Операционная система z/VM

ОС z/VM [21, 24, 42] (последняя версия - V4R2) является высокопроизводительной многопользовательской интерактивной ОС, предоставляющей уникальные возможности в части выполнения различных операционных сред на одном вычислительном комплексе, поддержки интерактивных пользователей и клиент/серверных сред. Существует "легенда" о том, что VM родилась как инструментальное средство, предназначенное для использования только внутри IBM, и попала на рынок вопреки планам фирмы. Хотя IBM и опровергает эту легенду, она выглядит вполне правдоподобно. z/VM представляет интерес для применения прежде всего в таких случаях:

• как инструментальная платформа для разработки и отладки системного программного обеспечения, в том числе, и других ОС, обеспечивающая эффективное использование вычислительных мощностей в процессе отладки и легкое восстановление после краха отлаживаемой системы;
• как платформа для миграции на новые ОС и новые версии ОС и системного программного обеспечения, обеспечивающая параллельное функционирование как старого, так и нового программного обеспечения;
• как платформа для информационных систем, требующих параллельного функционирования множества прикладных и операционных сред, хорошо друг от друга изолированных, с одной стороны, а с другой, легко устанавливающих связи друг с другом.

Уникальные свойства z/VM определяются ее архитектурой. Аббревиатура VM расшифровывается как Virtual Machine, и эта ОС в полной мере воплощает концепцию виртуальных машин: интерфейс процесса выглядит как интерфейс оборудования. Ядро z/VM составляет Управляющая Программа CP (Control Program), которая предоставляет для своих конечных пользователей рабочую среду, называемую виртуальной машиной (ВМ). ВМ в z/VM является аналогом процесса в других ОС: это тот "субъект", которому CP выделяет ресурсы. ВМ моделирует реальную вычислительную систему: процессор (или процессоры), память, устройства и каналы ввода-вывода. У пользователя создается впечатление, что в его распоряжении имеется реальная ЭВМ, доступная для него в привилегированном режиме. На самом же деле, в его распоряжении находится только то подмножество ресурсов, которое выделяет или моделирует для ВМ CP. PSW ВМ определяет для выполняющейся на ВМ программы состояние "супервизор" (привилегированное состояние). PSW же реального оборудования при выполнении такой программы определяет состояние "задача" (непривилегированное). При попытке программы, выполняющейся на ВМ, выполнить привилегированную команду происходит исключение, и управление получает CP. CP распознает причину исключения и выполняет для ВМ привилегированную команду или моделирует ее выполнение, после чего возвращает управление ВМ. Исключение и его обработка скрыты от ВМ, ВМ кажется, что ее привилегированная команда выполнилась на реальном оборудовании.

СP на выбор моделирует для ВМ архитектуры нескольких поколений мейнфреймов - от 370/XA до z900, а также виртуальную архитектуру ESA/XC (eXtended Confuguration), в которой ВМ могут быть доступны (при авторизации) адресные пространства других ВМ. В число компонентов архитектуры ВМ входят:

• процессор/процессоры;
• память;
• внешняя память;
• операторская консоль;
• каналы и устройства ввода-вывода.

Поскольку CP предоставляет ВМ модель, неотличимую для нее от ресурсов реальной вычислительной системы, программа, выполняющаяся на ВМ, может (и должна) осуществлять управление этими ресурсами, то есть, в свою очередь, быть операционной системой. Такие ОС называются в z/VM гостевыми (guest). В документации z/VM CP иногда называют гипервизором, в отличие от супервизоров - управляющих программ гостевых ОС. Гостевая ОС может "знать" о том, что она работает под управлением гипервизора, в этом случае гостевая ОС может использовать обращения к CP (команда DIAGNOSE), а также гостевая ОС и CP могут распределять между собой управление ресурсами: гипервизор работает с интерфейсом оборудования, а гостевая ОС - с интерфейсом процесса. Если же гостевая ОС не знает о присутствии CP, то она выполняет управление созданной для нее моделью ресурсов в полном объеме. С этой точки зрения можно разделить гостевые ОС на четыре категории:

1. ОС, специально созданные как гостевые, которые могут работать только в среде ВМ под управлением гипервизора - CMS и GCS.

2. Полнофункциональные другие ОС мейнфреймов (VSE, z/OS и ее предшественники, Linux for zSeries), выполняющиеся "не зная" о существовании гипервизора.

3. Те же ОС, но адаптированные для выполнения в среде ВМ, адаптация состоит в том, что исключается дублирование функций в гипервизоре и супервизоре.

4. Гостевой ОС может быть другая (вторичная) CP, которая распределяет выделенное ей подмножество ресурсов между своими ВМ и своими гостевыми ОС, среди которых в свою очередь могут быть CP и т.д.

Рисунок 12.7 CP и виртуальные машины

Определение ВМ является квазипостоянным: оно создается один раз, а затем используется многократно. Определение ВМ сохраняется в каталоге CP, основным содержанием элемента каталога CP является описание ресурсов, выделяемых ВМ. При запуске ВМ на выполнение CP на основе элемента каталога строит Блок Определения Виртуальной Машины - VMDBLK (Virtual Machine Definition BLocK), в котором содержится описание ресурсов ВМ (либо непосредственно в VMDBLK, либо как ссылки на другие управляющие блоки) и их текущего состояния. Если для ВМ создается несколько виртуальных процессоров, то для каждого процессора создается свой VMDBLK, но только один из VMDBLK каждой ВМ является базовым - тот, который содержит описание памяти ВМ. Свой VMDBLK имеет также и CP. Все VMDBLK связаны в кольцевой список.