Policz kluczowe dane - Count key data

Count key data ( CKD ) to format zapisu danych urządzenia pamięci masowej o dostępie bezpośrednim (DASD) wprowadzony w 1964 r. Przez IBM wraz z IBM System / 360 i wciąż emulowany na komputerach mainframe IBM. Jest to samookreślający się format, w którym każdy rekord danych jest reprezentowany przez obszar zliczania, który identyfikuje rekord i podaje liczbę bajtów w opcjonalnym obszarze kluczowym i opcjonalnym obszarze danych. W przeciwieństwie do urządzeń używających stałego rozmiaru sektora lub oddzielnej ścieżki formatu.

Count key data (CKD) odnosi się również do zestawu poleceń kanału (łącznie Channel Command Words, CCWs), które są generowane przez komputer mainframe IBM w celu wykonania przez podsystem DASD wykorzystujący format nagrywania CKD. Początkowy zestaw CKD CCW, wprowadzony w 1964 roku, został znacznie ulepszony i ulepszony w latach 90.

Format ścieżki CKD

Schemat blokowy formatu śledzenia kluczowych danych zliczania używanego na komputerach mainframe IBM, począwszy od dostawy S / 360 w 1965 roku

„Początek ścieżki jest sygnalizowany po wykryciu znacznika indeksu (punktu indeksu).… Znacznik jest automatycznie rozpoznawany przez specjalne urządzenie wykrywające”. Po znaczniku indeksu znajduje się adres domowy , który wskazuje lokalizację tego utworu na dysku i zawiera inne informacje kontrolne wewnętrzne dla jednostki sterującej. Po adresie domowym następuje przerwa o stałej długości . Następnie każda ścieżka zawiera rekord 0 (R0), rekord deskryptora ścieżki, który „ma na celu umożliwienie przeniesienia całej zawartości ścieżki na inne ścieżki, jeśli część ścieżki podstawowej ulegnie uszkodzeniu”. Po R0 znajdują się bloki danych, oddzielone odstępami.

Zasada działania rekordów CKD polega na tym, że ponieważ długości bloków danych mogą się różnić, każdy blok ma powiązane pole zliczające, które identyfikuje blok i wskazuje rozmiar klucza, jeśli jest używany (zdefiniowany przez użytkownika do 255 bajtów), a także rozmiar klucza obszar danych, jeśli jest używany. Pole zliczania zawiera identyfikację rekordu w formacie rekordu głowicy cylindrów, długość klucza i długość danych. Klucz może być pominięty lub składać się z ciągu znaków.

Każdy rekord CKD składa się z pola licznika, opcjonalnego pola kluczowego i opcjonalnego pola danych „użytkownika” z informacją o korekcji / wykrywaniu błędów dołączoną do każdego pola i przerwami oddzielającymi każde pole. Ze względu na luki i inne informacje, zapisana przestrzeń jest większa niż wymagana tylko dla danych licznika, danych kluczowych lub danych użytkownika. IBM udostępnia „kartę referencyjną” dla każdego urządzenia, której można użyć do obliczenia liczby bloków na ścieżkę dla różnych rozmiarów bloków oraz do optymalizacji rozmiaru bloku dla urządzenia. Później napisano programy do wykonywania tych obliczeń. Ponieważ bloki zwykle nie są dzielone między ścieżki, podanie nieprawidłowego rozmiaru bloku może zmarnować nawet połowę każdej ścieżki.

Najczęściej klucz jest pomijany, a rekord jest lokalizowany sekwencyjnie lub przez bezpośrednie adresowanie rekordu głowicy cylindrów. Jeśli jest obecny, klucz jest zazwyczaj kopią pierwszych n bajtów rekordu danych (dla rekordów „odblokowanych” lub kopią najwyższego klucza w bloku, dla rekordów „zablokowanych”), ale mogą to być dowolne dane który zostanie użyty do znalezienia rekordu, zwykle za pomocą klucza wyszukiwania równy lub klucz wyszukiwania wysoki lub równy CCW. Klucz (a tym samym rekord) można zlokalizować za pomocą poleceń sprzętowych. Od czasu wprowadzenia IBM's System / 360 w 1964 roku prawie wszystkie duże i pośrednie systemy DASD IBM używają formatu rekordu danych klucza licznika.

