Московский государственный университет путей сообщения
Опубликован: 11.04.2006 | Доступ: свободный | Студентов: 1221 / 249 | Оценка: 4.39 / 4.00 | Длительность: 17:21:00
ISBN: 978-5-9556-0036-1
Специальности: Разработчик аппаратуры
Лекция 3:

Организация подсистемы ввода вывода

< Лекция 2 || Лекция 3: 1234 || Лекция 4 >
Ключевые слова: операции, подсистема ввода-вывода, channel, subsystem, css, производительность, цель внутренняя, внешнее запоминающее устройство, subchannel, архитектура, программная совместимость, идентификатор, программа, hypervisor, адресное пространство, CPC, processor, complex, память, реконфигурация, MIF, facility, операционная система, SCI, path, CPI-C, IID, path set, CPS, путь, physical channel, ID, группа, физический канал, виртуальный канал, virtual channel, технологические ограничения, логический, пространство, многопортовый коммутатор, адрес, операнд, identification, word, SID, logical address, SLA, destination, пропускная способность, распараллеливание, обмен информацией, запуск, IBM, SIO, CCW, CSW, исполнение, процессорное ядро, системная область, HSA, hardware system, block, ORB, LPM, PIM, PAM-5, флаг состояния, команда, очередь заданий, SAP, запрос, доступ, фрейм, обратный, очередь, прерывание, бит модификации, байт, счетчик, IDA, indirect access, список, indirect, Data, разрядность, поле, skip, suppress, SUSPEND, периферийное устройство, сеанс, OSI, точка-точка, PPP, заголовки

Организация канальной подсистемы

Операции ввода-вывода включают процедуры настройки и управления периферийными устройствами, необходимые для выполнения обмена информацией между ними и внутренней памятью сервера. Для их реализации в состав сервера введена подсистема ввода-вывода или канальная подсистема (Channel Subsystem - CSS) [2.1, 2.3, 2.8 \div 2.11]. Основу канальной подсистемы составляют каналы (Channels), выполняющие операции ввода-вывода под управлением канальных программ (Channel Program). Канальная подсистема освобождает центральные процессоры от рутинных операций ввода-вывода и функционирует параллельно с ними, что позволяет существенно увеличить как производительность сервера, так и пропускную способность системы ввода-вывода. Кроме того, CSS позволяет организовать виртуальные соединения между логическими разделами сервера внутри физического сервера, используя для этих целей внутренние каналы.

Основными компонентами канальной подсистемы являются:

  • Периферийные устройства (I/O Devices), к которым относятся внешние запоминающие устройства и устройства ввода-вывода информации. Номер устройства задается 16-разрядным кодом, что допускает использование до 65536 устройств.
  • Устройства управления или контроллеры CU периферийных устройств, обеспечивающие адаптацию типовых процедур управления CSS к конкретным особенностям периферийных устройств. CU принимает команды от CSS, дешифрирует их и вырабатывает последовательность управляющих сигналов для периферийного устройства, необходимую для выполнения требуемой операции. CU может быть выполнено в виде отдельного устройства или встроено физически и логически в периферийное устройство, CSS или сервер.
  • Канальные пути (Channel Path) или каналы, каждый из которых является интерфейсом для обмена информацией между сервером и одним или несколькими CU. Через такой интерфейс передаются команды, состояния и данные, необходимые для операций ввода-вывода. Один контроллер CU может быть подключен к нескольким канальным путям и периферийное устройство может быть связано с несколькими CU. В совокупности число канальных путей для связи с одним периферийным устройством через подканал может достигать восьми, и устройство может использовать любой из этих путей. Каждому канальному пути присваивается уникальный идентификатор (Channel Path Identifier - CHPID). Одна канальная система поддерживает до 256 CHPID.
  • Подканалы (Subchannels) предназначены для хранения управляющей информации об одной операции ввода-вывода в CSS в течение всего времени ее исполнения. Каждому периферийному устройству CSS, доступному из программ, соответствует выделенный подканал. Подканал является фрагментом внутренней памяти, в котором хранится информация об операции ввода-вывода: адрес команды ввода-вывода, CHPID, номер периферийного устройства, счетчик данных, состояния и др. Число подканалов зависит от модели и может достигать 65536, каждый подканал адресуется 16-разрядным кодом.

Таким образом, одна CSS предусматривает использование до 256 канальных путей, каждый из которых допускает подключение до 256 периферийных устройств, что в совокупности обеспечивает подключение до 64К периферийных устройств. В последних моделях серверов возможности канальной подсистемы расширены за счет введения множественной канальной подсистемы (Multiple LCSS - MCSS) [2.8, 2.9]. MCSS состоит из одной или нескольких (до 256) логических канальных подсистем (Logical CSS - LCSS). Внутри каждой LCSS полностью поддерживается архитектура и возможности одной канальной подсистемы, что позволяет сохранить программную совместимость с предыдущими моделями серверов. Каждая из LCSS имеет свой идентификатор - CSSID, с помощью которого управляющая программа hypervisor реализует полное адресное пространство системы ввода-вывода. В моделях z990, z890 используются две LCSS (LCSS 0 и LCSS 1), что расширяет число канальных путей до 512.

