Z 操作系统

Z 操作系统简介

Z 操作系统 (Z/OS) 是 IBM 为大型机生产的商业操作系统。它以其稳健的架构、高可靠性和卓越的可扩展性而闻名。

它旨在有效地为企业级计算提供解决方案，分担处理大量交易、存储大量记录以及确保无中断运行的处理器负担。如今的 Z/OS 是金融、医疗、零售、电信和政府等行业众多关键业务应用程序的基础；可靠性和安全性始终是重中之重。

主要特点

• 可扩展性：通过 Z/OS 的纵向和横向可扩展性，组织可以在不影响运营能力的情况下扩大业务规模。它能够适应处理多处理器负载的设计，从批处理到实时分析。
• 可靠性：大多数用户都熟悉 Z/OS 因其容错和自愈功能而拥有高可用性。其他领域包括 Parallel Sysplex 和 Geographically Dispersed Parallel Sysplex (GDPS)，它们允许在发生设备故障时继续业务运行或仅有有限的中断。
• 安全性：Z/OS 集成的安全措施包括加密、安全认证和其他访问控制措施，因此，重点在于数据保护。其资源访问控制设备 (Resource Access Control facility) 管理用户的访问权限，并保护机密数据免遭不当访问。
• 集成性：Z/OS 的平台特性意味着它可以轻松地与其他企业应用程序进行接口。它支持开放标准和协议，这将促进与不同云环境、分布式系统和移动应用程序的互操作性。这使其成为寻求在 IT 部门建立同质化网络的组织的理想选择。
• 遗留系统支持：Z/OS 具有选择性兼容性，可以与其他应用程序一起运行旧应用程序。这种双重功能确保了新技术的引入不会威胁到现有投资。

Z 操作系统的历史和演变

1. 早期起步：OS/360

Z/OS 的根源可以追溯到 20 世纪 60 年代初，当时 IBM 推出了 OS/360。OS/360 是 System/360 主机系列的一款出色系统，尽管当时它仅支持几种编程语言。它可以运行大量的应用程序。这段时期是 IBM 主导大型机市场的标志，为未来更快速、更好的操作系统奠定了基础平台。

2. 演进到 MVS

因此，到 20 世纪 70 年代，为了满足系统多样化和密集的需求，MVS (Multiple Virtual Storage) 应运而生。MVS 被宣传为 OS/360 的发展，侧重于扩展虚拟内存管理和更好的多任务处理。它成为几乎所有行业许多重要应用程序的基础，从而巩固了 IBM 在企业计算领域的主导地位。

3. 过渡到 OS/390

1990 年中期，IBM 推出了 OS/390，这可以被视为现代化大型机环境的重要一步。OS/390 包含许多改进，例如改进的网络和安全性以及用户友好的图形界面。它还在环境中采用了开放标准，这使其能够与非 IBM 系统集成，并为未来的发展提供了可能性。

4. Z/OS 的诞生

IBM 推出了 Z/OS，这直接证明了公司对服务改进的远见和承诺。Z/OS 于 2000 年推出，旨在充分利用 IBM Z 系列大型机服务器在性能、可扩展性和安全性方面的优势。这款新操作系统旨在支持当今组织严苛的数据处理需求，从传统批处理到最新的 Web 服务。

5. 持续演进

即使在今天，Z/OS 仍在不断改进，以适应当前和未来的技术和需求。它包括对云计算的改进，以及人工智能和机器学习程序以及网络安全措施的整合。IBM 一直在更新 Z/OS，以整合 DevOps 和 Agile 等公认的开发方法，为大型机系统环境带来创新。

6. 现代 Z/OS：一个多功能平台

它仍然是当今现代商业应用程序的流行选择，并为银行业、医疗保健、零售业和政府等领域提供一些世界上最大的企业计算需求。它适应当今 IT 世界使用的系统，如混合云系统和移动应用程序等，使其成为一个必不可少的工具，特别是对于那些希望追求创新但同时又希望确保公司 IT 运营稳定可靠的组织而言。

