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罗彻斯特城堡——IBM eServer I系列技术揭秘


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[美]Frank G.Soltis
7-111-12498-7
49.00
384
2003年08月01日
IBM eServer I系列产品事业部
计算机 > 计算机控制与仿真 > 系统仿真/虚拟现实

2714
简体中文
16开
Fortress Rochester: The Inside Story of the IBM iSeries
教材
IBM/Lotus技术丛书







IBMAS/400到IBM@serveri系列的转变以及5版本系统软件的推出,都是IBM罗彻斯特实验室迎接电子商务
时代变革的重要标志!本书将带领您走进著名的IBM罗彻斯特实验室和IBM i系列服务器,做一次服务器架构设
计和技术思想之旅,让您轻松了解IBM i系列的过去、现在和未来……
  本书作者是IBM i系列的首席科学家,AS/400和i系列中使用的技术独立体系结构的创造者。本书的独到之
处在于其适应性相当广泛;任何想了解世界IT业及i系列发展的读者都可以阅读本书,无论您想了解i系列如何
帮助您做出更明智的业务决策,还是想编写出更好的适应客户需求的应用程序,或体会AS/400以及i系列服务
器作为业界翘楚的精髓所在,本书都将给您一个答案!本书的主要内容包括如下内容:
  ●i系列构建体系结构的理念
  ●PowerPC与POWER4处理器技术
  ●内存系统
  ●新型输入/输出系统
  ●技术独立的机器接口
  ●对象
  ●单级存储
  ●文件系统
  ●分区
  ●UNIX与Windows环境
  ●Java与Domino
  ●Linux
  作为附加的内容,本书的附录“罗彻斯特城堡的历史”还介绍了在光彩照人的IBM i系列服务器及其前身系
统AS/400的背后,那些在罗彻斯特工作的具有传奇色彩的IBM科学家们,正是他们创造了AS/400及i系列,这
款业界最受推崇的服务器产品之一。
  本书精彩地讲述了IBM公司i系列的开发过程,从结构设计到电子商务的实现,涉及了产品开发理念、技术细节、经验总结等。作者是i系列产品的首席科学家,以自己的亲身经历描写了开发人员的成功经验,给人深刻启迪。本书适合于所有软件开发人员、管理人员、大学学生和教师,以及所有对软件开发有兴趣的人员。
Frank G.Soltis博士创造了用于AS/400和i系列的革命性的体系结构,以其博士论文为基础创建的体系结构首先用于IBM的System/38,后来又用于AS/400和i系列。最先由他提出的技术独立的机器接口和单级存储技术引领了新一代计算机发展的潮流。
  在过去的几年里,Soltis博士领导开发用而系列和p系列的64位PowerPC处理器。作为i系列首席科学家,他继续为i系列的新发展指引方向。
  除了在IBM任职外,他还兼任明尼苏达大学电子工程系.计算机科学系的教授,主要为研究生讲授高性能计算机设计等课程。
For Chinese Reader
Since my first trip it in 1996, I have made several visits to China to meet with iSeries customers. I have always been highly impressed with the level of knowledge and the level of enthusiasm customers from all over China have for the iSeries. I have also had the privilege of meeting with professors and students from several Chinese universities to discuss emerging computer technologies and how these technologies are being used. During all these visits I have met many new people and made many new friends. I am looking forward to visiting China again soon.
Frank G. Soltis
目简简录
出版说明
序言  红色保时捷赛车、AS/400服务器与罗彻斯特城堡
体 系 结 构
第一章  i系列体系结构设计的五个神圣原则 2
技术独立性 3
基于对象的设计 4
硬件集成 5
软件集成 6
单层存储 6
汇萃与融合 7
硬   件
第二章  PowerPC处理器 10
速度需求 10
硬件合并 11
PowerPC的演变 14
早期的PowerPC AS处理器 16
Muskie处理器 16
