Mainframes nutzen Servervirtualisierung
Techniken der Partitionierung
So leistungsfähig aktuelle PCs und Server mittlerweile auch sind: Einige ihrer vermeintlich modernen Features nutzen Großrechner bereits seit Jahren erfolgreich. Nicht nur aus diesem Grund ist es sinnvoll, die Funktionsweise der Mainframes in puncto Ressourcenaufteilung und Virtualisierung unter die Lupe zu nehmen.
Angesichts des aktuellen Hypes um das Thema Servervirtualisierung lohnt es sich, daran zu
erinnern, dass Mainframes diese Technik als Partitionierung schon lange erfolgreich einsetzen.
Mithilfe der Partitionierung laufen auf einem Server bei Bedarf mehrere Systeme der gleichen oder
verschiedener Plattformen parallel. Mit der Unterteilung der Server in virtuelle Einheiten, die
unabhängig voneinander arbeiten, lassen sich IT-Infrastrukturen konsolidieren, die
Ausfallsicherheit erhöhen und vorhandene Ressourcen besser ausnutzen – Eigenschaften, die für eine
flexible und anpassungsfähige Unternehmens-IT zwingend notwendig sind.
Die einfachste Form der Virtualisierung besteht darin, eine reale Ressource von der
entsprechenden Komponente nicht direkt, sondern indirekt ansprechen zu lassen. Statt einer
physikalischen Adresse ist in diesem Fall nur ein symbolischer Name oder ein Identifier angegeben.
Beim Zugriff auf die Ressource wird dann in der Komponente, die diese Ressource verwaltet, der Name
auf die Adresse abgebildet. Diese indirekte Adressierung ermöglicht es, die Abbildung zu verändern,
ohne dass die nutzende Komponente dies zur Kenntnis nehmen muss. Partitionierung geht jedoch über
eine indirekte Adressierung weit hinaus. Momentan existieren verschiedene Ansätze, die sich auch
miteinander kombinieren lassen. Das Ergebnis ist zum einen eine erhöhte Flexibilität, außerdem aber
auch die Möglichkeit, schnell auf Bedarfsänderungen reagieren zu können. Zudem lassen sich mit den
Partitionierungskonzepten Produktionsbetrieb, Entwicklung und Software-Updates voneinander trennen.
Dies erhöht die Verfügbarkeit und verringert die "geplanten" Stillstandszeiten.
Mithilfe der Hardwarepartitionierung kann der Systemadministrator vollkommen unabhängige und
verschiedene Systemumgebungen auf einem Rechner definieren und damit letztendlich komplett
unterschiedliche Systeme generieren. Diese sind in puncto Hardware völlig voneinander abgetrennt
und werden jeweils von einer eigenen Betriebssysteminstanz unterstützt. Eine Partition enthält ein
oder mehrere System-Boards, CPUs, Speicher und I/O-Anschlüsse. Sie sind dem jeweiligen System
statisch zugeordnet und voneinander physikalisch isoliert. Die Hardwareressourcen lassen sich
flexibel an wechselnde Lastsituationen anpassen.
Bei den Mainframes zum Beispiel aus der SX-Serie von Fujitsu Siemens Computers kann der
Administrator sowohl mehrere BS2000/OSD-Partitionen als auch BS2000/OSD- und Solaris-Partitionen
definieren. Darauf aufsetzend kann das softwaregestützte VM2000 jede BS2000/ OSD-Partition wieder
in mehrere Gastsysteme unterteilen.
Virtuelle Maschinensysteme wirken sich auf mehrere Teile aus: die realen CPUs, den realen
Hauptspeicher und die realen Input/Output-Anschlüsse. Dazu entsteht zwischen der physikalischen
Hardware und der Betriebssysteminstanz eine Abstraktionsschicht. Auf diese Weise lassen sich
einerseits die realen Betriebsmittel "virtuell" vervielfältigen. Andererseits können durch die
Virtualisierung auch unterschiedliche Betriebssysteme parallel auf einem Rechner laufen, was eine
systemübergreifende Ressourcenverwaltung auch in einer heterogenen Serverlandschaft ermöglicht.