Zalety formatu rekordu danych klucza licznika to:

• Rozmiar rekordu można dokładnie dopasować do rozmiaru bloku aplikacji
• Wymagania dotyczące procesora i pamięci można zmniejszyć, wykorzystując polecenia klawisza wyszukiwania.
• Podsystemy IBM CKD początkowo działały synchronicznie z kanałem systemowym i mogą przetwarzać informacje w lukach między różnymi polami, osiągając w ten sposób wyższą wydajność dzięki uniknięciu nadmiarowego przesyłania informacji do hosta. W późniejszych podsystemach obsługiwane są zarówno operacje synchroniczne, jak i asynchroniczne.

Obniżone ceny procesorów i pamięci oraz wyższe prędkości urządzeń i interfejsów w pewnym stopniu zniweczyły zalety CKD i zostało zachowane tylko dlatego, że flagowy system operacyjny IBM z / OS nie obsługuje interfejsów sektorowych.

Pierwotnie rekordy CKD miały bezpośrednią korespondencję z fizyczną ścieżką urządzenia DASD; jednakże z biegiem czasu rekordy stawały się coraz bardziej zwirtualizowane, tak że w nowoczesnych komputerach mainframe IBM nie ma już bezpośredniej zgodności między identyfikatorem rekordu CKD a fizycznym układem ścieżki.

Podsystemy IBM CKD DASD

Operacje wejścia / wyjścia IBM S / 360 i S / 370 dla CKD DASD pokazujące kanał, jednostkę sterującą pamięcią masową i urządzenie DASD

Programowanie

Dostęp do określonych klas urządzeń we / wy przez komputer mainframe IBM jest kontrolowany przez słowa poleceń kanału (CCW), z których niektóre mają charakter ogólny (np. Brak operacji), ale wiele z nich jest specyficznych dla typu urządzenia we / wy ( np. Read Backwards dla napędu taśmowego). Grupa CCW zdefiniowana przez IBM dla DASD dzieli się na pięć szerokich kategorii:

• Kontrola  - kontrola DASD wraz ze ścieżką do niego
• Sense  - zmysłowy status DASD wraz ze ścieżką do niego; niektóre polecenia sensowne wpływają na stan sterownika i DASD w sposób bardziej zgodny z poleceniem sterującym, np. REZERWUJ, ZWOLNIJ
• Write  - zapisywanie informacji do kontrolera lub DASD (które mogą być buforowane lub buforowane w ścieżce)
• Szukaj  - porównaj informacje z CPU z informacjami przechowywanymi w DASD; Kanał działa w trybie zapisu, podczas gdy jednostka pamięci działa w trybie odczytu.
• Odczyt  - odczytaj informacje z DASD (które mogą być buforowane lub buforowane w ścieżce)

CKD CCW to określony zestaw CCW używany do uzyskania dostępu do podsystemów CKD DASD. Jest to w przeciwieństwie do instrukcji CCW o stałej architekturze blokowej (FBA), które są używane do uzyskiwania dostępu do podsystemów FBA DASD.

CKD DASD są adresowane jak inne urządzenia wejścia / wyjścia; dla System / 360 i System / 370 DASD są adresowane bezpośrednio, przez kanały i powiązane jednostki sterujące (SCU lub Storage Control Unit), początkowo przy użyciu trzech cyfr szesnastkowych, jednej dla kanału i dwóch dla jednostki sterującej i urządzenia, zapewniając adresowanie do 16 kanałów, do 256 mechanizmów dostępu DASD / kanał i łącznie 4096 adresów DASD. Nowoczesne komputery mainframe IBM wykorzystują cztery cyfry szesnastkowe jako arbitralny numer podkanału w ramach podsystemu kanału, którego definicja obejmuje rzeczywiste kanały, jednostki sterujące i urządzenie, zapewniając adresowanie do 65 536 DASD na podsystem kanału. W praktyce fizyczne i konstrukcyjne ograniczenia kanału i kontrolerów ograniczyły maksymalną liczbę podłączonych DASD podłączonych do systemu do mniejszej liczby niż liczba, którą można zaadresować.

