RAS: Megbízhatóság, elérhetőség, szervizelhetőség

Reliability, availability, and serviceability(Megbízhatóság, elérhetőség, szervizelhetőség (RAS))

Ez a három jellemző ami legfőképp meghatároz egy számítógépes rendszert. Amikor egy rendszer RAS karakterisztikájáról beszélünk, voltaképp akkor ezekről a jellemzőkről beszélünk, amikor egy új architektúrát készítenek ez a három dolog a legmeghatározóbb(jó értékekkel a gép önmagát eladja). RAS nem csak a komputerdesign szempontjából fontos, hanem a rajta futó applikációk miatt is. A mainframe világában ez a három összetevő mindenütt jelen van, és már szoftverre és hardverre is egyaránt használják.

Nézzük a három komponenst:

Reliability(megbízhatóság): a rendszer hardver összetevői széleskörű ellenőrzésre képesek,illetve a probléma megoldó képességük is igen hatékony. A szoftveres megbízhatóság pedig a végeláthatatlan teszteken és gyors probléma megoldáson alapul.

Az operációs rendszer egyik jellemzője a Health Checker, ami felismeri a problémát még mielőtt, az az elérhetőség rovására menne, vagy rosszabb esetben kiesést okozna.

Availablity(elérhetőség): a rendszer vissza tudja állítani a hibás komponensét anélkül, hogy az bármiféle veszéllyel járna az aktív rendszerre nézve. Ez természetesen igaz a hardveres(automatikusan cseréli a hibás elemet és elkülöníti) és a szoftveres hibaelhárításra is(hiba esetén egy előző beállítást hoz vissza).

Serviceability(szervizelhetőség): a rendszer pontosan meg tudja határozni mi miatt is adódott a probléma. Ez azt eredményezi, hogy a hardver vagy a szoftver összetevők cseréje, kis befolyással van az aktív rendszerre. Ez annyit jelent, hogy mind szoftveresen és hardveresen is jól definiált egységekből áll a rendszerünk.

Egy operációs rendszer akkor elérhető, ha az alkalmazási elérhetők. Egy elérhető rendszer megbízható, ami annyit jelent, hogy csak akkor szükséges a leállítás, ha fejlesztik vagy javítják. Ha egy rendszert le kell vinni valami hiba miatt akkor javíthatóság kerül előtérbe, hogy a problémát relatív rövid idő alatt kiküszöböljék.

MBTF (Mean time between failure) egy számítógépes rendszer elérhetőségét jelzi számszerűen, az eltelt idő és a hibák számának arányaként, szokás RAS állandónak is nevezni. A mainframe és a kiegészítő szoftverei elérték azt a szintet, hogy az ügyfelek akár évekig dolgozhatnak leállás nélkül, persze ebben nincs bent a rendszer hiba miatti leállása és tervezett fejlesztés. A mainframe gépek RAS-e mögött a magas rendelkezésre állás és a hibatűrés áll, és ez nem csak a gépre vonatkozik, hanem a kiegészítőkre, kazettákra, DASD-okra, I/O eszközökre, szoftverekre.

Érdekességek:

MTBF számítási módja

MTBF magyarázat

Az IBM mainframe processzorai 40 éves MTBF-el rendelkeznek. Mi ez ha nem megbízhatóság?

Mainframe history: Whirlwind Projekt

A Whirlwind egy igen szélsőséges projekt volt. Nem elég, hogy a költségvetést jóval meghaladták, sokkal tovább tartott az építés és soha nem használták arra amire szánták, de mégis ez volt az egyik legjelentősebb technikai fejlesztés a komputerek világában.