2 Z 操作系统架构

1. 内核和核心服务

1. 内核架构
   
   • 因此，Z/OS 中的内核负责执行操作系统最基本的操作。它还负责管理系统硬件，并监督关键任务，如组织和调度资源、管理中央内存以及输入/输出功能。
   • Z/OS 内核的设计特点是适中且可扩展，可以根据不同的工作负载和系统部署进行定制。
2. 核心服务
   
   • Z/OS 中的一些基本服务包括启动系统、处理错误和中断的服务，以及 Z/OS 中的服务。维持这个操作系统及其服务至关重要，以确保其可用性和可靠性。

2. 内存管理

1. 虚拟内存管理
   
   • Z/OS 拥有原生的 虚拟内存管理，每个程序、工具或应用程序都被分配了其虚拟地址空间。它还实现了高效的内存分配，清晰的应用程序隔离，以及支持大规模运行的条件。通过获取连续的补丁/修补程序，服务管理现在已嵌入到 Z OS 中。2008 年 4 月发布的新 Viper 版 Z/OS 支持 64 位寻址，允许访问可能无法计量的内存量。
2. 分页和分段
   
   • 操作系统使用分页系统管理物理内存。页面很小，页面表用于将块的虚拟地址转换为其物理地址。还使用了分段，其中内存可以逻辑地划分为段，从而提供易于访问和分配内存资源。
3. 存储保护
   
   • Z/OS 具有物理保护功能，可以防止应用程序和用户访问内存中的禁止区域。此功能对于保护系统免受意外或有时是恶意的内存写入和读取非常有用，这对于数据的安全性和完整性来说是危险的。

3. 处理器和并行性管理

1. 处理器架构
   
   • 当前的 Z/OS 是为利用 IBM System Z 处理器潜力而构建的，包括通用处理器和专用处理器，如 Linux 集成设施 (IFL) 和 System Z 应用程序辅助处理器 (zAAP)。这些处理器帮助系统支持各种需求的负载，从传统的批处理到 Web 应用程序。
2. 并行性和对称多处理 (SMP) 之间的相似性
   
   • 该操作系统支持 SMP，即它可以配置多个处理器同时工作。此功能允许 Z/OS 并行工作，从而提高多个任务的吞吐量和性能。Parallel Sysplex 还用于管理多个 Z/OS 系统的集群，并将它们视为一个统一的系统。
3. 工作负载分布
   
   • Z/OS 还支持高级工作负载分布，可以在可用处理器之间分配工作负载。这种机制可以最大限度地利用可用资源，平衡负载并提高系统性能。

4. I/O 管理和数据服务。

1. I/O 子系统
   
   • Z/OS 中的 I/O 子系统经过优化，性能高且设计可靠。它通过支持各种 I/O 设备（如磁盘、磁带和网络端口）来实现这一点。该子系统负责将数据通过外围设备从 CPU 移动，同时不损害数据安全。
2. 通道架构
   
   • 通道架构是 Z/OS 中 I/O 管理的另一个组成部分，属于 IBM。通道是 CPU 和 I/O 设备之间用于交换数据的专用硬件连接。这种架构减轻了主处理器处理 I/O 的负担，从而避免了瓶颈，进而提高了系统的整体性能。
3. 数据访问方法
   
   • Z/OS 支持诸如虚拟存储访问方法 (VSAM) 和队列顺序访问方法 (QSAM) 等技术。基于应用程序的特定需求，可以有效地读取、写入和检索存储设备中的数据。
4. 数据完整性和恢复
   
   • 值得注意的是，数据完整性是 z/OS 系统架构中的一个主要设计特性。它还利用日志记录和检查点/重启等方法来保证数据完整性并在系统崩溃时加速恢复。这些功能对于维护使用数据处理的业务关键型应用程序的信心至关重要。

5. 安全架构

1. 资源访问控制设备 (RACF)
   
   • 因此，RACF 在 Z/OS 安全环境中发挥着重要作用。它负责用户和应用程序的身份验证和授权，以及审计功能。它主要作为一种安全措施来管理系统资源的用法，以确保只有授权人员才能访问特定数据。
2. 加密
   