Opakowanie

Początkowo istniała duża zgodność między logicznym widokiem dostępów DASD a rzeczywistym sprzętem, jak pokazano na powyższej ilustracji. Trzycyfrowe etykiety były zwykle umieszczane w celu identyfikacji adresu kanału, jednostki sterującej i urządzenia.

W systemach z niższej półki kanał i jednostka sterująca były często fizycznie zintegrowane, ale pozostawały logicznie oddzielne. Nowa strategia przywiązania IBM, począwszy od modelu 3830 Model 2 w 1972 roku, fizycznie podzieliła SCU na dwie jednostki fizyczne, dyrektora i kontrolera, zachowując logicznie to samo. Kontroler obsługuje formatowanie ścieżki CKD i jest pakowany z pierwszym napędem lub napędami w ciągu dysków i ma numer modelu z literą „A” jako prefiksem, „A-Unit” (lub „A-Box”) jak w 3350 Model A2, zawierający kontroler i dwa DASD. DASD bez kontrolera, czyli jednostki B, mają prefiks „B” w numerze modelu.

Podsystemy i dyrektorzy CKD były oferowane przez IBM i konkurenci kompatybilni z wtyczkami do co najmniej 1996 roku (2301 do 3390 Model 9); w sumie 22 unikalne DASD oferowane przez IBM skonfigurowane w co najmniej 35 różnych konfiguracjach podsystemów . Zgodność z wtyczką oferowała wiele takich samych DASD, w tym 4 podsystemy CKD z unikalnym DASD.

Początkowy zestaw funkcji CKD

Początkowy zestaw funkcji dostarczony przez IBM wraz z wprowadzeniem w 1964 roku formatu ścieżki CKD i powiązanych CCW obejmował:.

• Wadliwa / Alternatywna ścieżka  - umożliwia alternatywną ścieżkę w celu zastąpienia uszkodzonej ścieżki niewidoczną dla używanej metody dostępu.
• Przepełnienie  rekordów - rekordy mogą przekraczać maksymalną długość ścieżki DASD
• Operacje  wielościeżkowe - specyficzne CCW mogą być kontynuowane do następnej sekwencyjnej głowicy
• Łączenie poleceń  - CCW można łączyć ze sobą w celu konstruowania złożonych programów kanałowych. Luki w formacie ścieżki CKD zapewniały wystarczający czas między poleceniami, tak aby wszystkie działania kanału i SCU niezbędne do wykonania polecenia mogły być wykonywane w odstępie między odpowiednimi polami. Takie programy mogą przeszukiwać dużą ilość informacji przechowywanych na DASD, a po pomyślnym zakończeniu zwracają tylko żądane dane i tym samym uwalniają zasoby procesora do innych działań. Ten tryb pracy synchronicznej z luką został później ulepszony przez dodatkowe CCW umożliwiające niesychroniczny tryb pracy .
• Przełączanie kanałów  - SCU może być współdzielony między kanałami - początkowo zapewniono przełączanie dwóch kanałów, aw późniejszych SCU zostało ono rozszerzone do ośmiu kanałów. Kanały mogą być na tym samym lub innym CPUS.

Dostarczono również zestaw funkcji skanowania, ale nie kontynuowano go w przyszłych podsystemach CKD poza 2314.

Czterdzieści jeden CCW zaimplementowało zestaw funkcji:

Uwagi:

O = funkcja opcjonalna

S = funkcja standardowa

MT = multitrack: jeśli jest obsługiwany, CCW będzie nadal działał na kolejnych głowicach w kolejności do końca cylindra

‡ = TIC (Transfer In Channel) i inne standardowe polecenia nie są pokazane.

† = kod taki sam jak MT Off, z wyjątkiem wymienionych

1. Funkcja skanowania plików (9 CCW) dostępna tylko w 2841 dla 2302, 2311 i 2321; nie były dostępne na kolejnych kontrolerach DASD dla DASD później niż 2314.

2. Liczba to liczba bajtów w argumencie wyszukiwania, łącznie z bajtami maski

Instrukcje CCW były początkowo wykonywane przez dwa typy SCU dołączone do szybkich kanałów selektora systemu . Sterownik 2820 SCU sterował bębnem 2301, podczas gdy 2841 SCU sterował kombinacjami pamięci dyskowej 2302 , napędu dyskowego 2311 , komórki danych 2321 i / lub pamięci bębna 7320. IBM szybko wymienił 7320 na szybszy i większy 2303.