1943-ban, USA Légierője kiadta a Whirwind projektet a MIT fejlesztőjének Jay Forrester-nek, hogy építsen egy szimulátort, amit a pilótanövendékek gyakorlásra használhatnak az igazi gépek helyett. A felhasználásasi területe igen különbözött az eddigi gépekétől, egy valósidejű számítógépet kellett létrehoznia, mivel a szimulátornak gyorsan kellett reagálnia, hogy a valóságot tudja szimulálni. Mialatt más fejlesztők képesek voltak olyan gépeket előállítani, amik maximum 10 000 utasítást tudtak végre hajtani másodpercenként, addig Forresternek minimum 100 000 utasítás per másodpercet kellett elérnie a számítógépével. Mindezek mellett a rendszer  

valósidejűsége miatt a megbízhatóság elsődlegesebb volt, mint eddig.

Whirlwind Projekt

A projekt a több évre megakadt, amíg a II. Világháború be nem fejeződött. Ez idő alatt egy repülőgép szimulátor létrehozása háttérbe került, és egy ideig úgy gondolták, hogy ez a gépet nem is szimulátornak szánták. Ezt a látszatot addig próbálták fenntartani, amíg a Szovjetek fel nem robbantották az első atombombájukat. Ezután határozták el, hogy tovább fejlesztik a gépet egy védelmi rendszer részeként. Egyik lépése ennek a fejlesztésnek egy számítógép alapú parancsnoki központ volt. A Whirlwind újra életre kelt, sok forgott kockán, de a finanszírozás nem jelentett problémát.

Annál inkább a memória. A higany-késleltetővonalas tárolóegységek nagyon lassúak voltak, így Forrester-nek egy biztató eredményekkel kecsegtető technológiát választott: az elektrosztatikus tároló csöveket. A probléma, amivel szembe találkozott, hogy a technológia még nem állt készen. Így nagyon sok fejlesztést kellett végrehajtani, mielőtt lett egy használható prototípusuk. Amikor elkészültek az elektrosztatikus tároló csövekkel az eredmény elég kiábrándító volt. Megbízhatatlan és kicsi tároló képességű volt. Szerencsére Fórréstér, aki mindig új technológiák után kutatott, neki látott a 'core memória'(RAM közvetlen elődje) kifejlesztésének. Bill Papianra a tanítványára bízta a munkát, aki a prototípust 1951-re el is készítette és 1953-ra teljesen felváltotta az elektrosztatikus memória csöveket. Nagyon gyorsak voltak, megbízhatóak és nem kellett folyamatosan feszültség alatt tartani őket, hogy megőrizzék az adatokat. Erről a memória típusról, később még részletesen fogunk beszélni, legyen annyi elég, hogy ez egy hatalmas előre lépés volt és nagyon hamar elterjedté vált.

A core memóriával sikerült megtalálni a kirakós utolsó darabját. Véglegesen 1953-ban helyezték üzembe Cape Cod-ban. Habár az áhított teljesítmény szintet nem érte el, így is a 75 000 utasítás per másodperces eredményével egyedül álló volt a világon. Az MIT átadta a terveket az IBM-nek, ahol átnevezték IBM AN/FSQ-7-re és 1956-ban elkezdték a sorozatgyártását. Ez a szörny sem volt épp kicsi 250 tonna volt és 50 000 elektroncsövet tartalmazott, ez volt a valaha épített legnagyobb számítógép. Persze a teljesítménye sem volt elhanyagolható, több mint 1 megawatt volt a kiegészítők és a hűtés nélkül.

IBM AN/FSQ-7

SAGE (Semi-Automatic Ground Environment), a bombázó követő rendszer, amire lapvetően ezt a gépet fejlesztették, 1963-ban állt szolgálatba. Ironikus, hogy azok az idők már elmúltak, amikor a Whirlwind hasznos lett volna. Sokkal fontosabbak viszont a technológiai újítások, amiket ennek a gépnek a fejlesztése közben hoztak létre. A core memória, a nyomtatott áramkörök, a tároló egységek, grafikus rendszerek, CRTS és még a fényceruza is. A fejlesztés során nagy előrelépést tettek a hálózatok és a kommunikáció területén. A gép 'hasznos' tulajdonsága volt még a beépített öngyújtó és a hamutartó. A kifejlesztése a SAGE-nak több mint 8 milliárd dollárba került és soha nem végezhette azt a feladatot amire kifejlesztették, de mégis a legbefolyásosabb gép lett a világon.