Cobra 处理器 18
Apache 处理器 19
Star系列处理器 20
Star系列处理器的实现方法 21
条件分支处理 25
多线程处理器 27
“智慧”设计的终结 30
结论 32
第三章  POWER4:下一代处理器 33
POWER的历史 34
POWER4设计 35
POWER4封装 36
SMP或NUMA 39
POWER4处理器内核 40
POWER4流水线 44
POWER4技术 46
Armada准备起航 47
结论 48
第四章  通往0.1微米之路 49
晶体管基础 49
铜线互连 50
绝缘硅技术(SOI) 51
低k值绝缘体 53
应变硅 55
电子束光刻 56
结论 58
第五章  存储器系统 59
存储器速度间隙 59
存储分层结构 61
高速缓存 62
多层缓存 63
主内存 64
磁盘与磁带 64
存储分层结构的特征 65
引用位置 65
包含 65
一致性 66
SMP配置举例 68
非一致性内存访问(NUMA) 70
NUMA的优势 71
结论 75
第六章  新型I/O 76
早期的I/O子系统 77
早期历史:S/38 77
使用SPD总线 77
SPD I/O子系统 79
I/O新纪元 81
分阶段过渡 81
深入了解RIO 83
回到未来 84
HSL和HSL OptiConnect 84
I/O代码结构 87
I/O软件层 88
I/O硬件层 91
结论 93
系 统 结 构
第七章  技术独立机器接口 96
MI架构总体介绍 97
另外一种虚拟机 98
MI的特征 99
处理MI程序 101
创建程序 101
删除程序 101
程序特征提取和程序中间代码 102
SLIC 104
SLIC和OS/400两层功能的划分 104
微码 106
SLIC的开发 107
SLIC的成本 109
结论 110
第八章  对象 111
什么是对象 112
对象命名 113
OS/400对象和MI系统对象 114
访问对象 117
基于功能的编址 117
解析系统指针 117
其他指针类型 118
系统对象的特征 120
透视系统对象 122
分段存储 122
系统对象的结构 122
多段对象 123
首部的内容 125
对象举例 128
结论 130
第九章  变体软件 131
虚拟机器接口的变体 133
带优化功能的编译器 134
早期的高级语言编译器 136
集成语言环境 137
结论 141
第十章  单级存储 142
不是一个大的地址空间这么简单 142
实际性能 144
虚拟内存 145
分时虚拟内存 146
单级虚拟内存 147
永久虚拟内存 148
单级存储综述 150
指针和标签 153
指针的硬件保护 154
标签活动方式 155
磁盘上的指针和标签 156
指针内幕 156
地址翻译 157
内存模型特征 157
机器状态寄存器 157
地址翻译纵览 159
虚拟到实地址翻译 161
磁盘管理 166
辅助存储池 166
存储段 167
结论 169
应用推动因素
第十一章  新的文件系统 172
我们的工作方式 172
库 173
共享文件夹 173
集成文件系统的体系结构 174
虚拟文件系统(VFS)接口 176
集成文件系统支持的文件系统 176
集成文件系统支持的服务器 178
集成文件系统增强功能 180
结论 181
第十二章  通用数据库 182
UDB/400中对象以及非关系型数据的支持 183
对大对象的支持 183
定义新的数据类型和函数 183
触发器和约束 185
数据链路 185
商务智能(BI) 186
数据仓库 186
可操作数据到信息化数据的转换 187
多维数据库 187
数据分析和用户工具 188
管理数据仓库 189
数据库操作概述 189
数据库管理系统(DBMS)的功能 189
数据描述和文件创建 190
数据与程序相互独立 191
数据安全性 193
数据完整性和数据恢复 193
其他数据库功能 196
数据库功能的实现 198
数据库对象 198
数据的用户路径 200
SLIC日志 201
SLIC中的提交控制 202
机器索引 202
结论 203
第十三章  线程 204
i系列的内核线程 205
世界上最伟大的任务结构 206
i系列中的任务分派 207
MI进程 214
原始进程模型 215
ILE进程模型 216
异常、事件和中断 219
MI中的异常和事件 220
SLIC异常管理 221
硬件关系状态交换 223
工作管理和OS/400作业 224
工作管理的概念 225
子系统 225
作业结构 226
结论 227
第十四章  分区 228
合并的迫切性 229
在i系列中引入逻辑分区 230
早期的逻辑分区实现方法 230
增强型逻辑分区 231
竞争 234
客居操作系统 235
结论 236
第十五章  UNIX环境 237
与UNIX又爱又恨的关系 238
UNIX进入AS/400 239
UNIX协处理器 239
将我们的UNIX做得比UNIX更好 240
私有地址空间环境 244
利用PASE移植应用 244
