Numărați datele cheie - Count key data

Count key data ( CKD ) este un format de înregistrare a datelor cu dispozitiv de stocare cu acces direct (DASD) introdus în 1964, de IBM cu IBM System / 360 și care este încă imitat pe mainframele IBM. Este un format cu auto-definire cu fiecare înregistrare de date reprezentată de o zonă de numărare care identifică înregistrarea și furnizează numărul de octeți într-o zonă cheie opțională și o zonă de date opțională. Acest lucru este în contrast cu dispozitivele care utilizează dimensiunea sectorului fix sau o piesă de format separat.

Datele cheie de numărare (CKD) se referă, de asemenea, la setul de comenzi de canal (în mod colectiv Channel Command Words, CCW) care sunt generate de un mainframe IBM pentru executarea de către un subsistem DASD care folosește formatul de înregistrare CKD. Setul inițial de CCW CKD, introdus în 1964, a fost îmbunătățit substanțial și îmbunătățit în anii 1990.

Format CKD Track

Diagrama bloc a formatului de urmărire a datelor cheie de număr utilizate pe computerele mainframe IBM începând cu livrarea S / 360 în 1965

"Începutul unei piste este semnalat atunci când este detectat indicatorul de index (punctul de index) ... Marcatorul este recunoscut automat de un dispozitiv de detectare special." După marcajul index se află adresa de domiciliu , care indică locația acestei piste pe disc și conține alte informații de control interne ale unității de control. O distanță de lungime fixă urmează adresa de domiciliu. În continuare, fiecare pistă conține o înregistrare 0 (R0), înregistrarea descriptorului de pistă, care este „concepută pentru a permite deplasarea întregului conținut al unei piese pe piese alternative dacă o porțiune a pistei principale devine defectă” Următorul R0 sunt blocurile de date, separate prin goluri.

Principiul înregistrărilor CKD este că, deoarece lungimile blocului de date pot varia, fiecare bloc are un câmp de numărare asociat care identifică blocul și indică dimensiunea cheii, dacă este utilizată (definită de utilizator până la 255 octeți) și dimensiunea zona de date, dacă este utilizată. Câmpul de numărare are identificarea înregistrării în format de înregistrare a chiulasei, lungimea cheii și lungimea datelor. Cheia poate fi omisă sau constă dintr-un șir de caractere.

Fiecare înregistrare CKD constă dintr-un câmp de numărare, un câmp de cheie opțional și un câmp de date „utilizator” opțional cu informații de corectare / detectare a erorilor atașate fiecărui câmp și goluri care separă fiecare câmp. Datorită golurilor și a altor informații, spațiul înregistrat este mai mare decât cel necesar doar pentru datele de numărare, datele cheie sau datele utilizatorului. IBM furnizează un „card de referință” pentru fiecare dispozitiv, care poate fi utilizat pentru a calcula numărul de blocuri pe pistă pentru diferite dimensiuni de blocuri și pentru a optimiza dimensiunea blocului pentru dispozitiv. Ulterior, au fost scrise programe pentru a face aceste calcule. Deoarece blocurile nu sunt în mod normal împărțite între piste, specificarea unei dimensiuni incorecte a blocului poate pierde până la jumătate din fiecare pistă.

Cel mai adesea, cheia este omisă și înregistrarea este localizată secvențial sau prin adresare directă a înregistrării chiulasei. Dacă este prezentă, cheia este de obicei o copie a primilor n octeți ai înregistrării de date (pentru înregistrările „deblocate” sau o copie a celei mai mari chei din bloc, pentru înregistrările „blocate”), dar poate fi orice date care va fi folosit pentru a găsi înregistrarea, de obicei folosind tasta de căutare egal sau tasta de căutare înaltă sau egală CCW. Cheia (și, prin urmare, înregistrarea) este localizabilă prin comenzi hardware. De la introducerea Sistemului / 360 IBM în 1964, aproape toate IBM mari și intermediare ale sistemului DASDs au folosit - cheie numărul de formatul de înregistrare a datelor.

Avantajele formatului de înregistrare a datelor cheie de numărare sunt:

• Dimensiunea înregistrării poate fi potrivită exact cu dimensiunea blocului de aplicație
• Cerințele de CPU și memorie pot fi reduse prin exploatarea comenzilor cheie de căutare.
• Subsistemele IBM CKD au funcționat inițial sincron cu canalul sistemului și pot procesa informații în decalajele dintre diferitele câmpuri, obținând astfel performanțe mai mari evitând transferul redundant de informații către gazdă. Ambele operații sincrone și asincrone sunt acceptate pe subsistemele ulterioare.