<  IBM 650                                                                                                                               IBM 704  >

Mainframe history: IBM 650 (Magnetic Drum Data Processing Machine)

Mialatt az IBM létrehozta az UNIVAC közvetlen vetélytársát a 701-et (később a 702), közben már dolgoztak a középkategóriás gépei a 650 Magnetic Drum Data Processing Machine-ok (nevét onnan kapta, hogy egy forgó dob volt a memóriája ami 12500 fordulatot tudott percenként, és 2500 10 karakteres számot tudott tárolni, így az olvasási idő csak 2,5 milliszekundum volt). A gépet valahová a mainframek közé(mint a 701 vagy az UNIVAC) és a lyukkártya író olvasó gépek közé pozicionálták.

IBM 650

Amíg a 701-es egyet jelentett a teljesítménnyel, addig a kis 650-es hozta a konyhára a legtöbb pénzt és akkoriban ez volt a legelterjedtebb gép. Havi 3250 dolláros bérleti díjával (ebben az időben az IBM nem árult gépeket, csak bérbe adott), jóval olcsóbb mint a nagytestvérei, de jelentősen drágább volt a lyukkártya író-olvasó gépeknél. Összességében 2000 darabot készítetek és adtak bérbe. Annak ellenére, hogy elektroncsövek alkották a memoriát nagyon megbízható volt, viszont az IBM számlázó gépeihez képest megbízhatatlan volt. Ráadásul jelentősen drágább is volt azoknál. A perifériái viszont a legjobbak voltak a középszerű gépek között. Az 1950-es évek végére az IBM legnépszerűbb gépe a 407-es számviteli gép volt.

Ahhoz, hogy a 407-est letaszítsák trónjáról egy forgószél erejére volt szükség. A komputernek jobb perifériákkal kellett rendelkeznie, megbízhatóbbnak és gyorsabbak kellett lennie. A következő gépünk megtestesítette ezeket a követelményeket és a feledésbe taszította a 407-est. Összességben nem volt egy jelentős gép az IBM 650, de népszerűsége miatt nem elhanyagolható.

<  IBM 701                                                                                                               Whirlwind Projekt  >

Mainframe history: IBM 701

Olvasóim többsége látja az IBM dominanciáját a komputerek világában, ami a 20-dik század közepén kezdődött és napjainkban is tart, de talán kevesen tudják hol is kezdődött ez a sztori, miért történhetett és hogyan is ment végbe. Kezdjük is a két gép közül az elsővel, amit az UNIVAC ellenfelének szántak.

Kezdjük az IBM 701-el, amit az akkoriban nagy tiszteletben tartott UNIVAC közvetlen vetélytársának szántak. A prototípus 1952-ben készült el, sok hasonlóságot mutatott az UNIVAC-al, de rengeteg különbség is volt. A memória nem higany-késleltetővonalas operatív tár volt, hanem a 3 colos Williams-Kilburn csöveket, amik a világ első RAM-jai voltak, bináris szemrendszer használtak. Ezekben a memóriaegységekben tárolták a kontrollprogramokat. Bár az elektroncsöveknél megbízhatóbbnak bizonyultak, de ennél a típusnál, ezek az alkatrészek jelentették a megbízhatatlanság forrását. Ellentétben az UNIVAC memóriájával ami minden egyes bitet külön-külön olvasott be, volt egy nagyon fontos tulajdonsága, hogy a szavak minden bitjét egyszerre tudta betölteni. A processzora is jóval gyorsabb volt az UNIVAC-énál, 2200 szorzást tudott másodpercenként(az UNIVAC kb. 500-at). Összeadásból, kivonásból 17 000 per másodperces teljesítményre volt képes. Abban az időben ez nagyon jelentős volt. Ráadásul az IBM 8 millió bites meghajtói is remek fejlesztések voltak, másodpercenként 12500 karaktert tudtak írni vagy olvasni, így sokkal gyorsabbak voltak mint az UNIVAC-é, EDVAC-é, ENIAC-é együtt véve. Azonban az UNIVAC-nak volt egy hasznos tulajdonsága, hogy nem közvetlen a processzor kezelte az I/O folyamatokat, hanem egy puffer, amit a 701-es még nem tudott. Az adatokat lyukkártyára írta, illetve arról olvasta be, írási sebessége 400 karakter volt, olvasási pedig 600. A nyomtatási sebesség 180 betű per másodperc volt. 