Beim Einsatz virtueller Maschinen, die zusätzlich in der Lage sind, das
Hardware-Software-Interface (HSI) zu emulieren, ist sogar ein Ressourcenmanagement über
Plattformgrenzen hinweg möglich. Alle Betriebssysteme, die auf der virtuellen Maschine laufen,
können wie im "Native"-Betrieb arbeiten. Die Systeme sind per Firmware gegeneinander vollständig
abgeschottet, wodurch eventuelle Störfälle in einem System keine Auswirkungen auf die übrigen
haben. Ebenso wenig sind Zugriffe auf Haupt- und Globalspeicherbereiche sowie Geräte anderer
Systeme möglich.
Das Virtuelle Maschinensystem VM2000 ermöglicht den simultanen Ablauf von bis zu 15
BS2000-Systemen oder das Betreiben unterschiedlicher, voneinander völlig abgeschotteter
Systemumgebungen auf einem Server. Ein so genannter Hypervisor teilt den einzelnen Systemen die
Ressourcen abhängig vom Workload dynamisch zu. Darüber hinaus ist möglich, bestimmte Systeme durch
Quotenvergabe hinsichtlich der Ressourcennutzung bevorzugt zu behandeln.
Bei der logischen Partitionierung ordnet der Operator innerhalb der vorgegebenen
Architekturgrenzen statisch den Systemen die Prozessoren, den Hauptspeicher und die
I/O-Verbindungen eines physischen Servers zu. Innerhalb dieser Grenzen kann er die Verteilung
jederzeit ändern. Eine automatische, systemgesteuerte Änderung der Grenzen ist nicht vorgesehen.
Der Vorteil liegt in der im Vergleich zur reinen Hardwarepartitionierung höheren Granularität. Je
feiner sich die Serverressourcen auf die einzelnen Einheiten verteilen lassen, desto eher ist
sichergestellt, dass wertvolle Ressourcen mit einem hohen Grad genutzt werden.
Die Basis des "Extended Partitioning" (XPAR) ist das Extended System-Board (XSB). Ihm sind
Prozessoren, Hauptspeicher und I/O-Anschlüsse (PCI Slots) der physikalischen System-Boards (PSBs)
zugewiesen. Jedes der zwei PSBs lässt sich in maximal vier XSBs unterteilen, in Summe also in acht
Extended System-Boards. Die kleinste Konfiguration hierbei sind zwei CPUs, 4 GByte Hauptspeicher
und drei PCI-Slots.
Eine XPAR besteht aus einem oder mehreren XSBs. Die XSBs können dabei auch auf verschiedenen
physikalischen System-Boards liegen. Jede XPAR hat eine eigene Betriebssysteminstanz und verhält
sich wie ein eigener Rechner. Eine oder mehrere XPARs lassen sich für BS2000 und für Solaris
parallel auf einer SX150 betreiben.
Die Dynamische Rekonfiguration (DR) bringt zusätzliche Verfügbarkeitsvorteile bei der Wartung
und der Ressourcenumverteilung zwischen Partitionen. Dynamische Rekonfiguration bedeutet, dass der
Administrator im laufenden Betrieb Extended System-Boards zu Partitionen hinzu- und
konfigurationsabhängig auch wegschalten kann.
Der Austausch fehlerhafter Komponenten eines System-Boards lässt sich damit häufig ohne
zusätzliche Betriebsunterbrechungen durchführen.
Eine Ressourcenumverteilung kann sich bei lastbedingten Performance-Engpässen als sinnvoll
erweisen. Dabei geht es um die temporäre Verschiebung von CPUs zwischen Partitionen. Eine
entsprechende Ressourcenverschiebung von BS2000/OSD- zu Solaris-Partitionen und wieder zurück ist
im Rahmen der Lizenzregeln möglich. Damit kann beispielsweise nicht benötigte BS2000-Leistung einer
Solaris-Partition für eine bestimmte Zeit zugeteilt und später wieder entzogen werden. Über CoD
(Capacity on Demand) und DR ist auch innerhalb von Partitionen die zeitweise Zuweisung zusätzlicher
CPUs denkbar.
Die Vorteile des Konzepts liegen auf der Hand: Per Partitionierung lassen sich vorhandene
Mainframe-Anwendungen mit weborientierten Frontend-Applikationen zum Beispiel auf Basis von Solaris
oder neuen Java-basierenden Anwendungen verknüpfen. Das Ziel besteht darin, das Beste aus beiden
Welten optimal zu kombinieren.
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