PASE的实施 245
结论 248
第十六章  视窗环境 249
成熟管理 251
集成x系列服务器 251
IXS硬件 252
IXS软件结构 254
管理外部英特尔 259
集成x系列适配器 259
利用IXA实现服务器整合 260
管理存储空间 260
在分区上的Windows 262
结论 263
电 子 商 务
第十七章  网络世界中的安全 266
挑战黑客计划 267
安全泄密 269
集成的安全性 271
系统安全级别 271
安全级别10—无安全保护 272
安全级别20—口令级安全保护 272
安全级别30—资源级安全保护 273
安全级别40—操作系统级安全保护 274
安全级别50—C2级安全保护 275
用户概要文件 275
用户级别 276
拥有和被授权的对象 276
对象的权限 277
特权指令和专用权限 277
程序借用权限 278
组群权限 279
权限搜索法则 280
病毒、蠕虫、特洛伊木马和另外一些令人厌恶的东西 282
结论 283
第十八章  Java和Domino 284
开发电子商务应用 284
新的电子商务应用软件模型 286
使用Java servlet的Web服务模型 287
套接字或队列服务模型 288
分布式对象模型 288
使用Java代理程序的Lotus Domino模型 288
应用服务器 289
HTTP Web服务器 290
WebSphere应用服务器 291
Java 292
Java的历史 293
i系列中的Java 294
Java框架结构和EJB 299
Lotus Domino 302
Domino for i系列 304
用Domino开发应用软件 305
结论 308
第十九章  Linux 309
Linux是全新的,还是GNU 310
Linux 运动 310
IBM和Linux 311
Linux在i系列上的移植 312
分区上的Linux 313
系统管理程序(Hypervisor) 316
Linux移植的详细内容 317
Linux移植效果小结 322
处于十字路口的Linux 322
结论 323
第二十章  实现构想 325
IBM eServer:不仅仅是名称的改变 327
IBM e系列 329
e系列能实现吗 329
eLiza计划 330
自主计算和蜥蜴 330
第一步 332
eLiza和 i系列 333
i系列中采用的新的eLiza技术 334
更多的硬件集中 336
高端集中 337
i系列上的电子游戏 339
自我变形应用 340
系统管理程序和LPAR 341
新的环境 342
结论 344
附   录
罗彻斯特城堡的历史 346
词汇表 378
地名对照表 383
序言
红色保时捷赛车、AS/400服务器与罗彻斯特城堡
在那个6月的星期天,晨雾迅速散去,夏日的阳光正直射在车顶上。窗外的微风丝毫未能减轻我那红色保时捷车里的闷热。我用带手套的手擦去了鼻子下淌着的汗珠。深陷的赛车座椅和紧束在身上的五点式安全带使我难以移动,甚至连我的头盔今天早上也似乎格外紧。头盔里厚厚的衬垫隔去了大部分声音,我则不时焦急地踩踩油门,盯着转速表指针的跳动,以确信发动机仍在转动。
终于轮到我了。发令员指向我,我向他发出准备完毕的信号。接着他手臂一挥,示意我进入赛车道。我轻轻地踩着油门,缓缓地松开沉重的离合器。随着离合器的啮合,赛车向前冲去,进入沥青路面的车道。我挂着1档,慢慢加速,经过第一站路标附近的赛道工作人员时,挂上了2档。车速在2档上迅速提升,我又挂了3档,使劲地踩着油门。
这一瞬间我习惯性地感到恐惧,当保时捷的强大马力带动赛车向前冲的时候,像有一只大手使劲将我推向座椅。视野开始变得模糊起来。立刻,发动机尖叫着转速冲到了每分钟7 000转的红线区。我把变速杆推向了4档,以免损坏发动机,同时仍不断加速,冲向第一个弯道。
第一个弯道在前方直道的尽头,是一个大倾斜度的右转弯。我从车道靠里的半边冲进斜坡,当我继续加速进入弯道时,感觉到离心力把赛车推向一侧的路堤。我对转向轮的微调几乎不起作用,赛车似乎具有自己的思想,继续向上滑向路堤。当弯道结束时,车身迅速恢复水平,这时车子已经被推到了赛道的外边沿。
出了第一弯道之后,我立刻调整车的位置,准备通过第一弯道和第二弯道之间的路标—沿赛道间隔排列的3对橡胶圆锥体。第一对圆锥体并排排列在赛道中央,之间留有足够的宽度供赛车通过。第二对圆锥体放置在远处赛道的右侧。最后一对圆锥体则更远一些,放置在赛道中央。使用路标的目的是为了减缓这一段高速赛道上赛车的速度。
乍看起来,通过这3对圆锥体似乎需要一系列转弯的紧密组合:先是右转弯,接着一个左转弯,最后再来一个右转弯。然而,如果你从赛道左侧出发,控制赛车对准前两对圆锥体的对角线通过,那么只需将转向轮转动两次即可通过这些路标。
在出了第一弯道之后,我恰好位于赛道左侧。我调整赛车对准前两对圆锥体的对角线,接着踩下刹车,减缓车速。同时,我踩下离合器,用右脚后跟压住油门踏板,将车速下调至2档,同时始终将右脚的脚尖稳稳地放在刹车踏板上。当发动机转速提升时,我将右脚的脚尖从刹车踏板移至油门上,松开离合器,刚好越过第二对圆锥体,接着向右返回,通过第3对圆锥体。加速离开这些路标后,我又挂上了3档。