Prețurile reduse ale procesorului și ale memoriei și ale vitezei mai mari ale dispozitivelor și interfețelor au anulat oarecum avantajele CKD și se păstrează numai deoarece sistemul de operare emblematic IBM z / OS nu acceptă interfețe orientate spre sector.

Inițial înregistrările CKD aveau o corespondență unu-la-unu cu o pistă fizică a unui dispozitiv DASD; totuși, de-a lungul timpului, înregistrările au devenit din ce în ce mai virtualizate, astfel încât în ​​mainframe-urile moderne IBM nu mai există o corespondență directă între un ID de înregistrare CKD și un aspect fizic al unei piste.

Subsistemele IBM CKD DASD

Operațiuni de intrare / ieșire IBM S / 360 & S / 370 pentru CKD DASD care afișează canalul, unitatea de control a stocării și dispozitivul DASD

Programare

Accesul la anumite clase de dispozitive I / O de către un mainframe IBM se află sub controlul cuvintelor de comandă a canalului (CCW), dintre care unele sunt generice (de exemplu Fără operație), dar multe dintre acestea sunt specifice tipului de dispozitiv I / O ( Citiți înapoi pentru o unitate de bandă). Grupul de CCW-uri definite de IBM pentru DASD se încadrează în cinci mari categorii:

• Control  - control al DASD, inclusiv calea către acesta
• Sens  - statutul de simț al DASD, inclusiv calea către acesta; unele comenzi de sens afectează starea controlerului și a DASD într-un mod mai potrivit cu o comandă de control, de exemplu, REZERVĂ, ELIBERAȚI
• Scrie  - scrie informații către controler sau DASD (care poate fi stocată în memorie sau în cache în cale)
• Căutare  - comparați informațiile din CPU cu informațiile stocate în DASD; Canalul funcționează în modul Scriere în timp ce unitatea de stocare funcționează în modul Citire.
• Citiți  - citiți informații din DASD (care pot fi tamponate sau memorate în cache în cale)

CKD CCW sunt setul specific de CCW utilizate pentru a accesa subsistemele CKD DASD. Acest lucru este în contrast cu CCW-urile cu arhitectură de bloc fix (FBA) care sunt utilizate pentru a accesa subsistemele FBA DASD.

CKD DASD sunt adresate ca alte dispozitive de intrare / ieșire; pentru System / 360 și System / 370 DASD sunt adresate direct, prin canale și unitățile de control asociate (SCU sau Storage Control Unit), utilizând inițial trei cifre hexazecimale, una pentru canal și două pentru unitatea de control și dispozitiv, oferind adresarea până la 16 canale, pentru până la 256 de mecanisme de acces DASD / canal și 4.096 adrese DASD în total. Mainframe-urile moderne IBM utilizează patru cifre hexidecimale ca număr de subcanal arbitrar într-un subset de subsistem de canal, a cărui definiție include canalele reale, unitățile de control și dispozitivul, oferind adresare de până la 65.536 DASD pe subsetul de subsistem de canal. În practică, constrângerile fizice și de proiectare ale canalului și ale controlerelor au limitat numărul maxim de DASD atașate atașabile la un sistem la o cantitate mai mică decât numărul care ar putea fi adresat.

Ambalare

Inițial a existat un grad ridicat de corespondență între vizualizarea logică a acceselor DASD și hardware-ul real, așa cum se arată în ilustrația de mai sus. Etichetele cu trei cifre au fost de obicei aplicate pentru a identifica adresa canalului, a unității de control și a dispozitivului.

Pe sistemele low-end, Canalul și unitatea de control au fost frecvent integrate fizic, dar au rămas separate logic. Noua strategie de atașament IBM, începând cu modelul 3830 2 în 1972, a separat fizic SCU în două entități fizice, un director și un controler, păstrându-le în același timp logic. Controlerul gestionează formatarea pistei CKD și este ambalat cu prima unitate sau unități într-un șir de unități și având un număr de model cu litera "A" ca prefix, o "Unitate A" (sau "A-Box") ca în 3350 Modelul A2 care conține un controler și două DASD-uri. DASD fără un controler, adică unitățile B, au un prefix „B” în numărul modelului lor.

Subsistemele și directorii CKD au fost oferiți de IBM și de concurenți compatibili plug până cel puțin în 1996 (2301 - 3390 Model 9); în total 22 DASD unice oferite de IBM configurate în cel puțin 35 de configurații diferite de subsistem . Compatibil cu plug-in-ul a oferit multe dintre aceleași DASD, inclusiv 4 subsisteme CKD cu DASD unic.

