Напечатав несколько отвлеченную (от практических вопросов) статью про двадцатилетний юбилей платформы VAX, наш журнал не может оставить без должного внимания второго (и более актуального на сегодня) юбиляра - операционную систему OpenVMS. В отличие от машин VAX, которым вряд ли приходится рассчитывать на новых заказчиков в России, сама ОС, поддерживающая также и платформу Alpha, пользуется устойчивым (хотя и не столь масштабным) спросом. Причина тому - те самые загадочные 8760 часов из названия статьи (являющиеся попросту произведением 24x365 - маркетинговым символом беспрерывного функционирования). OpenVMS была первой (или одной из первых) из 32-разрядных операционных систем, также впервые именно в OpenVMS была реализована виртуальная дисковая память, кластеры родились тоже в OpenVMS. Вообще, если вдуматься, то практически все, что мы считаем неотъемлемой частью современных сетевых ОС, уходит корнями в OpenVMS. До сих пор OpenVMS считается самой надежной (из коммерческих) серверной операционной системой, и в этом качестве находит своих заказчиков.

Детальное описание архитектуры и всех функциональных возможностей OpenVMS вполне могло бы занять весь журнал (и не один номер), но дать общее представление о том, что именно представляет собой эта ОС - задача вполне посильная. Некоторые детали (касающиеся, например, поддержки терминалов) можно опустить, поскольку VMS интересует нас в первую очередь с точки зрения ее применения в клиент-серверных приложениях.

Механизм функционирования OpenVMS (здесь и далее идет речь о версии 7.1 для Alpha) опирается на потоки (kernel thread). Поток состоит из индивидуального адресного пространства, регистров, образующих его контекст, и кода - исполняемого образа. Контекст идентифицирует поток и описывает его текущее состояние, а исполняемый образ состоит из системных и пользовательских программ (откомпилированных и собранных). Каждый процесс может содержать несколько (до 16) потоков. Максимальное число поддерживаемых параллельных процессов в OpenVMS - 16 384. Процессорное время распределяется между потоками в соответствии с приоритетами, которых насчитывается 64. Приоритеты от 0 до 15 назначаются процессам с разделяемым временем или некритичным ко времени исполнения, диапазон от 16 до 63 предназначен для процессов реального времени. Последние получают время сразу, как только оно требуется (сообразно приоритетам), в то время как обычные процессы получают вычислительные ресурсы только тогда, когда ими не пользуются процессы реального времени. Такое внимание им уделено в OpenVMS неслучайно - ОС традиционно (еще со времен VAX) используется в системах автоматического управления производством. Кстати, настоящая или, вернее будет сказать, полноценная многопоточность появилась в OpenVMS на Alpha несколько позже, чем была объявлена. Программисты, конечно, могли определять потоки, но многопоточность реализовывалась ядром системы на программном уровне; с версии 7.1 многопоточность реализуется уже и на аппаратном уровне (параллельное выполнение инструкций как на разных процессорах, так и с использованием механизма параллельной обработки отдельного кристалла). Обмен данными между процессами осуществляется посредством нескольких механизмов: виртуальные почтовые ящики (очереди сообщений), элементарные флаги синхронизации, диспетчер обработки тупиковых (некорректных) ситуаций и разделяемая память.

Разделяемая память - часть механизма SMP, поддерживаемого OpenVMS, когда несколько процессоров исполняют код из одного адресного пространства. Поддержка SMP осуществляется в OpenVMS автоматически и не требует специальной настройки.