第二弯道是一个类似第一弯道的右转弯,只不过它没有倾斜角度。在通过刚才那些路标时,我的车速已降了很多,我继续加速通过第二弯道。在出了第二弯道进入直道时,我已挂上了4档。下面的第三弯道是一个向右的120度急转弯。
我沿着赛道左侧行驶,在快速进入第三弯道的同时,观察着路边的刹车标志。当通过第三个标志时我心想:“好,踩刹车,减3档。”我将车轮牢牢地打向右边,刚好绕过沥青赛道上的水泥补丁,全速冲向弯道的顶点。赛车的软材料合成轮胎“尖叫着”发出了抗议,赛车的后部像是要试图超出车体前部。我把车轮轻轻打直,校正滑行方向,使右侧的轮胎轻轻滑过弯道顶点的边沿,接着驾车冲向弯道极左侧的沥青路面。左侧轮胎摩擦的感觉告诉我已经到了赛道的最边沿。“我成功了!”我欢呼道。真是绝处逢生,我第一次征服了第三弯道。
不等我庆祝成功,第四弯道又接踵而来。第四、五、六弯道是一系列紧挨着的90度转弯。仍挂着3档,我迅速返回赛道右侧,小心避开右侧外的粗糙路面,转向左侧进入第四弯道。由于路面在弯道的顶点发生倾斜,因此第四弯道是一个危险的弯道,它会使你瞬间失去控制,甚至使车身调转180度。为了避免这一点,我在驶出第四弯道时只使用了赛道宽度的一半。在快速通过赛道时,我轻踩刹车,降低车速,接着向右转进入第五弯道。第五弯道小于90度,车手容易转弯太迟,等到临时强行把赛车驶向弯道顶点时,赛车将失去稳定性。过了第五赛道之后,我又一次迅速地驶向赛道右侧,调整车的位置,以便进入第六弯道。为过第六弯道,我实施了紧急制动,在驶入这一左转弯道的入口时,轮胎发生了剧烈的摩擦。
第七、八、九弯道是一组组合型弯道。为了准备进入第八弯道,你大可以不必太认真对付第七弯道。如果你成功地通过了第八弯道,就可以全速通过桥下的第九弯道,进入后面的直道。我快速通过了第六、七弯道之间的短直道,尽管第七弯道是一个左转弯,还是将车保持在赛道左侧。我轻踩刹车,稍稍减速进入第七弯道,但还是把车保持在左侧以准备通过第八弯道。当我右转弯,加速通过第八弯道时,车尾部甩了出来,轮胎又一次发出了尖叫声。
在从左侧出了第八弯道之后,我稍微有些早地将车速提上了4档。这样一来,我就以全速进入第九弯道。这个右转弯道出口处有一座位于赛道上方的车行桥的桥墩。每次当我经过第九弯道时,总害怕轮胎吃不上力,会让我撞向一侧的水泥桥墩。但这一次,轮胎征服了弯道,我顺利地通过了桥下,加速驶上通向第十弯道的直道。
一年前,一名车手刹车失灵,在第十弯道“翻船”,飞出了赛道。在车速刚好达到时速190公里之前,我松开油门,稍微提前紧急制动,将车速降到3档,以通过这一宽阔而稍微有些倾斜的110度急转弯,驶向通往主直道的右侧。轮胎又一次尖叫了起来,我毫不犹豫地将车摆正,把油门踩到底。我挂着3档加速通过了塔台,小心避开赛道上使用这一宽阔直道的加速赛赛车留下的橡胶印。
在正面看台前方,我将车速调至4档,以最大马力行驶,我听到了从发动机排气管传来的“砰砰”声。赛车头部扬了起来,可以看到前方赛道的全景。挂上5档,赛车如火箭般冲向“一个半世纪”的标志时,我甚至可以感觉到脸上滑过的笑意。“天哪!再没有比这更爽的了。”我心想。
主直道终点的路标正扑面而来。我沿着这些路标向前行驶,然后紧急制动,挂低档,准备再一次加速进入第一弯道。似乎只不过几秒种时间,我已经跑完了这精彩的3英里赛车道的一整圈。
接着几圈下来,在出了第十弯道之后,我看到塔台上的旗手挥动着彩旗告诉我结束时间到了。我向他发出信号,表示我已看到旗子,而后驶离赛道,进入通往加油站的通道。在通道的1/4路程处,我的儿子迈克站在那里挥动着他的头盔。我将车停在他身边,打开了车门。
“刹车怎么样?”他大声叫着,好让我能隔着头盔听到他的声音。“很好,”我说,“它们一点儿都没有失灵。”这一赛道对刹车要求很高。虽然我使用了特大型的制动器开槽转子和比赛用的刹车衬垫,以便在刹车失灵时发出预警信号,但还是总担心什么时候一踩刹车,才会发现它们已完全失灵。
当我爬出车子时,迈克已经戴上了他的头盔,开始上车了。我大叫道:“我征服了第三弯道!”但是他没能从头盔里听到我的声音,因为另一辆咆哮着通过直道的车子所发出的轰鸣声已经将我的声音淹没了。我替他关上车门,他沿着加油站通道向赛道入口驶去,轮到他比赛了。
当拿下头盔目送我们的大红色保时捷赛车驶去时,我感到了习习的凉风吹拂。这里是明尼苏达州布雷纳德市北部的布雷纳德国际赛车场。严格地说,我们并非是在赛车,我们是在进行计时试车。计时试车是由当地保时捷俱乐部赞助的一项车手训练活动,以使其俱乐部成员能够在赛车时有良好表现。这些活动有良好的组织和十分严格的安全规则。
我们都是Nord Stern区美国保时捷俱乐部的会员。明尼苏达州有时也被称为“北星”州,因此该地区的保时捷俱乐部以“北星”州的德语为自己命名。每年夏天的几个周末,俱乐部会租用布雷纳德赛道供会员使用。届时我们大约有100人参加活动,渡过一个十分有趣的周末,以他们喜欢的方式驾驶自己的赛车。在夏天的另外一些周末,我们中的部分人会与芝加哥区的成员一道在“Road America”上进行相似的活动,那是一条极佳的、有14条弯道的4英里长赛道,位于威斯康星州的艾卡特莱克市。