Set de caracteristici inițiale CKD

Setul de caracteristici inițiale furnizat de IBM odată cu introducerea în 1964 a formatului de pistă CKD și a CCW-urilor asociate a inclus:.

• Pista defectă / alternativă  - permite unei piste alternative să înlocuiască o pistă defectă transparentă la metoda de acces utilizată.
• Overflow de  înregistrare - înregistrările pot depăși lungimea maximă a pistei unui DASD
• Operații pe mai  multe piste - CCW-urile specifice pot continua pe următorul cap secvențial
• Înlănțuirea comenzilor  - CCW-urile ar putea fi legate între ele pentru a construi programe complexe de canale. Lacunele într-un format de pistă CKD au oferit suficient timp între comenzi, astfel încât toate canalele și activitatea SCU necesare pentru a finaliza o comandă să poată fi efectuate în golul dintre câmpurile corespunzătoare. Astfel de programe pot căuta o cantitate mare de informații stocate pe un DASD, după finalizarea cu succes returnând doar datele dorite și astfel eliberând resursele CPU pentru alte activități. Acest mod de funcționare sincron cu decalajul a fost ulterior îmbunătățit de CCW-uri suplimentare care permit un mod de operare nesicron .
• Comutarea canalului  - o SCU poate fi partajată între canale - inițial a fost prevăzută comutarea cu două canale și a fost extinsă până la opt canale în SCU-uri ulterioare. Canalele pot fi pe același CPUS sau diferit.

Un set de caracteristici de scanare a fost, de asemenea, furnizat, dar nu a fost continuat în subsistemele CKD viitoare dincolo de 2314.

Patruzeci și unu de CCW au implementat setul de caracteristici:

Note:

O = caracteristică opțională

S = caracteristică standard

MT = multitrack: când este acceptat CCW va continua să funcționeze pe capetele următoare în ordine până la capătul cilindrului

‡ = TIC (Transfer In Channel) și alte comenzi standard nu sunt afișate.

† = cod identic cu MT Off, cu excepția celor enumerate

1. Funcția de scanare a fișierelor (9 CCW) disponibilă numai pe 2841 pentru 2302, 2311 și 2321; acestea nu erau disponibile pe controlerele DASD ulterioare pentru DASD mai târziu de 2314.

2. Numărul este numărul de octeți din argumentul de căutare, inclusiv octeții mască

CCW-urile au fost inițial executate de două tipuri de SCU atașate la canalele de selecție de mare viteză ale sistemului . 2820 SCU controlat 2301 Drum în timp ce 2841 fertilizator combinații controlate de 2302 Disk Storage , 2311 Disk Drive, 2321 Datele celulei și / sau 7320 Drum Storage. IBM a înlocuit rapid modelul 7320 cu cel mai rapid și mai mare 2303.

Ulterior, setul de caracteristici a fost implementat pe familia 2314 de controale de stocare și un atașament integrat al System 370 Model 25 .

Următorul exemplu de program de canal citește o înregistrare pe disc identificată printr-un câmp Key. Este cunoscută pista care conține înregistrarea și valoarea dorită a tastei. SCU va căuta pista pentru a găsi înregistrarea solicitată. În acest exemplu <> indicați că programul de canal conține adresa de stocare a câmpului specificat.

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

TIC (transfer în canal) va face ca programul de canal să se ramifice la comanda SEARCH până când se întâlnește o înregistrare cu o cheie potrivită (sau sfârșitul pistei). Când se găsește o înregistrare cu o cheie potrivită, SCU va include Status Modifier în starea canalului, determinând canalul să sară peste TIC CCW; astfel programul canalului nu se va ramifica, iar canalul va executa comanda READ.

Blocați îmbunătățirile canalului multiplexor

Canalul bloc multiplexor a fost introdus începând din 1971 privind unele high end System / 360 sisteme , împreună cu unitatea de control a 2835 și asociată 2305 DASD, Acest canal a fost apoi standard la IBM System / 370 și mainframe ulterioare; comparativ cu canalul anterior Selector, acesta oferea îmbunătățiri de performanță pentru dispozitivele de mare viteză, cum ar fi DASD, inclusiv:

Cereri multiple

Programele cu mai multe canale permise să fie active simultan în instalație, spre deosebire de numai unul cu un canal Selector. Numărul real de subcanaluri furnizate depinde de modelul sistemului și de configurația acestuia. Uneori descrisă ca lanț de comandă deconectat, unitatea de control s-ar putea deconecta în diferite momente în timpul unui set în lanț de CCW-uri, de exemplu, deconectarea pentru un Seek CCW, eliberând canalul pentru un alt subcanal.