Все перечисленные компоненты CSS (MCSS) подключаются к центральному процессорному комплексу CPC (central processor complex) и распределяются между логическими разделами сервера, включающими вычислительные мощности центральных процессоров и основную память сервера. В более ранних моделях серверов распределение было фиксированным, и допускалась его ручная реконфигурация (рис. 2.11а). В последних моделях компоненты могут совместно использоваться несколькими логическими разделами (рис. 2.11б) без ручной реконфигурации путем использования функций MCSS и MIF (Multiple Image Facility).

Варианты распределения компонентов CSS между LPAR

Рис. 2.11. Варианты распределения компонентов CSS между LPAR

Общая организация канальной подсистемы приведена на рис. 2.12. От одного до 15 логических разделов LPAR1 - LPAR15 могут быть подключены к каждой из LCSS, входящей в состав MCSS (LPAR0 используется управляющей программой hypervisor). Каждый из логических разделов соотносится с одной из LCSS и использует канальные пути, выделенные внутри LCSS для этого раздела. В отдельном LPAR может быть запущена собственная операционная система, что требует использования в каждом из 15 LPAR, связанных с одной LCSS, полных архитектурных возможностей LCSS. С этой целью применяется механизм Multiple Image Facility, с помощью которого для каждого LPAR создаются MIF-образы полного набора из 64К подканалов Subchannel Images (SCI) и 256 канальных путей Channel Path Images (CPI). Совокупность всех SCI и CPI для одного LPAR называется MIF-образом раздела. Совокупность MIF-образов всех разделов LCSS образует MIF-образ канальной подсистемы. Внутри каждой LCSS каждому MIF-образу присваивается идентификатор (IID) в диапазоне 1-15.

Организация MCSS

Рис. 2.12. Организация MCSS

Программы, исполняемые в LPAR, оперируют образами подканалов SCI и канальных путей CPI. Образы канальных путей, используемые в LPAR внутри каждой LCSS, накладываются на множество из 256 канальных путей LCSS (Channel Path Set - CPS), каждый из которых имеет свой идентификатор CHPID в диапазоне 0-255. Канальные пути в разных LCSS могут иметь одинаковые идентификаторы CHPID. Соответствие канальных путей LCSS и их MIF-образов поддерживается управляющей программой hypervisor на уровне милликодов. Канальный путь LCSS, которому соответствуют несколько MIF-образов канальных путей, называется MIF-совмещенным (MIF shared).

Множество канальных путей всех LCSS накладывается на множество физических канальных путей. Каждый физический канальный путь имеет уникальный идентификатор (Physical Channel ID - PCHID), соответствующий физическому интерфейсу и элементам его конструктивного исполнения: каркасу ввода-вывода, слоту, порту. Для идентификаторов CHPID устанавливается соответствие идентификаторам PCHID, поддерживаемое на уровне hypervisor.

Каждой LCSS соответствует группа физических каналов, принадлежащих только этой LCSS, кроме объединенных каналов (Spanning Channel). Объединенные каналы могут использоваться логическими разделами разных LCSS. Канальный путь считается объединенным, если один и тот же физический канальный путь PCHID соответствует канальным путям CHPID в разных LCSS. Это позволяет задействовать один физический канальный путь более чем 15 разделами LPAR и делает его доступным из многих LCSS.

В случае объединения внутренних каналов вместо физического канала может применяться виртуальный канал (Virtual Channel) с идентификатором VCHID. Такие каналы реализованы на уровне милликодов и позволяют реализовать обмен между логическими разделами без использования физических каналов.

Основные количественные параметры канальных подсистем разных моделей eServer определяются помимо архитектурных характеристик конструктивно-технологическими ограничениями и представлены в таблице 2.25.

Таблица 2.25. Параметры канальных подсистем
  S390 (G5/G6) z800, z900 z990
CSS 1 на сервер 1 на сервер 2 на сервер
Логические разделы 15 на сервер 15 на сервер 15 на LCSS 30 на сервер
Подканалы 288 К на сервер 512 К на сервер 945 К на LCSS 1890 К на сервер
Канальные пути 256 на CSS 256 на сервер 256 на сервер 256 на LCSS 256 на CSS 512 на сервер
Периферийные устройства 36 К на сервер 63 К на сервер 63 К на LCSS 126 К на сервер
< Лекция 2 || Лекция 3: 1234 || Лекция 4 >
Максим Здерев
Максим Здерев
Россия, г.Тамбов