ТАБЛИЦА 1 - ТРЕБОВАНИЯ OPENVMS K ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ

Продолжая тему работы с памятью, напомним, что OpenVMS - 64-разрядная система (по правде говоря, полноценную 64-разрядность она приобрела только с последних версий, так как система разрабатывалась на базе 32-разрядной платформы, и значительная часть кода первоначально была перенесена "как есть") и может поддерживать до 8 Тбайт виртуального адресного пространства. Приложения, правда, в целях переносимости и совместимости получают по умолчанию 32-разрядное адресное пространство. 64-разрядность позволяет OpenVMS реализовывать ряд расширенных функций управления памятью (Very Large Memory, VLM): постоянно хранимые в памяти выборки, разделяемые страницы, расширяемые глобальные таблицы, резервирование памяти. Все эти механизмы предназначены в первую очередь для ускорения работы серверов базы данных, позволяя постоянно хранить в памяти большие наиболее активно используемые выборки из базы данных (кэширование), одновременно задействовать кэш нескольким процессам, динамически увеличивать размер глобальных страниц и гарантировать резервирование оперативной памяти под кэш.

У OpenVMS (с версии 7.0) есть еще одно весьма интересное расширение - файловая система Spiralog. Она может сосуществовать со стандартной системой как на отдельной машине, так и в кластере и позволяет заметно увеличить производительность дисковой подсистемы в ряде приложений. Основной принцип, заложенный в Spiralog, - интерпретация диска как устройства с последовательной записью (попросту говоря - ленты). Все данные записываются в структуру, английское название которой в данном случае лучше интерпретировать как "очередь" (в оригинале - log, отсюда и название системы), все новые файлы (и изменения к имеющимся) дописываются в конец очереди.

Очевидно, что такой подход не даст улучшения производительности при использовании, например, совместно с сервером базы данных (особенно учитывая, что развитые СУБД часто берут управление файлами на себя), но при непрерывной записи большого количества файлов строго поступательное движение головок диска (в отличие от обычного метания вперед-назад) заметно ускоряет работу. Spiralog предлагает также лучшую масштабируемость, позволяя практически неограниченно наращивать как размеры файлов (до нескольких терабайт), так и размеры каталогов (более 250 000 файлов в каталоге - десятки миллионов файлов на одном томе).

Еще одно из преимуществ Spiralog - оптимизация процесса резервного копирования. Вместе с файловой системой поставляется архивационная утилита, которая разрабатывалась специально под Spiralog и эффективно использует линейную структуру хранения файлов. Практически полное соответствие принципов записи информации на диск и на ленту заметно упрощает процесс архивации и восстановления данных, который по сути дела является прямым переносом структуры с носителя на носитель. Более того, запись всех изменений файлов в конец очереди минимизирует время и ресурсы, затрачиваемые на ежедневное инкрементное копирование - все, что нужно записать на ленту, легко найти и считать. Для систем, рассчитанных на непрерывное функционирование, минимальные расходы на резервное копирование имеют большое значение. Если обычный сервер можно архивировать по ночам, когда с ним никто не работает, то большие корпоративные системы, как правило, активно задействованы практически круглые сутки, и заметное снижение их производительности, хотя бы и на относительно небольшое время, крайне нежелательно.

Spiralog является не единственным расширенным файловым сервисом OpenVMS. Система также предоставляет службу ведения записей (Record Management Services, RMS). RMS по сути является СУБД-подобным интерфейсом обращения к устройствам хранения данных, позволяющим приложениям организовывать свои собственные базы данных, тем самым повышая эффективность их работы. Еще один плюс RMS - служба позволяет организовывать надежный бесконфликтный совместный доступ к файлам различных процессов или приложений.

Наконец, отдельного упоминания заслуживают сетевые возможности OpenVMS. Система способна работать во всех стандартных сетях: Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI и ATM. Поддержка ATM - весьма развитая и включает в себя такие сервисы, как эмуляция ЛВС (LANE) и IP поверх ATM.

