrechnerarchitektur der Firma IBM. Gegenüber der Vorgängerarchitektur S/390 zeichnet sich System z vor allem durch die 64-Bit-Adressierung aus. Ältere Programme, die noch mit 31-Bit- oder 24-Bit-Adressierung laufen, werden ebenfalls noch unterstützt.

Die Hardware ist komplett redundant ausgelegt, so dass Ausfälle sehr unwahrscheinlich sind (das Z in System z steht für „Zero Downtime“). Die aktuellen Modelle sind in der Lage, mit maximal 60 LPARs[1] verschiedene Betriebssysteme parallel auszuführen.

Die Rechner des System z haben keine eingebauten Festplatten, sondern sind über FICON (Fibre Channel) mit Storage-Servern oder einem SAN verbunden. Bei älteren Systemen war eine Anbindung von Speichersystemen auch über ESCON (Vorgänger von FICON) möglich.

Geschichte[Bearbeiten]

Die ersten zSeries-Rechner waren die Systeme z900 und z800. Danach folgten die Systeme z990 und z890.

Die Vorgeschichte des System z begann am 7. April 1964, als das System/360 von IBM eingeführt wurde. Am 30. Juni 1970 wurde es vom System S/370 abgelöst. Mit dem System 370/XA wurde 1981 die 31-Bit-Adressierung eingeführt, das 32. Bit wird zur Unterscheidung der 24- und 31-Bit-Adressierung verwendet. Seit dem Jahr 1988 verwendet IBM die 370/ESA-Architektur. Im September 1990 wurde das System/390 vorgestellt.

Am 26. Februar 2008 wurde das IBM System z10 EC[2] mit einer Leistungsfähigkeit von etwa 1500 Servern auf x86-Basis angekündigt.[3]

Am 21. Oktober 2008 wurde das System z10 BC,[4] welches die Leistung von bis zu 232 x86-Servern bei 83 % kleinerer Fläche und bis zu 93 % geringeren Energieverbrauch besitzen soll, angekündigt. Das Vorgängermodell System z9 mit den Modellreihen BC und EC wird ebenfalls noch angeboten.[5] BC steht dabei für Business Class und umfasst die kleineren Systeme, EC für Enterprise Class und deckt den oberen Leistungsbereich ab.

Am 22. Juli 2010 wurde das erste Modell der nächsten Generation von System z: zEnterprise 196 (z196) angekündigt. Das System bietet die Möglichkeit, Ressourcen von IBM System z, Power und System x zu integrieren und in einem Komplettsystem zusammenzufassen. Die z196 verfügt über insgesamt 96 Prozessorkerne mit 5,2 GHz. Dies ermöglicht eine Leistungsverbesserung pro Kern von 60 Prozent und steigert die Gesamtkapazität für Workloads auf Basis von z/OS, z/VM und Linux auf System z um 60 Prozent im Vergleich zum Vorgängermodell z10 EC.[6]

Am 28. August 2012 wurde mit der IBM zEnterprise EC12 eine neue Generation angekündigt.[7]

Die Ankündigung der IBM zEnterprise BC12 erfolgte am 23. Juli 2013.[8]

Architektur[Bearbeiten]

Die Entwicklung der z-Architektur führte von S/360 und S/370 über viele Zwischenschritte, stets wurden die Funktionen der vorhergehenden Systeme beibehalten und erweitert. So wurden beim Schritt von ESA/390 zur z-Architektur folgende wichtige Erweiterungen vorgenommen:

  • General- und Control-Register haben eine Länge von 64 Bit
  • Es gibt einen 64-Bit-, einen 31-Bit- und einen 24-Bit-Adressierungsmodus (Big-Endian-Format)
  • Tabellen für die dynamische Übersetzung von 64-Bit-Adressen werden durch 3 Ebenen erweitert

Ein wesentlicher Unterschied zwischen ESA/390 und z-Architektur ist der von z/OS im 64-Bit-Modus nicht mehr nutzbare Expanded Storage. Dieser wurde zusammen mit der S/370-XA-Architektur wegen der damals auf 2 GB begrenzten Adressierbarkeit eingeführt. Damals stellte dies einen günstigen Weg dar, den Hauptspeicher zu erweitern.

Je nach Modell kann der verfügbare Hauptspeicher 64 GB (z9 BC), 512 GB (z9 EC), 1,5 TB (z10 EC) oder 3 TB (z196, zEC12) betragen.

Ein besonderes Merkmal der System z Architektur ist, dass die Prozessorleistung ohne Performanceverluste im permanenten Betrieb bis zu 100% Dauerbelastung genutzt werden kann. Die aus anderen Architekturen bekannten Effekte nachlassender Performance bei höheren Anforderungen ist in dieser Architektur nicht bekannt.