在“Road America”上驾车总是充满乐趣,因为我们所使用的是开放赛道,没有用于在极其快速的路段减缓车速的路标。两年后,我们也移去了布雷纳德赛道上的路标,从而能够在全开放式的赛道上驾车了。布雷纳德赛道有全美最长的直道,同时由于第一弯道是倾斜式的,我们能够以250公里以上的时速通过这一弯道。无庸说明,当路标消失之后,我们驾车的乐趣有了极大的提高。
上个周末在赛道上自己驾车,下个周末就观看职业赛车手驾驶印地赛车或Trans-Am赛车在相同赛道上比赛,总是一件让人兴奋得发抖的事。去年,我们在布雷纳德观看了一场Trans-Am赛车的比赛,获胜车型正好也是保时捷Turbo赛车。虽说不是自己驾车在赛道上与职业车手共同比赛,但你却能够更好地体会到职业车手所看到和感觉到的东西,这是那些从来没有在这一赛道上开过车的赛车迷们所无法比拟的。
我向赛车停车场走去,看到Mike的孪生兄弟Brain向我走来。一会儿就轮到他驾驶我们的赛车出发了。Brain指着赛道。我能够听见保时捷赛车涡轮发动机独特的轰鸣声,我抬头看见Mike在直道上驾车飞奔。我肯定他比我在赛道的时速至少要快一二十公里,我已经是全家较慢的一个了。啊,让19岁再来一回吧。
我们在去年买了这辆车,开始训练。我们的两个儿子那时就已经够了参加高速驾校并在赛车道上驾车的年龄了。我妻子Sandra和我们最小的儿子Steven一起呆在罗彻斯特的家里,因为他还不够参加这种驾校的年龄。妻子总是认为对高速赛车的喜爱在某些程度上是由雄性基因引起的。我想她是对的,在获得IBM公司全职工作之后,我们的第一项大型采购是一辆全新的1964年产的Corvette Sting Ray双人小汽车。车身是漂亮的金属银色,车篷下还绘有365匹小马。虽然它在赛道上的速度并不快,也没有我们的新型德国车的尖端技术,但它绝对可以开得快如一股风。
不一会儿,迈克完成了他的比赛,他把车继续慢开了一会儿,以冷却制动器,随后朝我们开过来。下午将举行计时比赛,车手将尽力用最短的时间绕赛道2圈。我却必须飞往洛杉矶,不能再待在这里了。
这一天是1988年6月19日,就在两天之后,我们将向世界推出AS/400服务器。我向两个儿子道别,以父亲的口吻告诫他们不要在晚上回家的路上把保时捷开得太快,而后我只身前往350公里外的罗彻斯特。能够与两个儿子在一个不需要考虑IBM和AS/400的地方共渡周末,我感到很幸福。那天是父亲节,我再找不到比这更好的过节方式了。
推出AS/400服务器
那天,我无奈地离开了在布雷纳德的保时捷和我的儿子们,驾一辆老实巴交的汽车前往明尼苏达州的罗彻斯特,我在那里生活并在IBM公司上班。当在这350公里长的路途上驱车前行时,我的思绪转向了即将到来的AS/400服务器发布会。我已经忙了好些天了。上个星期初的几天,我在纽约为发布日做些筹备工作。接着我横跨美国到旧金山,与软件开发商讨论为我们的新型系统编写软件的事宜。最后,我又回到罗彻斯特与媒体会面,介绍即将到来的AS/400发布会。很快,我将登机启程前往洛杉矶举行发布会。
AS/400的内部代号—“银湖”是IBM历史上保密工作最糟糕的机密之一。客户、竞争对手和媒体都知道将要宣布的事情。虽然我们还没有透露出所有的细节,但肯定不会有大的震动效应了。IBM罗彻斯特研究中心多次成功地开发出新系统,我们希望这次不会发生意外。
那将是IBM历史上最大型的发布会之一,我在思索IBM的客户和业界将会如何反应。毕竟IBM公司通常只对其大型机系统举行发布会。罗彻斯特研究中心研制的系统虽然非常成功,但从未得到IBM公司高度的支持。我在问自己这次是否是个侥幸。在历史上,罗彻斯特总是被IBM公司的其他部门视为异类。我有些疑惑,这种情况会发生改变吗?这将成为新的IBM的开端吗?我迅速打消了这些念头。毕竟IBM还仍是一个大型机公司。
IBM 罗彻斯特研究中心有悠久的历史。我们从事商用计算机的制造已近20年,但我们的成功从未得到IBM公司内外的认同。当我们的第一个系统—“系统3”于1969年推出时,罗彻斯特就为商用计算机开发出了新的市场。许多业内分析家都难以描述我们制造的计算机的类型。有人称其为“小大型机”,也有人将其称为“迷你计算机”。我们更喜欢将所有价格在15 000至1 000 000美元之间的计算机称为中型机。这一界定包括了所有迷你计算机和小大型机。我们向商业用户出售中型机。
数字设备公司(DEC)在1965年推出PDP-8时,开发出了迷你计算机市场。DEC所设计的计算机都用于工程和科学研究,而非商业应用。直到20世纪80年代初,还不清楚传统的迷你计算机制造商(如DEC和通用数据公司)是否知道商用计算机的市场有多大,IBM 罗彻斯特研究中心是否是一个主要竞争对手。他们对迷你计算机市场范围狭窄的界定,给罗彻斯特系统提供了很大的机遇。