Все-таки главное, за что ценят OpenVMS, - это не производительность (вообще говоря, Digital UNIX зачастую оказывается производительнее), а уже упомянутая во вступлении к статье надежность. Главным обоснованием рекламной формулы является, конечно, кластеризация серверов, которая, еще раз напомним, была впервые применена именно в OpenVMS. Впрочем, и сегодня, когда кластеры реализуются практически на всех популярных аппаратно-программных платформах, OpenVMS по-прежнему служит ориентиром. Кластеры OpenVMS через различные интерфейсы (Memory Channel, DSSI, CI (два интерфейса Digital), Ethernet и SCSI) могут объединять до 96 узлов (между прочим, в рамках одного кластера допускается использование как Alpha-, так и VAX-серверов). При помощи соответствующих мостов между FDDI и ATM узлы в кластере могут быть связаны и средствами последней технологии - ATM. Выполняемые в кластерах приложения получают координированный доступ к разделяемым ресурсам. Все обращения к данным строго синхронизируются, что обеспечивает целостность данных во время параллельного выполнения транзакций по их обновлению. При обращении к кластеру выполнение задания поручается первому доступному узлу - загрузка распределяется равномерно. Единственное "но", которое можно сказать про кластеры OpenVMS, это то, что при практически неограниченной (в пределах требований заказчика) масштабируемости ресурсов они уступают кластерам на Digital UNIX по масштабируемости производительности системы в целом. Это связано с тем, что из-за необходимости поддерживать совместимость сверху вниз OpenVMS унаследовала некоторые старые, не очень быстрые системные механизмы. Впрочем, если использовать "родные", а не перенесенные приложения, то разница в производительности практически отсутствует.

Отдельный интерес представляет Volume Shadowing, служба OpenVMS (OpenVMS Cluster - тоже дополнительный продукт, лицензируемый по количеству узлов), осуществляющая зеркализацию дисков по типу массивов RAID-1 (поддерживается как стандартная файловая система, так и Spiralog). Зеркализация может производиться в масштабах целого кластера, причем физически диски могут как находиться на одном сервере (или в дисковой подсистеме), так и быть разнесены по различным узлам кластера. Единственное ограничение - диски в одном наборе должны иметь одинаковое количество логических блоков и одинаковый объем. Volume Shadowing поддерживает неограниченное количество дисков при наличии одного набора на кластерную систему и до 500 в случае, если таких наборов два или три.

Кроме форс-мажорных обстоятельств, разумеется, учитывается и главный источник неприятностей - человеческий фактор. Средства защиты информации развивались в OpenVMS с момента создания (в многопользовательских системах разграничение прав пользователей - одна из первоочередных задач). В версиях для VAX предусмотрены даже четыре режима работы процессора, обеспечивающих различные уровни доступа (после регистрации пользователя в системе процессор переходит в соответствующий режим для выполнении его задач), так что, не обладая надлежащими полномочиями, просто физически невозможно запустить, например, программу-взломщик. На Alpha, разумеется, такие возможности отсутствуют, но и без них ОС обеспечивает высокий уровень защиты. В частности, OpenVMS располагает развитыми средствами контроля за паролями: проверкой стандартных характеристик (срок действия пароля, длина, использовался ли пароль ранее), генерацией случайных паролей, проверкой на наличие в паролях общеупотребительных слов, а также возможностью задания специфических требований к "содержимому пароля". Контролируется доступ ко всем системным объектам: томам, устройствам, файлам, очередям и т. д. Каждому классу объектов (кроме файлов) можно по умолчанию назначить уровень защиты при его создании. Файл получает уровень защиты либо от своей предыдущей версии, либо от создавшего его процесса. При желании файл может быть удален полностью (erase-on-delete) без возможности его восстановления. OpenVMS обеспечивает также аудит регистрации или выхода из системы, попытки подбора пароля, любых типов операций с заданными объектами (или классами объектов), любых изменений параметров системы, любых изменений, касающихся политики защиты информации (под словом "любые" подразумевается "любые на выбор"). Все версии OpenVMS проходят сертификацию по классу С2 (версия 7.1 еще не успела ее пройти, но только пока). Специальная версия ОС имеет повышенный уровень защиты (SEVMS) и сертифицируется уже по классу B1.

ТАБЛИЦА 2 - ТРЕБОВАНИЯ OPENVMS К ДИСКОВОМУ ПРОСТРАНСТВУ