IBM 701

1956-ban az IBM bemutatta az új technológiáját, amit az első mágneslemezes rendszer volt számítógépekhez, a RAMAC-ot. Lehetővé tette a lemezeken elhelyezett adatok rendkívül gyors elérését, és nem csak a 701-eshez volt csatlakoztatható, hanem más IBM gépekhez is, így a 650-eshez. Ahogy sokan ráéreztetek, ezek voltak a mai merevlemezek elődei.

Bár a 701-esből csak 19-et gyártottak, ami jóval kevesebb, mint amennyi UNIVAC-ot adtak el, de pont elég volt arra, hogy Remington Rand prezentálja a dominanciáját. A költségek igen igen meghatározóak a széleskörű elterjedésné, az IBM felhasználónként 16 000 dolláros költségével nem volt drágának mondható. Ahogy már említettem, a 701-es az IBM egyik válasza volt az UNIVAC-ra. A 650-es a másik.

< UNIVAC                                                                                                                                 IBM 650 >

Mainframe history: UNIVAC (Universal Automatic Calculator)

Ahogy már említettem Eckert és Mauchly elhagyta a Pennsylvania egyetemet 1946-ban, hogy megalapítsák az Electronic Control Corporationt. Később 1947-ben bejegyeztették a cégüket, Eckert-Mauchly Computer Corporation néven, röviden EMCC. A távozásuk késleltette az EDVAC befejezését, olyannyira, hogy az EDSAC, ami az EDVAC tervein alapult előbb készen lett. A dinamikus duó, azonban fel akarta ki akarta aknázni az üzleti lehetőséget, amit ez az új technológia kínált, ami nem volt lehetséges egyetem által szponzorált kutatásokkal, így kifejlesztettek egy számítógépet a saját ötleteik alapján az EDVAC mintájára, hogy kiszorítsák azt. Kifejlesztették a BINAC-ot, hogy tudják finanszírozni a kutatásaikat, de az igazán nagy áttörést az UNIVAC jelentette.

Az UNIVAC volt az első üzleti célú gép, összesen 46-ot adtak el belőle 1951-es bemutatása után. Nagy vállalatok és az USA kormány vásárolt belőle. Minden gép egyedi volt, valójában mindegyikből csak egy készült. A különbség az UNIVAC és az UNIVACS között, hogy az utóbbi több gépet jelentett ugyan abból a designból. Eckert és Mauchly felismerte, hogy a gép nem csak számítások elvégzésére jó, hanem adat feldolgozásra is, bár sokan úgy vélték, hogy egyazon gép felhasználása egyenletek számítására és számlák fizetésére egy abszurd dolog. Mindenesetre, ez a felismerés egy meghatározó irány volt az UNIVAC fejlesztésénél. Az első UNIVAC gépet az USA Népességnyilvántartó Hivatala vásárolta meg 1951-ben és mintegy 12 évig napi 24 órás műszakban használta. 1952-ben e gép segítségével jósolták meg az elnökválasztás eredményét még a választás napjának éjszakáján, a szavazatok 7%-ának összeszámlálása után. Az UNIVAC I-est először 1954-ben a General Electric-nél alkalmazták üzleti célra.

UNIVAC

Egy alacsonyabb szintű UNIVAC 5200 elektroncsövet tartalmazott többnyire a processzorban, 13 tonna volt, 125 kW-nyi áramot fogyasztott és 2.25 MHz-en működött. 455 szorzásra volt képes másodpercenként és 1000 szavas higany-késleltetővonalas operatív tára volt. A memóriában minden szó két utasítást tartalmazhatott, 11 karakterből és jelből vagy 12 betűből állhatott. A számítási kapacitásai nagyjából megegyeztek az ENIAC-éval, de minden más szempontból sokkal jobb volt nála. Az ára elég borsos volt, nagyjából 1 millió dollárba került.