Reîncercați comanda

Controlul canalului și al stocării în anumite condiții poate interacționa pentru a determina reîncercarea unui CCW fără întrerupere I / O. Această procedură este inițiată de controlul stocării și este utilizată pentru a recupera din erorile corectabile.

Detectarea poziției de rotație

Detecția poziției de rotație (RPS) a fost implementată cu două CCW-uri noi, SET SECTOR și READ SECTOR au permis canalului să întârzie înlănțuirea comenzii până când discul s-a rotit într-o poziție specificată a pistei unghiulare. RPS permite deconectarea canalului în cea mai mare parte a perioadei de întârziere de rotație și astfel contribuie la utilizarea crescută a canalului. Unitatea de control implementează RPS împărțind fiecare pistă în segmente unghiulare egale.

Exemplu de program de canal

Următorul exemplu de program de canal va format o piesă cu un R0 și trei înregistrări 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>  

În acest exemplu, Înregistrarea 0 este conformă cu standardele de programare IBM. Cu un canal multiplexor bloc, canalul este liber în timpul căutării DASD și din nou în timp ce discul se rotește până la începutul pistei. Un canal de selecție ar fi ocupat pe toată durata acestui program de probă.

Salt defect

Omiterea defectului permite scrierea datelor înainte și după unul dintre mai multe defecte de suprafață, permițând utilizarea întregii piste, cu excepția acelei porțiuni care are defectul. Acest lucru elimină, de asemenea, timpul necesar anterior pentru a căuta o pistă alternativă. Doar un număr limitat de defecte ar putea fi omis, astfel încât piesele alternative au rămas acceptate pentru acele piese cu defecte în exces.

Omiterea defectelor a fost introdusă în 1974 cu modelul 3340 atașat prin intermediul unității de control de stocare 3830 Model 2 sau atașamente integrate pe sisteme mici. Omiterea defectelor a fost în esență o caracteristică numai din fabrică până în 1981, când au fost lansate CCW-uri pentru gestionare împreună cu utilitățile asociate.

Căi dinamice

Introdusă pentru prima dată cu 3380 DASD pe unitatea de control a stocării 3880 în 1981, caracteristica a fost inclusă cu subsistemele CKD DASD ulterioare. Funcția de selectare a căilor dinamice controlează funcționarea celor două controlere, inclusiv transferul simultan de date pe cele două căi. Atunci când este acceptat de sistemul de operare, fiecare controler poate servi ca o cale alternativă în cazul în care celălalt controler nu este disponibil.

Trei comenzi suplimentare, Set Path ID ID, Sense Path Group ID și Suspend Multipath Reconnection, sunt utilizate pentru a sprijini atașarea modelelor 3380 care au două controlere în capul unui șir.

Comanda Set ID grup de căi, cu funcția de selectare a căii dinamice (DPS), oferă o flexibilitate mai mare în operațiuni pe dispozitivele rezervate. Odată ce a fost stabilit un grup de căi pentru un dispozitiv, acesta poate fi accesat pe orice cale care este membru al grupului căruia îi este rezervat. În plus, pe sistemele 370-XA care setează bitul modului multipath în octetul de control al funcției (octet 0) la 1, blocarea reconectărilor multiplex va avea loc pe prima cale disponibilă care este un membru al grupului peste care a fost programul de canal inițiat (indiferent de starea de rezervare a dispozitivului).

Dacă controlerul desemnat în adresa I / O este ocupat sau dezactivat, selectarea căii dinamice permite stabilirea unei căi alternative către dispozitiv printr-un alt director de stocare și celălalt controler din modelul AA.

Funcționare nesincronă

Înainte de introducerea în 1981 a directorului 3880, înregistrările CKD erau accesate în mod sincron, toate activitățile impuneau încheierea unei CCW și următoarea inițiere în decalajele dintre câmpurile CKD. Dimensiunea decalajului a limitat limitele lungimii cablului, dar a asigurat performanțe foarte ridicate, deoarece lanțurile complexe de CCW-uri ar putea fi efectuate de subsistem în timp real, fără utilizarea memoriei CPU sau a ciclurilor.

