從ＵＮＩＸ到ＩＢＭ主機(jī)系統(tǒng)的程序移植探討

文章編號(hào)：1672-5913(2008)19-0086-04

摘 要：本文介紹了UNIX平臺(tái)與IBM主機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)之間的差異，并對(duì)跨平臺(tái)移植過程中應(yīng)考慮的主要問題和解決方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：IBM主機(jī)系統(tǒng)；移植；作業(yè)控制語言；初始化器

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

IBM主機(jī)系統(tǒng)，又稱IBM大型機(jī)，是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在全世界各大國家中肩負(fù)著銀行、保險(xiǎn)、證券、通訊等行業(yè)的數(shù)據(jù)與信息處理工作，因?yàn)槠洫?dú)具的高安全性、高穩(wěn)定性和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，迄今無可替代。

近幾年來，主機(jī)系統(tǒng)的前景不斷看好。從1994年起，IBM開始對(duì)大型機(jī)進(jìn)行深入的技術(shù)改造，采用了新的CMOS技術(shù)，極大地縮小了大型機(jī)的系統(tǒng)體積，降低了能耗和散熱成本，提高了性能價(jià)格比。另一方面，分布式計(jì)算開始變得龐雜起來，許多公司的管理費(fèi)用激增，而且由于數(shù)據(jù)分散，在數(shù)據(jù)的互訪和集中管理方面，安全和準(zhǔn)確性都不夠高，許多企業(yè)開始轉(zhuǎn)向使用大型機(jī)。大型機(jī)在總體擁有成本上已經(jīng)比分布計(jì)算廉價(jià)，制造業(yè)、保險(xiǎn)、航空、運(yùn)輸及大型零售企業(yè)的大量事務(wù)處理對(duì)大型機(jī)的要求越來越高，這是大型機(jī)重新被人們認(rèn)可的原因之一。

2 分布式與大型機(jī)

分布式計(jì)算在短期內(nèi)給企業(yè)帶來了高效，但隨著時(shí)間的延續(xù)，企業(yè)系統(tǒng)擴(kuò)大，數(shù)據(jù)分散存放在上百臺(tái)服務(wù)器上，數(shù)據(jù)的查詢成為問題，數(shù)據(jù)的互訪和對(duì)大量數(shù)據(jù)的開采利用變得困難起來，一個(gè)新的趨勢(shì)——再集中開始出現(xiàn)。如何將分布處理和集中計(jì)算結(jié)合起來，成為許多企業(yè)考慮的問題。大型機(jī)的系統(tǒng)完整性和大存儲(chǔ)量的優(yōu)勢(shì)顯示出來，開始承擔(dān)用戶再集中需求的任務(wù)。

在總體擁有成本上，隨著時(shí)間的推移，小型機(jī)系統(tǒng)漸漸顯現(xiàn)出極高的使用成本?；蛟S人們?cè)谑褂靡荒闡NIX后，會(huì)說UNIX性價(jià)比高，但隨著業(yè)務(wù)的增加，系統(tǒng)變得分散龐雜起來，維護(hù)費(fèi)用增加。大型機(jī)挺過了關(guān)鍵的10年暗淡期，終于峰回路轉(zhuǎn)。因此，越來越多的企業(yè)開始關(guān)注IBM主機(jī)系統(tǒng)，將自己的系統(tǒng)移植到主機(jī)系統(tǒng)上來。

3 移植平臺(tái)間的差異

3.1 主機(jī)操作系統(tǒng)Z/OS與UNIX

目前IBM主機(jī)的主流操作系統(tǒng)Z/OS是使用最廣泛的基于64位Z體系結(jié)構(gòu)大型機(jī)操作系統(tǒng)，它給在大型機(jī)上的應(yīng)用程序員提供了穩(wěn)定、安全和可持續(xù)運(yùn)行的環(huán)境。

從本質(zhì)上來說，UNIX是一個(gè)計(jì)算密集型的操作系統(tǒng)， CPU利用率較高，更適用于需要大量計(jì)算的環(huán)境；而主機(jī)操作系統(tǒng)Z/OS依賴于其強(qiáng)大的硬件后盾，除了強(qiáng)大的計(jì)算能力之外，更突出的是它強(qiáng)大的I/O處理能力，依托硬件上的FICON、ESCON等光纖通道，可同時(shí)應(yīng)對(duì)大規(guī)模的并發(fā)用戶，因此它是一個(gè)I/O密集型的操作系統(tǒng)。兩種系統(tǒng)在很多內(nèi)容上有著不同但又類似之處。