Talán a legjelentősebb változások az ENIAC-hoz képest, hogy sokkal megbízhatóbb volt a kevesebb vákuumcsőnek köszönhetően és az Automatic jelző, ami annyit tett, hogy nem volt szükség a használata során manuális beavatkozásra. Minden adatot fém kazettákból olvastak be, ellentétben azzal, hogy mindent adatot programot lyukkártyák segítségével olvastak be. A kazetták használata a feldolgozást még gyorsabbá tette, I/O torlódás megszűnt. Természetesen az írás, újraírás sebessége is megsokszorozódott. 1982-ben gyártották az utolsó tovább fejlesztett változatot, már vízhűtéssel.

Az UNIVAC igazán akkor lett USA szerte elismert, amikor a 1952-ben élőben a nemzeti csatornán 'megjósolta' Eisenhower győzelmét a választásokon. Így az EMCC egy elég biztos helyet tudhatott magáénak a számítógép piacon. De mit csinált eközben az IBM…

< EDVAC                                                                                                                                 IBM 701 >

Mainframe history: EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer)

Mielőtt az EINAC lefuttathatta volna első tesztjeit, Mauchly és Presper már tisztában volt a gép hiányosságaival. Így volt ezzel Neumann János is, róla már sokat halhattunk (nem csak, mert magyar volt) a Neumann architektúra kapcsán(sajnos sok személyi hitelt vett fel a kifejlesztéshez

mivel ez egy magán kezdeményezés volt). Minden egyes rangsorban az EDVAC az első szócikk a számítógépes architektúránál, ez volt az első belső programvezérlésű, elektronikus, digitális, univerzális számítógép. Mielőtt elkészülhetett volna Mauchly és Presper elhagyta a Pennsylvania Egyetemet 1946-ban.

EDVAC

Ebben az időben, az EINAC-al történt néhány jelentősebb probléma. Az biztos, hogy gyors volt. De túl kicsi volt a tárolókapacitása. Ennél jelentősebb hiányossága, hogy a programozása újra kábelezéssel történt(lásd. EINAC lányok), ami órákig, de akár napokig is eltarthatott, és jelen volt még az elektroncsövekben rejlő megbízhatatlanság. A megbízhatatlanság mellett ott volt még a hatalmas energia felhasználás, a nagy hely igény, és a túlmelegedés. Világossá vált, hogy az méretcsökkentés elkerülhetetlen.

Két nagy elvi változtatást vezettek be az EDVAC-on(ezek egyike forradalmi volt), ami ma már teljesen hétköznapi számunkra. Az egyik a bináris számrendszer használata decimális helyett, ez sokkal hatékonyabbá tette. A másik forradalmi újítás az újra huzalozásos 'programozás' helyett, az EDVAC-nál bevezették a programok memóriában való tárolását, épp úgy mint az adatokét. Ez elvben úgy működik mint manapság. Bár különbségek vannak, mivel nincsenek elkülönített RAM-ok, hanem a processzor értelmezni tudja, hogy adatról vagy végre hajtható folyamatról van-e szó.

A memóriája már nem tartalmazott vákuumcsöveket, az adatokat elektromos impulzusok formájában higanyban tárolták. A higany relék százszor hatékonyabbak voltak adatok tárolására, emellett nagyobb volt a tároló kapacitásuk és a megbízhatóságuk is. A későbbi fejlesztések is jelentősek voltak, amiket végre hajtottak rajta, kapott egy mágnes szalagos tároló egységet, egy oszcilloszkópos ellenőrző berendezést, egy időzítő, egy memória kezelő egységet, lyukkártya I/O egységet és extra memóriát. Az 50-es évek végére az EDVAC napi 20 órás és hiba mentes futásteljesítményt produkált.