Następnie zestaw funkcji został zaimplementowany w rodzinie 2314 sterowników przechowywania i zintegrowanym mocowaniu System 370 Model 25 .

Poniższy przykład programu kanału odczytuje rekord dysku identyfikowany przez pole klucza. Znana jest ścieżka zawierająca rekord i żądaną wartość klucza. SCU przeszuka ścieżkę, aby znaleźć żądany rekord. W tym przykładzie <> wskazuje, że program kanału zawiera adres przechowywania określonego pola.

  SEEK             <cylinder/head number>
  SEARCH KEY EQUAL <key value>
  TIC              *-8 Back to search if not equal
  READ DATA        <buffer> 

TIC (transfer w kanale) spowoduje, że program kanału będzie rozgałęziać się do polecenia SEARCH, aż do napotkania rekordu z pasującym kluczem (lub końca ścieżki). Gdy zostanie znaleziony rekord z pasującym kluczem, SCU włączy modyfikator stanu do statusu kanału, powodując, że kanał pominie TIC CCW; w ten sposób program kanału nie rozgałęzia się, a kanał wykona polecenie READ.

Ulepszenia kanału multipleksera blokowego

Kanałowy multiplekser blok został wprowadzony począwszy od 1971 roku na jakimś wysokim końca System / 360 systemów wraz z Control Unit w 2835 i związany 2305 DASD, Kanał ten był następnie standardem IBM System / 370 i następnych mainframe; w przeciwieństwie do poprzedniego kanału Selector oferował ulepszenia wydajności dla szybkich urządzeń, takich jak DASD, w tym:

Wiele żądań

Dopuszczono, aby programy wielokanałowe były jednocześnie aktywne w obiekcie, a nie tylko jeden z kanałem Selector. Rzeczywista liczba udostępnionych podkanałów zależy od modelu systemu i jego konfiguracji. Czasami opisywany jako rozłączony łańcuch poleceń, jednostka sterująca mogła rozłączać się w różnych momentach podczas połączonego zestawu CCW, na przykład rozłączanie dla Seek CCW, zwalniając kanał dla innego podkanału.

Ponów polecenie

Sterowanie kanałem i pamięcią w pewnych warunkach może współdziałać, powodując ponowienie CCW bez przerywania I / O. Ta procedura jest inicjowana przez kontrolę magazynu i wykorzystywana do odzyskiwania danych po naprawionych błędach.

Wykrywanie pozycji obrotowej

Wykrywanie pozycji obrotowej (RPS) zostało zaimplementowane z dwoma nowymi CCW, SET SECTOR i READ SECTOR umożliwiły kanałowi opóźnienie łączenia poleceń, aż dysk obróci się do określonego położenia kątowego ścieżki. RPS pozwala na odłączenie kanału przez większość okresu opóźnienia rotacyjnego, a tym samym przyczynia się do zwiększonego wykorzystania kanału. Jednostka sterująca realizuje RPS, dzieląc każdą ścieżkę na równe segmenty kątowe.

Przykładowy program kanału

Poniższy przykładowy program kanałowy sformatuje ścieżkę za pomocą R0 i trzech rekordów CKD.

  SEEK             <cylinder/head number>
  SET FILE MASK    <allow write operations>
  SET SECTOR       <sector number=0>
  WRITE R0         <cylinder/head/R0, key length=0, data length=6>
  WRITE CKD        <cylinder/head/R1, key length, data length>
  WRITE CKD        <cylinder/head/R2, key length, data length>
  WRITE CKD        <cylinder/head/R3, key length, data length>  

W tym przykładzie rekord 0 jest zgodny ze standardami programowania IBM. W przypadku kanału multipleksera blokowego kanał jest wolny w czasie, gdy DASD poszukuje i ponownie, gdy dysk obraca się do początku ścieżki. Kanał selektora byłby zajęty przez cały czas trwania tego przykładowego programu.