到了80年代中期,DEC公司开始向商业界出售其VAX迷你计算机,占领了很大的市场。这一成功有很大一部分原因是因为IBM公司曾停止了罗彻斯特研究中心多项极为成功的商用计算机的开发工作,转而集中于Fort Knox项目。这个试图将五个IBM系统合成为一个系统的尝试结果是灾难性的。“银湖”则使这一方向发生了转变,使我们得以在罗彻斯特从事我们做得最好的工作:以我们的方式制造商用计算机。
即使是我们的主要竞争对手也没能全部清楚它在商用计算机市场上取得成功的原因。在1987年秋季举行的一次DEC公司大型会议上,他们的首席执行官Ken Olsen被问及传闻中的“银湖”发布会将对其VAX商用迷你计算机带来什么样的冲击。他回答说IBM 罗彻斯特还不是DEC公司的对手。我们有一些人还在我们的办公室里保留有他发言的副本。我们知道他不久就会大吃一惊。
“城堡”精神
当驱车赶路时,我在思考明尼苏达州罗彻斯特的一群人是如何能够生产出这样成功和革命性的计算机系统。“其他地方也能够开发出‘银湖’吗?”我多次问自己这个问题。而每次我的回答总是相同的:它只可能在罗彻斯特生产出来。
在IBM公司内部,罗彻斯特很少被认为是团队中的一员,它通常被视为竞争者而非伙伴。我们中心的位置位于明尼苏达州东南部的一个小社区里,这样在位置上就与IBM公司的其他部门相隔离。多年以来,我们许多人都认为我们自己是一个独立的计算机公司,甚至自夸如果我们不是IBM公司的一部分,我们会成为世界上第二大计算机公司。很少有人对IBM公司没有对罗彻斯特 系统一直采取支持态度感到惊奇。
IBM人通常用“罗彻斯特城堡”这个词来描述这一个分离的公司。我总是认为这一名称是对在罗彻斯特努力工作并使其成功的男士和女士的颂词。关于如何开发和制造计算机,他们具有非常明确的思想,这些思想总是与其他部门展现出的智慧相冲突。
开发的地点和以前从这一地点开发出的产品,对特定计算机系统的设计产生着深刻的影响。如果一个开发组曾经成功地开发出某项产品,在下一轮开发过程中,它将重复这一产品的发明。开发组往往是在目前系统的基础上制造出一个更好的模型,而不是制造出一个新的系统。这就是为什么激进的观点通常来自于开发组外部的原因。
让我们看一下位于美国东海岸的计算机公司多年来开发出的设计。他们的思想大部分取自麻省理工学院等大学的研究工作。在20世纪60年代,麻省理工学院的工程师和计算机科学家在从事所谓MULTICS的国防部项目。IBM和其他计算机公司后来雇用了这些大学的毕业生来设计它们的新操作系统。设计人员共同的经历使他们制造出十分相似的系统。IBM公司的大型操作系统、DEC公司的VMS操作系统和所有UNIX操作系统本是同根生,均源于东部各大学。
即使是更新型的操作系统—微软的Windows 2000 (前身为Windows NT),也深深地植根于这一相同的经历。原来开发Windows NT的设计组以前曾从事DEC公司的VMS操作系统的开发。由于他们对该系统知之甚详,这些原DEC公司的员工在设计Windows NT时,从VMS中借用了很多东西。这并非巧合—把VMS每个字母在字母表中后移一位时,就得到了WNT。
在另一方面,罗彻斯特很少雇用来自东海岸学校的毕业生,因此,没有受到其他公司以相同方式制造计算机的影响。那么罗彻斯特系统的思想究竟来自何方呢?这一点我很少对别人讲。曾经有传闻说IBM将其在东海岸实验室开发的革命性的新项目转移到了罗彻斯特,但这与事实大相径庭。在罗彻斯特历史上,有时让人们认为我们正在从事的项目是由IBM公司提供的,对我们有好处。实际上,IBM公司几乎不知道,也不关心我们正在从事的工作,而我们则愿意呆在“城堡”里继续走我们的路。
在1975年之后来IBM 罗彻斯特的人都不知道罗彻斯特系统的最初思想究竟来自哪里。他们甚至会认为系统的基本思想是由IBM公司上层传下来的。当时,系统34(S/34)和系统38(S/38)已非常完美。在那之后,新的系统只不过是这两种设计的不同产品。系统36(S/36)是对系统34(S/34)的技术升级,“银湖”则是S/38的新实现。甚至连IBM公司管理层的一些人都认为“银湖”是新设计的系统。但事实并非如此,它只不过是对S/38的重新包装和重命名。
正是1988年6月的这一天,在我从布雷纳德驱车返回罗彻斯特的路上,我决定开始将我们计算机系统的起源和IBM 罗彻斯特研究中心的故事告诉给世人。我同时决定开始撰写一本关于AS/400研发故事的书,以解释这一具有标志性的系统是如何成功的。由于具有太多的好意向,当我们在罗彻斯特努力使AS/400获得成功的几年里,该书的撰写一直被束之高阁。最终于1995年,Duke出版社出版了我的书—《Inside the AS/400》,它提供了对这一标志性系统设计、结构和历史的首次深入透视。该书的第二版,则随后于1997年出版。
一个全新的名称
1997年,IBM 罗彻斯特研究中心决定给AS/400重新命名。几乎所有的统计方式,包括系统销售数量,给IBM公司带来的经济利润及用户对系统的满意率,都表明AS/400已成为世界上最成功的多用户商用计算机。调查结果表明,AS/400的名字也成为IBM公司最受欢迎的产品名称,仅次于IBM品牌本身。那么,为什么我们还要放弃这个名字呢?原因在于我们计算机行业的竞争对手,甚至IBM公司的其他部门都给具有9年历史的AS/400贴上了“遗留系统”的标签。我们要与业内形成的AS/400并非现代化的观念作斗争。