Operațiunea nesincronă furnizată de setul de CCW-uri Extended CKD („ECKD”) a eliminat constrângerea de sincronizare a intervalului. Cele cinci CCW-uri ECKD suplimentare sunt Define Extent, Localize Record, Write Update Data, Write Update Key and Data și Write CKD Next Track.

În funcționarea nesincronă, transferul de date între canal și controlul de stocare nu este sincronizat cu transferul de date între controlul de stocare și dispozitiv. Programele de canale pot fi executate astfel încât activitățile de control al canalului și stocării necesare pentru a încheia executarea unei comenzi și a avansa la următoarea nu trebuie să aibă loc în timpul decalajului între înregistrări între două câmpuri adiacente. Un buffer intermediar în controlul de stocare permite operațiuni independente între canal și dispozitiv. Un avantaj major al ECKD-urilor sunt cablurile mult mai lungi; în funcție de aplicație, poate îmbunătăți performanța.

ECKD CCW-urile sunt acceptate pe toate subsistemele CKD ulterioare.

Acest exemplu de program de canal nesincron citește înregistrările R1 și R2 de pe pista X'0E 'din cilindrul X'007F'. Ambele înregistrări au o lungime cheie de 8 și o lungime a datelor de X'64 '(100 ₁₀ ) octeți.

  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'>

Caching

Caching-ul introdus pentru prima dată în subsistemele DASD CKD de Memorex (1978) și StorageTek (1981) a fost introdus ulterior la sfârșitul anului 1981 de IBM pe modelul 3880 Model 13 pentru modelele 3380 cu parcare dinamică.

Cache-ul este gestionat dinamic de un algoritm; datele cu activitate ridicată sunt accesate din memoria cache de înaltă performanță și datele cu activitate redusă sunt accesate din stocarea DASD mai puțin costisitoare. O memorie mare în Director, cache-ul, este împărțită în sloturi pentru piste care stochează date de pe cele 3380 de piste. O zonă mai mică este un director care conține intrări care permit localizarea datelor în cache.

Au fost furnizate și cache-uri pentru controalele de stocare introduse ulterior.

Alte extensii

De-a lungul timpului, au fost implementate mai multe CCW-uri de control al traseului, de diagnostic și / sau de recuperare a erorilor pe unul sau mai multe controale de stocare. De exemplu:

• Rezervarea necondiționată a permis eliberarea unui dispozitiv rezervat unui alt canal și rezervarea dispozitivului la canalul care emite comanda.
• Citirea datelor cheie cu număr multiplu ar putea citi mai eficient melodiile complete, permițând backupuri mai eficiente.

Dincolo de sistem / 370

Prețurile reduse ale procesorului și ale memoriei și ale dispozitivului și ale vitezelor mai mari ale interfeței au anulat oarecum avantajele CKD, iar suportul continuă de IBM până în prezent, deoarece sistemul său de operare emblematic z / OS continuă să utilizeze CCW-urile CKD pentru multe funcții.

Inițial înregistrările CKD aveau o corespondență unu-la-unu cu o pistă fizică a unui dispozitiv DASD; totuși, de-a lungul timpului, înregistrările au devenit din ce în ce mai virtualizate, astfel încât într-un mainframe modern IBM nu mai există o corespondență directă între un ID de înregistrare CKD și un aspect fizic al unei piste. Un mainframe IBM construiește imagini de urmărire CKD în memorie și execută programele de canale ECKD și CKD împotriva imaginii. Pentru a face legătura între discurile native cu dimensiunea blocului fix și formatul de înregistrare ECKD / CKD cu lungime variabilă, imaginile de urmărire CKD din memorie sunt mapate pe o serie de blocuri fixe adecvate pentru transfer către și dintr-un subsistem de disc FBA.

Dintre cele 83 de CCW CKD implementate pentru canalele System / 360 și System / 370 56 sunt emulate pe sistemele System / 390 și ulterioare.

Vezi si

• Blocare (stocare date)
• Set de date (mainframe IBM)
• Arhitectură cu bloc fix (FBA)
• Record (informatică)
• Track (unitate de disc)
• Cuprins volum (VTOC)

Note

Referințe

Lecturi suplimentare

• Divizia de prelucrare a datelor IBM (februarie 1974). Introducere în dispozitivele de stocare cu acces direct IBM și metodele de organizare (PDF) (ediția a X-a). White Plains: Mașini de afaceri internaționale. OCLC   8063006 . GC20-1649-9 . Accesat la 6 august 2014 .
• Dezvoltarea arhitecturii 360/370 - A Plain Man's View PJ Gribbin, 10 februarie 1989, capitolele 8-10.