Pomijanie błędów

Pomijanie defektów umożliwia zapisanie danych przed i po jednej lub większej liczbie defektów powierzchni, umożliwiając wykorzystanie całej ścieżki z wyjątkiem tej części, która ma usterkę. Eliminuje to również czas, który wcześniej był potrzebny do szukania alternatywnej ścieżki. Tylko ograniczoną liczbę defektów można było pominąć, więc alternatywne ścieżki pozostały obsługiwane dla tych ścieżek z nadmiarem defektów.

Pomijanie defektów zostało wprowadzone w 1974 roku wraz z 3340 podłączonym za pośrednictwem jednostki sterującej 3830 Model 2 Storage Control Unit lub zintegrowanych dodatków w małych systemach. Pomijanie defektów było zasadniczo jedyną funkcją fabryczną do 1981 r., Kiedy wydano CCW do zarządzania wraz z powiązanymi narzędziami.

Dynamiczne ścieżki

Po raz pierwszy wprowadzony wraz z 3380 DASD w jednostce sterującej 3880 Storage Control Unit w 1981 roku, funkcja została dołączona do późniejszych podsystemów CKD DASD. Funkcja dynamicznego wyboru ścieżki steruje działaniem dwóch kontrolerów, w tym jednoczesnym przesyłaniem danych przez dwie ścieżki. Gdy jest obsługiwany przez system operacyjny, każdy kontroler może służyć jako alternatywna ścieżka na wypadek, gdyby inny kontroler był niedostępny.

Trzy dodatkowe polecenia, Set Path Group ID, Sense Path Group ID i Suspend Multipath Reconnection, służą do obsługi podłączania modeli 3380 z dwoma kontrolerami na początku łańcucha.

Polecenie Set Path Group ID z funkcją dynamicznego wyboru ścieżki (DPS) zapewnia większą elastyczność w operacjach na zarezerwowanych urządzeniach. Po ustanowieniu grupy ścieżek dla urządzenia można uzyskać do niej dostęp za pośrednictwem dowolnej ścieżki należącej do grupy, dla której jest ono zarezerwowane. Ponadto w systemach 370-XA, które ustawiają bit trybu wielościeżkowego w bajcie sterującym funkcji (bajt 0) na 1, ponowne połączenia multipleksu blokowego wystąpią na pierwszej dostępnej ścieżce, która należy do grupy, w której program kanału został zainicjowane (niezależnie od stanu rezerwacji urządzenia).

Jeśli kontroler wskazany w adresie I / O jest zajęty lub wyłączony, dynamiczny wybór ścieżki umożliwia ustanowienie alternatywnej ścieżki do urządzenia za pośrednictwem innego dyrektora pamięci i innego kontrolera w modelu AA.

Operacja niesynchroniczna

Przed wprowadzeniem dyrektora 3880 w 1981 r. Rekordy CKD były dostępne synchronicznie, wszystkie działania wymagały zakończenia jednego CCW, a następnego zainicjowania w lukach między polami CKD. Rozmiar odstępu ograniczał długość kabla, ale zapewniał bardzo wysoką wydajność, ponieważ złożone łańcuchy CCW mogły być wykonywane przez podsystem w czasie rzeczywistym bez użycia pamięci procesora lub cykli.

Operacja niesynchroniczna zapewniana przez zestaw CCW rozszerzonej CKD („ECKD”) usunęła ograniczenie czasowe przerwy. Pięć dodatkowych poleceń CCW ECKD to Zdefiniuj zakres, Zlokalizuj rekord, Zapisz dane aktualizacji, Zapisz klucz i dane aktualizacji oraz Zapisz następną ścieżkę CKD.

W pracy niesynchronicznej przesyłanie danych między kanałem a sterowaniem pamięcią nie jest zsynchronizowane z przesyłaniem danych między sterowaniem pamięcią a urządzeniem. Programy kanałowe mogą być wykonywane w taki sposób, że czynności sterowania kanałem i pamięcią wymagane do zakończenia wykonywania jednego polecenia i przejścia do następnego nie muszą występować podczas przerwy między rekordami między dwoma sąsiednimi polami. Bufor pośredni w sterowaniu pamięcią umożliwia niezależne operacje między kanałem a urządzeniem. Główną zaletą ECKD są znacznie dłuższe kable; w zależności od aplikacji może poprawić wydajność.