Die Prozessorleistung (Capacity Setting) der jeweiligen Systeme kann sehr granular bestellt werden und wird dadurch exakt auf die Anforderungen des Kunden abgestimmt. Beispielsweise verfügt das Modell zEnterprise BC12 über 156 Capacity Settings und das Modell zEnterpise EC12 über mehrere hundert Capacity Settings. Durch das Capacy Setting wird die Leistung der jeweiligen Prozessoren limitiert. Sollte eine Leistungserhöhung erforderlich sein, kann das Capacity Setting ohne zusätzliche Eingriffe in die Hardware innerhalb weniger Minuten angepasst werden.

Ein weiteres interessantes Entwicklungsmerkmal stellt das Channel-Subsystem dar. Die Übertragungsgeschwindigkeit stieg von zuerst 4,5 MB/s über 17 MB/s bei den ESCON-Kanälen auf mittlerweile über 800 MB/s bei den Glasfaserkanälen (FICON Express 8).

Die CPU[Bearbeiten]

Die Systeme des System z stellen ein oder mehrere Prozessoren auf Basis einer CISC-Prozessorarchitektur zur Verfügung. Prozessoren können als reguläre (general purpose) Prozessoren konfiguriert sein oder als Assist Processors. Assist Processors stehen nur für bestimmte Workloads wie z.B. Java, DB2 oder auch XML zur Verfügung. Assist Processors unterscheiden sich hardwareseitig nicht von regulären Prozessoren, werden aber durch ihren Microcode oder durch das Betriebssystem auf die Ausführung bestimmter Workloads beschränkt.

Dem Programmierer stehen auf einer Maschine von System z folgende Hardware-Features zur Verfügung:

  • 16 General-Purpose-Register
  • 16 Gleitkomma-Register
  • 16 Access-Register
  • 16 Control-Register
  • 1 Floating-Point-Control-Register
  • 1 Program-Status-Word

Modelle[Bearbeiten]

Die Rechner des System z sind bereits in mehreren Generationen weiterentwickelt worden. In der nachfolgenden Tabelle wird Leistungsklassifizierung gemäß IBM nach Business Klasse und Enterprise Klasse unterschieden:

Business Klasse Type Modelle Prozessoren Ankündigung Bemerkung
zEnterprise BC12 (zBC12) 2828 H06, H13 max. 13 23. Juli 2013 Nachfolger der z114
zEnterprise 114 (z114) 2818 M05, M10 max. 14 12. Juli 2011[9] Nachfolger der z10 BC
System z10™ Business Class (z10 BC) 2098 E10 1-5 21. Oktober 2008[4] Nachfolger der z9
System z9™ Business Class (z9 BC) 2096 R07 und S07 1-7 27. April 2006[10] Nachfolger der z890
eServer zSeries 890 (z890) 2086 A04 1-4 7. April 2004[11] Nachfolger der z800 und der kleineren Modelle der z900
eServer zSeries 800 (z800) 2066 0E1, 0A1, 0B1, 0C1, 0X2, 001, 0A2, 002, 003, 004[12] 19. Februar 2002[13]


Enterprise Klasse Type Modelle Prozessoren Ankündigung Bemerkung
zEnterprise EC12 (zEC12) 2827 H20, H43, H66, H89, HA1 max. 101 28. August 2012 Nachfolger der z196
zEnterprise 196 (z196) 2817 M15, M32, M49, M66, M80 max. 96 22. Juli 2010[14] Nachfolger der z10 EC
System z10™ Enterprise Class (z10 EC) 2097 E12, E26, E40, E56 und E64 1-64 26. Februar 2008[3] Nachfolger der z9
System z9™ Enterprise Class (z9 EC) 2094 S08, S18, S28, S38 und S54 1-54 27. Juli 2005[15] ursprünglich z9-109
eServer zSeries 990 (z990) 2084 A08, B16, C24 und D32 1-32 13. Mai 2003[16] Nachfolger der größeren Modelle der z900
eServer zSeries 900 (z900) 2064 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 1C1, 1C2, 1C3, 1C4, 1C5, 1C6, 1C7, 1C8, 1C9, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 2C1, 2C2, 2C3, 2C4, 2C5, 2C6, 2C9, 210, 211, 212, 213, 214, 215, 216[17] 3. Oktober 2000[18]

Software[Bearbeiten]

Auf Rechnern des System z werden üblicherweise die Betriebssysteme z/OS, z/VM, z/VSE, zTPF, Linux und Open Solaris[19] eingesetzt. Die Architektur zeichnet sich auch durch eine eigene Begriffswelt aus, so wird zum Beispiel der Bootprozess als IPL (Initial Program Load) bezeichnet. Den Neustart des kompletten Servers (einschalten) nennt man auch POR (Power On Reset).