3.2 進(jìn)程與地址空間

在UNIX下，一個(gè)程序的執(zhí)行通常稱為一個(gè)進(jìn)程，操作系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程分配一定的CPU、內(nèi)存資源，使其運(yùn)行，進(jìn)程與進(jìn)程之間可以通過信號(hào)量機(jī)制協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)并發(fā)；而在Z/OS下沒有進(jìn)程的概念，與之對(duì)應(yīng)的是地址空間(Address Space)的概念，任何用戶的登錄、程序的執(zhí)行、作業(yè)的提交，系統(tǒng)都會(huì)為其生成一個(gè)地址空間。地址空間之間在批處理方式下一般沒有通信，而通過聯(lián)機(jī)交易處理方式實(shí)現(xiàn)程序間通信。

在UNIX下通常會(huì)有守護(hù)進(jìn)程(daemon)的概念，在主機(jī)環(huán)境中通常是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的作業(yè)的提交，可以從控制臺(tái)為這個(gè)守護(hù)作業(yè)提供輸入輸出對(duì)象處理。

3.3 文件的組織與編輯方式

從文件和數(shù)據(jù)格式上來說，UNIX系統(tǒng)是樹狀的目錄結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的組織以文件夾與文件的方式保存、管理；而在主機(jī)上，數(shù)據(jù)都保存在數(shù)據(jù)集里，數(shù)據(jù)集分順序數(shù)據(jù)集、分區(qū)數(shù)據(jù)集與VSAM數(shù)據(jù)集，其組織方式?jīng)]有多層樹狀結(jié)構(gòu)，分區(qū)數(shù)據(jù)集下可包含稱為member的順序數(shù)據(jù)集，順序數(shù)據(jù)集或VSAM數(shù)據(jù)集存儲(chǔ)實(shí)際的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)的格式在UNIX下是面向字節(jié)，而在Z/OS下是面向記錄的。數(shù)據(jù)的編輯在UNIX下通常是用VI；而在Z/OS下用的是ISPF編輯器。

3.4 交互系統(tǒng)的區(qū)別

UNIX下用戶登錄并在Shell環(huán)境下執(zhí)行Shell會(huì)話，可以通過發(fā)送遠(yuǎn)程登錄rlogin命令或者遠(yuǎn)程登錄telnet命令連接系統(tǒng)，一個(gè)用戶可以同時(shí)打開多個(gè)用戶會(huì)話。在主機(jī)環(huán)境下，用戶通過TSO/E和它的菜單驅(qū)動(dòng)接口ISPF登錄系統(tǒng)，一個(gè)用戶一次只能有一個(gè)活動(dòng)的會(huì)話。

在UNIX系統(tǒng)中，用戶可以通過后綴Shell命令觀察處理進(jìn)程和線程，可通過Kill命令結(jié)束一個(gè)任務(wù)。在主機(jī)環(huán)境中，用戶通過作業(yè)處理子系統(tǒng)提供的SDSF查看他們提交作業(yè)的執(zhí)行情況，并可以終止作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行。

4 移植實(shí)例

下面以一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目實(shí)例來闡述一套移植過程中要考慮的具體問題。項(xiàng)目以一個(gè)在UNIX平臺(tái)上實(shí)際應(yīng)用的后臺(tái)結(jié)息系統(tǒng)為移植對(duì)象，考慮系統(tǒng)處理的各種運(yùn)行機(jī)制和平臺(tái)差異，最終將整個(gè)系統(tǒng)移植到Z/OS下。

原系統(tǒng)的操作系統(tǒng)為AIX5.0，數(shù)據(jù)庫為INFORMIX 10X，開發(fā)語言為C語言，移植后的操作系統(tǒng)為Z/OS 1.5，數(shù)據(jù)庫為DB2版本8，開發(fā)語言為C語言。

4.1 針對(duì)多進(jìn)程考慮

在原系統(tǒng)中有一個(gè)主控程序設(shè)計(jì)，主控程序是一個(gè)主調(diào)度程序，主要負(fù)責(zé)控制并發(fā)的進(jìn)程數(shù)量及狀態(tài)，系統(tǒng)支持的并發(fā)數(shù)量由主控程序的參數(shù)設(shè)置，通常設(shè)置為30。主控程序控制的每一個(gè)并發(fā)進(jìn)程代表一個(gè)部門結(jié)息流程。假設(shè)一次性有1000個(gè)部門運(yùn)行結(jié)息過程，主控程序負(fù)責(zé)調(diào)度，它輪尋所有進(jìn)程，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程結(jié)束時(shí)啟動(dòng)下一個(gè)進(jìn)程，直到所有部門完成。