   • Z/OS 具有加密选项的功能，并支持反射式和软件加密选项。这可以保护静态数据和传输中的数据，并满足合规性和数据保护标准。
3. 入侵检测/防御。
   
   • Z/OS 的安全设计包含对入侵检测和防御系统的规定。这些工具会监控系统活动以检测可疑行为，并有机会阻止潜在的安全威胁。

6. 网络和连接性

1. TCP/IP 和 SNA 协议
   
   • Z/OS 支持 TCP/IP 通信，同时系统也实现了 SNA。这表明网络具有灵活性。虽然 TCP/IP 是互联网和内联网的传统协议，但 SNA 为包含旧网络的标准大型机应用程序提供了支持。
2. 企业扩展器
   
   • EE 本质上是一种解决方案，它将 SNA 应用程序和 IP 网络连接起来，以实现新一代通信和先前一代的设施连接。这种集成至关重要，因为大多数运营业务人员都使用现代和传统技术。
3. 安全通信
   
   • Z/OS 通过使用 SSL 和 TLS 协议来保护套接字层以传输信息，从而确保安全通信。这些协议确保发送和接收的数据是安全的，并且在过程中未被篡改。

7. 中间件和应用程序服务

1. 事务处理中间件
   
   • 基于 Z/OS 的中间件解决方案包括 CICS 和 IMS。这种高效的事务处理环境在需要应用程序不间断运行和快速数据处理时非常有用。
2. 数据库管理系统
   
   • 此外，操作系统与数据管理和处理工具（包括 IBM 的 DB2 数据库）之间也存在良好的集成。这些工具在实施分析和商业智能工具以增强组织决策制定方面非常有用。
3. 应用程序开发和部署
   
   • 为此，Z/OS 满足当今开发框架和工具的要求，以协助应用程序开发人员进行应用程序的开发、测试和部署。它继续支持 Java、Python 和 COBOL 等语言，用于现代和传统的应用程序。

8. 工作负载管理

1. 工作负载管理器 (WLM)
   
   • 在 Z/OS 中，工作负载管理器 (WLM) 根据代表业务需求的优先级来管理工作负载的分配。此配置是动态的，并根据需要平衡资源分配，确保将所有资源分配给需要大量资源的敏感应用程序。
2. 批处理和作业调度
   
   • Z/OS 提供了复杂但非常有效的批处理功能，可以安排和运行系统中的复杂后台作业。JES 负责作业队列处理、所需资源的控制以及执行这些作业所需的时间控制。

9. 系统管理和监控

1. 系统自动化
   
   • 用于一般系统的工具促进了 Z/OS 中的自动化。在这些系统中，任务是自动化的，以避免人为干预，从而消除错误。自动化功能为系统提供了可靠性，并避免了资源过载，从而实现了有效的战略行动。
2. 监控和警报
   
   • Z/OS 提供了许多具有广泛优势的监控工具。这些工具对于实时检测和诊断系统状态很有帮助。这些工具会为发现的异常生成警报，从而可以及时干预并保持系统稳定。
3. 容量规划
   
   • 容量评估工具的可用性有助于组织预测未来的资源需求，并确保系统具有可扩展性以满足未来的业务需求。这些工具有助于及早规划，从而避免服务提供商用完特定资源来提供服务的可能性，并确保始终提供不间断的服务。
4. 灾难恢复和备份
   
   • 灾难恢复应用程序已集成到 Z/OS 架构中，以确保业务可以轻松地从任何灾难中恢复。地理分布式并行系统 (GDPS) 等方面允许高度可靠的灾难恢复解决方案，帮助公司在发生灾难时进行恢复。