由于其先进的结构,AS/400能够在其问世的头9年里更新无数次,却仍是任何厂商所能提供的最现代化的计算机系统。然而,业内那些认为“老”式系统无法被现代化的“博学之士”,简直就理解不了像AS/400这样高级的系统。因此,就像我们于1988年对S/38所做的那样,我们认为到了该为AS/400重新命名并将改名后的计算机作为一个全新系统推出的时候了。
为AS/400提出了不少新名字,一些名称甚至是由用户提出的。我所喜欢的一个名字就来自冰岛的一位AS/400用户。他建议使用“强力风暴”(PowerStorm)的名称,以强调我们在AS/400中引入的新式功能强大的电脑处理器。然而,我们发现DEC公司已经将该名称用于一种图形处理器了。
我们中有一些人也喜欢使用一个能够将这一新系统与电子商务和电脑空间联系起来的名字。当时,IBM公司正准备发起一项大型电子商务运动。IBM创造了“电子商务”这个词,用以描述一种传递商务方案的途径,它利用简易的方式并采用互联网技术和Web,将运行核心商业行为的系统和过程合并起来。由于罗彻斯特很顺利地将AS/400转型为世界一流的电子商务计算机,我们认为确实到了在新名字中加入“cyber”的时候了。令我们颇有好感的一些提议有:Cyber系统、Cyber服务器等,甚至还有CyberServer/400,以满足部分用户不愿放弃“400”名称的要求。
但是,我们还没能够选择出新名字,IBM公司管理层就决定不允许我们对AS/400重新命名。问题出在IBM公司正试图给其他系统贴上电子商务计算机的标签。如果AS/400更名,会很容易给世人造成IBM公司不知何故已选定新的罗彻斯特系统作为其“主打”电子商务计算机。这对我们来说是一件好事,但对IBM公司内的其他部门并非如此!我们所得到的惟一妥协是在AS/400的名字末尾加一个小写的“e”。因此,我们于1997年推出了AS/400e系列,以表明我们对电子商务的重视。这一新名称只能令我们的用户和整个业界产生强烈的厌倦感。
显然,除非IBM公司把全部的计算机产品线重新命名,否则我们必须与AS/400这个名字为伴。这时,IBM内部掀起了一个运动,即改变所有IBM系统的名称以反映电子商务这一新重点。不久,成立了命名委员会,旨在为所有IBM公司的系统寻找适当的新名字。
所有人都能记得“蓝色”一直与IBM联系在一起。在业界,“蓝色巨人”与IBM是同义词。为了利用这一点,早期一些更名的建议包含有“蓝色”一词。“蓝色聚变”(blue fusion)曾被考虑了一段时间,但后来就放弃了。这个名字太容易和“蓝色紊乱”(blue confusion)混淆。
最后到了2000年,经过命名委员会对新名字无休止的反复斟酌,IBM公司重新命名了4个主要的电子商务计算机。决定将所有这些计算机都称为eServer。 显然,只有服务器才与电子商务有关,因此所有的“系统”名称都要被抹去。用字母命名这些服务器以便相互区别。eServer系列的新成员将被称为i系列、p系列、x系列和z系列。AS/400的正式名称成为IBM eServer i系列400。大部分人简称其为i系列。
关于本书
本书旨在进一步完善《Inside the AS/400》的第一版和第二版。这三本书的主要区别在于它们所涵盖的时间段和软件版本。当IBM 罗彻斯特研究中心于1994年宣布研制出先进的AS/400系列时,我们也同时宣布第一次发布一种新的操作系统,即“操作系统400”(OS/400),我们称其为V3R1,即第3版本的第一次发布。我们声明,我们的主要目的是将处理器从非精简指令集计算机(non-RISC)转移到精简指令集计算机(RISC)的设计中去,但是,我们要使系统软件保持同时适用于这两种功能相等的设计,以便于向精简指令集计算机转型。1995年伴随第一批精简指令集模型,我们发布了V3R6。这种操作系统保持了与V3R1非精简指令集计算机软件功能的兼容性。1996年我们发布V3R2和V3R7,分别强化上述两个版本。因此,我们认为V3是用户在向这种新型精简指令集计算机转换时的过渡性操作系统。《Inside the AS/400》的第一版论述了V3包含的所有功能。
V4软件的推出标志着向精简指令集计算机转型阶段的结束和AS/400e系列的开始。《Inside the AS/400》的第二版将原来涵盖的内容升级到包括V4软件和e系列硬件。尽管在这一新版书中所涉及的软件(从V4R1到V4R5)只在AS/400型精简指令集计算机上运行,但也包括一些对非精简指令集计算机功能的介绍。介绍这些功能的原因是有助于阐明为什么要向精简指令集计算机转变,另外也是因为一些非精简指令集计算机的功能,如输入/输出(I/O)目前仍然在广泛使用。
将AS/400向一种电子商务型服务器转换,随后将该系统重新定名为i系列,同时V5软件的出现也标志着罗彻斯特系统发展过程中的另一个重要的里程碑。因此,本书只包括对最新型的模式和操作系统功能的讨论。本书被写成《Inside the AS/400》的姊妹篇,而不是新版本。为了保持内容的完整性,在必要的地方对一些与早期版本相通的内容进行了重复叙述,同时这对了解该系统设计背后的整体概念也是必要的。