CCW ECKD są obsługiwane we wszystkich kolejnych podsystemach CKD.

Ten przykładowy program kanału niesynchronicznego odczytuje rekordy R1 i R2 ze ścieżki X'0E 'w cylindrze X'007F'. Oba rekordy mają długość klucza 8 i długość danych X'64 '(100 · ₁₀ ) bajtów.

  Define Extent       <extent= X'007F 0000' through track X'0081 000E'>
  Locate Record       <cylinder = X'007F', head = X'000E'
  Read Key and Data   <key record = X'001038'>
  Read Data           <record = X'001108'>

Buforowanie

Buforowanie wprowadzone po raz pierwszy w podsystemach DASD CKD przez Memorex (1978) i StorageTek (1981) zostało następnie wprowadzone pod koniec 1981 roku przez IBM w 3880 Model 13 dla modeli 3380 z dynamicznym ścieżką.

Pamięć podręczna jest zarządzana dynamicznie przez algorytm; dostęp do danych o wysokiej aktywności uzyskuje się z wysokowydajnej pamięci podręcznej, a do danych o niskiej aktywności z tańszej pamięci masowej DASD. Duża pamięć w Director, cache, jest podzielona na miejsca na ścieżki, które przechowują dane z 3380 ścieżek. Mniejszy obszar to katalog zawierający wpisy, które umożliwiają umieszczenie danych w pamięci podręcznej.

Dostarczono również pamięci podręczne na później wprowadzonych kontrolach przechowywania.

Inne rozszerzenia

Z biegiem czasu wiele instrukcji CCW do kontroli ścieżki, diagnostyki i / lub odzyskiwania błędów zostało zaimplementowanych w jednym lub więcej kontrolach pamięci. Na przykład:

• Bezwarunkowa Rezerwa umożliwiła zwolnienie urządzenia zarezerwowanego na inny kanał i zarezerwowanie urządzenia dla kanału wydającego polecenie.
• Funkcja Read Multiple Count Key Data może wydajniej odczytywać pełne ścieżki, umożliwiając bardziej wydajne tworzenie kopii zapasowych.

Poza systemem / 370

Obniżone ceny procesorów i pamięci oraz wyższe prędkości urządzeń i interfejsów w pewnym stopniu zniweczyły zalety CKD, a IBM kontynuuje wsparcie do dziś, ponieważ jego flagowy system operacyjny z / OS nadal używa CKD CCW dla wielu funkcji.

Pierwotnie rekordy CKD miały indywidualną korespondencję z fizyczną ścieżką urządzenia DASD; Jednak z biegiem czasu rekordy stawały się coraz bardziej zwirtualizowane, tak że w nowoczesnym komputerze mainframe IBM nie ma już bezpośredniej zgodności między identyfikatorem rekordu CKD a fizycznym układem ścieżki. Komputer mainframe IBM konstruuje obrazy ścieżek CKD w pamięci i wykonuje programy kanałów ECKD i CKD na tym obrazie. Aby połączyć natywne dyski o stałym rozmiarze bloków z formatem zapisu ECKD / CKD o zmiennej długości, obrazy ścieżek CKD w pamięci są mapowane na serię stałych bloków odpowiednich do przesyłania do iz podsystemu dyskowego FBA.

Z 83 CKD CCW wdrożonych dla kanałów System / 360 i System / 370 56 jest emulowanych w systemach System / 390 i nowszych.

Zobacz też

• Blok (przechowywanie danych)
• Zestaw danych (mainframe IBM)
• Architektura o stałym bloku (FBA)
• Record (informatyka)
• Utwór (dysk)
• Tom Spis treści (VTOC)

Uwagi

Bibliografia

Dalsza lektura

• IBM Data Processing Division (luty 1974). Wprowadzenie do IBM Direct-Access Storage Devices and Organization Methods (PDF) (wyd. Dziesiąte). White Plains: International Business Machines. OCLC   8063006 . GC20-1649-9 . Źródło 6 sierpnia 2014 r .
• Development of 360/370 Architecture - A Plain Man's View PJ Gribbin, 10 lutego 1989, rozdziały 8–10.