编程和开发

1. 支持的编程语言

1. COBOL (通用商业导向语言)
   
   • COBOL 是 Z/OS 上最常用的语言之一，尤其是在商业、金融和管理领域。这种架构适合接收大量信息，并用于银行和保险等关键领域。
2. Java
   
   • 因此，Java 是在 Z/OS 上构建前瞻性应用程序最常用的语言。对于某些应用程序，z/OS 上的 Java 继续指向 JVM，它作为一个平台，开发人员可以在其中编写可以在许多不同平台上运行的代码，同时利用大型机的强大功能和容量。为 Java 开发的应用程序可以在此系统上运行，并增强其安全性、可靠性和事务处理能力。
3. PL/I (编程语言一)
   
   • Z/OS 支持的另一种语言是 PL/I，它也是一种商业和科学语言。它以其多功能性和在处理大量复杂数据集方面的卓越能力而闻名，使其在大型行业的编程中发挥了重要作用。
4. 汇编器
   
   • Z/OS 上的汇编语言使开发人员能够编写更接近机器或硬件的程序。特别是对于那些需要以相当精确的资源消耗在系统上运行的程序。
5. Rexx (重构扩展执行器)
   
   • Rexx 是一种广泛应用于 Z/OS 的交互式语言，用于脚本编写和自动化。这种语言非常容易学习，并用于系统管理、数据处理和快速应用程序开发 (RAPID)。

2. 开发工具和环境

1. IBM Developer for Z/OS (IDz)
   
   • IBM Developer for Z/OS 是一个集成开发环境，支持在 Z/OS 操作系统上部署应用程序的开发。它支持 COBOL、PL/I、Java 和 C/C++ 等多种编程语言。该产品的特点包括代码分析、调试和源代码集成，从而加快了开发速度。
2. IBM z/OS Explorer
   
   • Z/OS Explorer 是一款具有编辑器功能的工具，它允许用户通过图形界面更轻松地管理 Z/OS 的一些资源。它使开发人员能够搜索数据集、修改源代码和管理作业，从而提高了速度和便利性。
3. JCL (作业控制语言)
   
   • JCL 用于解释和管理 Z/OS 中的辅助批处理作业的提交。它提供了控制程序运行和资源管理的语法和命令；因此，在需要处理大量进程的情况下，它很重要。
4. ISPF (交互式系统生产力工具)
   
   • ISPF 是 Z 上使用的标准接口，用于创建和操作 Z/OS 上的现有应用程序。它提供了用于编码的编程语言文本编辑器、数据集查看器以及用于执行系统管理工作的系统，非常适合使用命令行界面的开发人员。

Z 操作系统的用例和应用程序

• 金融服务：银行和金融机构离不开它，因为它能以极高的准确性处理每秒数百万笔交易。它们支持 ATM 交易、实时交易和庞大的客户群，从而使服务交付安全高效。
• 医疗保健管理：在医疗保健领域，Z/OS 支持电子健康记录 (EHR) 患者和临床应用程序。其安全措施使其能够安全地共享患者信息，符合《健康保险流通与责任法案》(HIPAA)。其解决复杂数据能力使其在改善患者护理和治疗方面非常有用。
• 零售和供应链：Z/OS 帮助各种零售商维护库存、改进供应链并提高客户满意度。POS、网上销售和忠诚度计划是它帮助在各种网点执行运营的一些方式。
• 电信：如今，许多电信公司在 Z/OS 上运行其网络管理系统、计费系统和客户服务应用程序。实时设备分析信息有助于提高网络的效率和客户满意度。
• 政府和公共部门：Z/OS 支持重要的政府业务，如大型数据库、税务申报和社会安全号码 (SSN)。它确保了大量工作相关信息的处理，并提高了服务准确性，从而保持了公众对公共服务的信心。

结论

总之，Z 操作系统 (Z/OS) 是 IBM 致力于为企业提供强大、安全和灵活的企业计算基础设施的杰出范例之一。凭借其架构，Z/OS 非常适合处理关键业务应用程序，并广泛应用于金融、医疗、零售、电信和政府等领域。

它提供了近乎持续可用性的性能、与新技术兼容性以及与旧系统的兼容性，使其成为对可靠高效有要求的组织必不可少的工具。因此，对 Z/OS 的持续改进的关注使其成为企业应对技术进步带来的不断变化的数字环境的重要基础元素。