Virtualisierung[Bearbeiten]

Die über Jahrzehnte gereiften Virtualisierungsmöglichkeiten der zSeries-Architektur gelten als ausgereift und stabil. Auch heute ist der technologische Vorsprung der zSeries-Architektur gegenüber anderen Plattformen erheblich. Auf der zSeries-Plattform können Betriebssysteme unter folgenden Modi betrieben werden:

  • Native Mode: Alle verfügbaren Hardwareressourcen werden verwendet (Dieser Modus wird heute bei zSeries-Hardware nicht mehr direkt für Kundensysteme angeboten)
  • LPAR Mode: Hardwareressourcen werden in „logische Partitionen“ aufgeteilt (Hier sind momentan bis zu 60 LPAR-Systeme möglich)
  • VM Mode: Hardwareressourcen werden „virtualisiert“ unter Verwendung von Hypervisorsystemen wie z/VM und Linux mit KVM (Kernel-based Virtual Machine)

Die verbreiteten Betriebssysteme für Anwendungen wie z.B. z/OS und Linux unterstützen Virtualisierungsmöglichkeiten wie:

  • Dynamisches Hinzufügen und Entfernen von CPUs: CPUs können ohne Neustart des Betriebssystems hinzugefügt und entfernt werden
  • Dynamisches Hinzufügen und Entfernen von RAM: Arbeitsspeicher kann über verschiedene Mechanismen ohne Neustart des Betriebssystems hinzugefügt und entfernt werden
  • Dynamisches Hinzufügen und Entfernen von Plattenspeicher: Direct Access Storage Device-Platten oder SCSI/FibreChannel-Platten können dynamisch hinzugefügt und entfernt werden
  • Virtualisierte Ethernetadapter: Reale Netzwerkkarten können in vielen verschiedenen Virtualisierungsmodi auf bis zu 1500 virtuelle Netzwerkadapter pro Karte für virtuelle Systeme zur Verfügung gestellt werden. Unter Verwendung des z/VM-Hypervisors lassen sich sehr komplexe Netz- bzw. VLAN-Strukturen innerhalb des Systems aufbauen.
  • Kryptographische Subsysteme: Hardware zur Unterstützung von Kryptographie ist auch virtualisiert verfügbar
  • Virtueller Lochkarten Leser/Stanzer: Systeme können sich gegenseitig Daten über virtuelle Lochkarten-Lese- bzw. -Stanzersysteme zuschicken.

Emulatoren[Bearbeiten]

Mit Hercules ist ein Emulator erhältlich, der es ermöglicht, ein zSeries-System unter Windows, Mac OS X oder Linux zu emulieren. Allerdings genehmigt IBM lizenzrechtlich keine Nutzung von Mainframe-Betriebssystemen auf einem Hercules-Emulationsrechner.

Als kommerzielle Emulationsplattform war bis Ende 2006 FLEX-ES verfügbar. Das Produkt ermöglichte den Betrieb vieler S/390-Betriebssysteme auf einem Intel-Rechner. Im Gegensatz zu Hercules lizenzierte IBM viele S/390-Betriebssysteme für den Einsatz unter FLEX-ES.

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: System z – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. IBM: z9 EC Data sheet Abgerufen: 28. März 2008
  2. IBM: Ankündigung System z10 EC Abgerufen: 28. März 2008
  3. a b IBM: IBM launches New “System z10” Mainframe Abgerufen: 18. Oktober 2008
  4. a b IBM: IBM Launches Next-Generation Mainframe for Midsize Customers Abgerufen: 28. Oktober 2008
  5. IBM: System z Hardware Abgerufen: 28. März 2008
  6. IBM: Ankündigung des IBM zEnterprise System
  7. IBM: IBM zEnterprise EC12
  8. IBM: http://www-03.ibm.com/systems/z/hardware/zenterprise/zbc12.html
  9. IBM: New IBM zEnterprise Mainframe Server Advances Smarter Computing for Companies and Governments in Emerging Markets and Mid-size Clients around the World
  10. IBM: IBM Unveils Breakthrough Business Class Mainframe; Targets Growth of SOA Transactions and Data Abgerufen: 18. Oktober 2008
  11. IBM: IBM eServer zSeries 890 — A multipurpose server for an on demand world (PDF; 351 kB) Abgerufen: 18. Oktober 2008
  12. IBM: zSeries 800 System Overview Abgerufen: 29. Oktober 2008
  13. IBM: IBM Introduces Nine New Models of the IBM eServer z800 Family of Servers (PDF; 261 kB) Abgerufen: 18. Oktober 2008
  14. IBM: IBM Unveils zEnterprise System, Ushers in Era of Smarter Data Centers
  15. IBM: IBM System z9 109 — The server built to protect and grow with your on demand enterprise (PDF; 439 kB) Abgerufen: 18. Oktober 2008
  16. IBM: z990 Announcement Abgerufen: 18. Oktober 2008
  17. IBM: zSeries 900 System Overview Abgerufen: 29. Oktober 2008
  18. IBM: z900 Announcement Abgerufen: 18. Oktober 2008
  19. IBM: Integrated Facility for Linux (IFL) authorization is expanded to include the OpenSolaris operating system Abgerufen: 19. November 2008