同前两本书一样,本书是专为那些想更多地了解有关i系列情况的人编写的。它不是一本为操作系统设计者编写的专业说明书(这些人需要了解比普通文件详细得多的内容)。同时它也不是改头换面的IBM产品宣传材料。它是专为那些想了解i系列是如何工作的用户、应用软件开发商和学生们编写的,以便他们做出商业决策,编写出更好的应用软件或只是简单地了解这一系统如此经久不衰的原因。它是否很神奇,或者说的确是个好的设计?正如我以前所说,大概是二者兼而有之吧。
对本书内容的解释
本书共分六个部分,每一部分都详细阐述一个有关i系列的重要主题。每个部分中包含几章,与该部分的主题紧密相关。
结构设计
第一章介绍i系列五个神圣的体系结构原则。这些原则是i系列具有决定性意义的特征, 用户在一台商用计算机上所看重的任何特性都源于这些原则。
硬件
从第二章至第六章主要介绍硬件。第二章介绍在i系列中用到的强大的PC处理器技术。第三章讨论POWER4,这是最新的处理器设计技术。第四章介绍的是将使i系列处理器在未来的许多年都能傲视群雄的半导体技术。第五章涵盖了有关存储器的重要主题,以及它们在实现高性能服务器方面是如何起关键作用的。第六章介绍有关I/O的一些经常被忽视的主题。
系统结构
从第七章至第十章阐述i系列系统结构的几个主要方面的内容,以及它们是如何与体系结构设计原则相关联的。第七章介绍与核心技术无关的机器接口,并说明它与常规设计的不同之处。第八章讨论有关i系列目标的主题。第九章介绍变体软件问题,并展示i系列的内部是如何工作的。这一部分还包括第十章,即对单级存储的概况介绍。
应用推动因素
从第十一章到第十六章介绍i系列中几个主要的应用推动因素。第十一章介绍新增的文件系统。第十二章叙述i系列中的集成通用数据库(UDB)。第十三章介绍线程。第十四章介绍分区表以及它们在i系列中的应用。第十五章介绍Unix系统环境下i系列的运行。第十六章则介绍Windows环境下i系列的运行。
电子商务
从第十七章至第二十章讨论电子商务与i系列。第十七章阐述在Web世界中有关安全性的所有重要问题。Java和Domino是第十八章的主题。第十九章讨论Linux操作系统。第二十章作为对这一部分的总结,对i系列的远景进行了展望,并阐述了如何才能实现这一构想。
附录—罗彻斯特城堡的历史
该附录介绍了罗彻斯特系统的历史,并介绍了一些非常有创造性和献身于此项事业的人物,是他们使这些系统获得了成功。
最后,我必须指出的是,在整本书中所表述的完全是我自己的观点。不客气地说,我是一个i系列信仰者。我的观点不代表IBM公司的官方观点。我希望你能在阅读这本书时,得到与我写这本书时一样的乐趣。
如何阅读这本书
解释如何阅读这本书乍看起来似乎很奇怪,但是我这样说是有充分理由的。本书所面向的读者是相当广泛的,既可能是那些想知道i系列如何才能使他们的业务获得利润的商务主管,也可能是那些想了解设计详情的专家。当我第一次写《Inside the AS/400》那本书时,为了满足各种不同读者的兴趣,我真是绞尽了脑汁。我曾考虑将这本书分成几个部分,一部分给出一个总概念,另一部分为该系统用户提供所需的信息,而下一个部分再提供技术细节。但是这种组织结构很难满足某些读者对象,例如需要了解商业利益和底层技术细节的人们。后来我还考虑到在这本书里加上一张路线图,建议业务主管、应用软件开发人员、学生或专家分别应该读哪些部分。最后我还是决定放弃这种方法,因为这种分类太武断。再说每当我按照书中的路线图阅读一本书时,我都很难记住我应该读哪些部分,应该跳过哪些部分。
一天,我与Malco1m Haines一起谈论我所处的进退两难境地,他给我建议了一个解决方案。Malco1m 不愧是 IBM公司最具有创造性的人,他建议我标出较困难的部分,然后让读者决定是否去读。他还进一步建议我对某些特殊的部分用辣椒标识出困难的程度。这一想法来自前几年在伦敦的一个英裔印度人的餐馆里Malcodm将我介绍给Chutney Mary认识的情景。那是一个不错的餐馆,在菜单上用画出的小红辣椒来表示哪些菜是辣的—辣椒画得越多,菜越辣。所以,他建议,为什么不在书中用同样的方法来指出“较辣”的技术部分?这种红辣椒对读者来说是再熟悉不过了,所以我决定在本书中再一次使用它们。
我的辣椒分级系统如下:
没有辣椒表示该部分在技术内容上相对“温和”;可能会有一些技术内容,实际上每一个人都需要一点调味品。
一个辣椒表示该部分含有的技术细节多一点儿。这部分一般来说对于大多数读者是可以接受的,但如果你觉得它太辣,就可以跳到“比较温和”的部分。
两个辣椒表示这部分材料确切地说开始涉及一些技术内容了。你可能只想“尝尝味儿”。
当三个辣椒出现的时候, 专家们开始笑了,汗珠从他们的额头上渗出。其他人如果对这一部分过于执着,就会感觉耳朵眼里冒烟。根据你自己的口味,你也许会跳过所有这些部分。

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