Az EDVAC egy nagy előre lépés volt és rendkívül hasznosnak bizonyult az 1960-as visszavonultatásáig(utána a BRLESC vette át a helyét, ez voltaképpen az EDVAC tovább fejlesztett változata volt). Ez egy binárisan tárolt programú gép volt, ami gyorsabban és biztonságosabban volt programozható, mint az ENIAC. Méretében is sokkal kisebb tömege alig 8 tonna volt és 'csak' 56 kilowattnyi áramot emésztett fel, és már csak 6000 elektroncsőből, 12000 diódából állt, illetve 45 nm-nyi helyet foglalt.

Mauchly és Presper karrierje itt még nem ért véget.

<  ENIAC                                                                                                                                 UNIVAC  >

Mainframe history: ENIAC

1941. december 7-én Japán megtámadta Pearl Harbort, ezzel beletaszítva az Egyesült államokat a II. Világháborúba, ami nagy lökést adott a számítógépek fejlődésének. Volt egy különösen nagy probléma a háború alatt, amivel minden résztvevő országnak meg kellett birkóznia, ez pedig a ballisztikus táblázatok készítése volt, minden egyes tüzérségi ágyúhoz kellett létrehozni egyet. Ez nagyon nagy feladat volt, ráadásul igen lassú és unalmas. Ezért az USA hadserege egy jelentős összeget(források szerint 500 000 dollárt) utalt a Pennsylvania Egyetemi Moore School of Electrical Engineering-nek, hogy építsenek egy számítógépet, ami megkönnyíti ezt a munkát. Ha visszaemlékszel az előző oldalra, talán már ki is találtad, hogy barátunk John Mauchly is épp ebben az időben volt ott, és vállalta projektet egy tanítványával J. Presper Eckert-el.

ENIAC és 'lányai'

Azonban a II. Világháború befejeződött mielőtt ez a gépezet kész lett volna. Amikor 1946-ban elkészült, a 30 tonnás óriás 2,5 magas, 40 méter hosszú volt, 17 500 elektroncsövet, 7200 diódát, 1500 jelfogót, 6000 kézi kapcsolót, 70 000 ellenállást és körülbelül 5 millió forrasztást tartalmazott. A teljesítmény felvétele 200 kilowatt volt. 100 kHz-en működő processzora 5000 kivonást vagy összeadást, 357 szorzást vagy 38 osztást tudott elvégezni másodpercenként(nagyjából 500-szor volt gyorsabb a vele egy időben megjelenő Mark II-nél). Olyan problémák, amik megoldása matematikusoknak 20 órát vettek igénybe, az ENIAC elvégezte fél perc alatt. A legnagyobb gondot a megbízhatatlanság jelentette, emellett ami minden elektroncsöves gép velejárója, hogy nem volt programozható. A 'programokat' az 'ENIAC lányok' készítették, kapcsoló és csatlakozó táblák segítségével. Ez általában órákat, esetlegesen napokat is igénybe vett. Egy visszalépés volt az ABC komputerhez lépest, hogy bináris számrendszer helyett decimálist használt.

Ennek ellenére az ENIAC egy iszonyat hasznos berendezés volt az USA számára, különösen azokkal a fejlesztésekkel amiket a későbbiekben végrehajtottak rajta, 1955-ös nyugdíjazásáig. A működése során olyan fontos dolgokhoz használták mint időjárás előrejelzés, véletlen szám generátor, szélcsatorna modellezés, ballisztikai számítások és a hidrogénbomba kifejlesztése. Az 1955-ös visszavonultatásáig a becslések szerint az ENIAC egy maga több számítást végzett el, mint ahányat 1945-ig emberek végeztek.

Bár az ENIAC 'élete' 1955-ben véget ért, a két zseniális mérnök Mauchly és Eckert előtt még nagy út állt mielőtt az ő sztorijuk is véget ért volna.

<  ABC (Atanasoff-Berry Computer)                                                                                    EDVAC  >