在Z/OS上沒有進(jìn)程的概念，針對(duì)這種后臺(tái)批處理的結(jié)息方式，我們通過作業(yè)的方式實(shí)現(xiàn)，方案是為每個(gè)部門的結(jié)息準(zhǔn)備一個(gè)JCL作業(yè)。所謂JCL(Job Control Language)是作業(yè)控制語言，通過它寫一段作業(yè)腳本提交給系統(tǒng)，可以讓系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的程序或進(jìn)行相關(guān)的工作。為每個(gè)部門結(jié)息準(zhǔn)備一個(gè)JCL作業(yè)，再準(zhǔn)備一個(gè)主JCL作業(yè)，這個(gè)主JCL的任務(wù)就是去提交所有部門的JCL作業(yè)。

把結(jié)息過程定義為作業(yè)的好處是，在Z/OS里控制作業(yè)的并發(fā)數(shù)量以及作業(yè)調(diào)度的任務(wù)都可以由系統(tǒng)里的作業(yè)處理子系統(tǒng)JES2自動(dòng)完成。在JES2里，有多個(gè)被稱為Initiator的地址空間，每個(gè)Initiator都相當(dāng)于UNIX下的一個(gè)守護(hù)進(jìn)程，專門處理提交的作業(yè)。

Z/OS中的Intiator是一個(gè)自動(dòng)調(diào)度和處理提交的多個(gè)作業(yè)的地址空間，它主要負(fù)責(zé)處理如下任務(wù)：

(1) 確保同時(shí)運(yùn)行的各項(xiàng)作業(yè)不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)集使用上的沖突；

(2) 為作業(yè)分配必要的硬件設(shè)備，如磁帶等；

(3) 從庫中找到每個(gè)作業(yè)需要調(diào)用的可執(zhí)行程序；

(4) 當(dāng)一個(gè)作業(yè)運(yùn)行完畢之后，在作業(yè)隊(duì)列中清除該作業(yè)并要求處理下一個(gè)作業(yè)。

每個(gè)Initiator在同一時(shí)刻可以處理一個(gè)作業(yè)，而多個(gè)Intiator可以并發(fā)處理多個(gè)作業(yè)，各個(gè)Initiator并發(fā)處理各個(gè)作業(yè)都是在保證不出現(xiàn)死鎖的前提下進(jìn)行的。Initiator的數(shù)量可以在系統(tǒng)中設(shè)置，這樣一來就自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了并發(fā)數(shù)的控制。比如我希望將并發(fā)數(shù)控制為50，我們?cè)谙到y(tǒng)中設(shè)置50個(gè)Initiator，然后提交主JCL作業(yè)，主JCL作業(yè)再一次性提交1000個(gè)部門的作業(yè)，這些作業(yè)由JES自動(dòng)調(diào)度給50個(gè)Initiator，并實(shí)現(xiàn)負(fù)載的均衡。

4.2 Makefile的替代

在UNIX平臺(tái)上，通常會(huì)在準(zhǔn)備好源代碼之后使用make工具進(jìn)行編譯，在執(zhí)行make之前，需要一個(gè)命名為Makefile的特殊文件來告訴make需要做什么，該怎么做。通常make工具主要被用來進(jìn)行工程編譯和程序鏈接。

當(dāng)使用make工具進(jìn)行編譯時(shí)，以下幾種文件在執(zhí)行make時(shí)將會(huì)被編譯或重新編譯：

(1) 所有的源文件沒有被編譯過，則對(duì)各個(gè)C源文件進(jìn)行編譯并進(jìn)行鏈接，生成最后的可執(zhí)行程序；

(2) 每一個(gè)在上次執(zhí)行make之后修改過的C源代碼文件在本次執(zhí)行make時(shí)將會(huì)被重新編譯；

(3) 頭文件在上一次執(zhí)行make之后被修改，則所有包含此頭文件的C源文件在本次執(zhí)行make時(shí)將會(huì)被重新編譯。

Makefile文件是一個(gè)非常有效的文件，而在Z/OS平臺(tái)中，沒有類似的文件可用，通常的編譯都是通過使用一個(gè)JCL作業(yè)去調(diào)用系統(tǒng)相關(guān)的針對(duì)編程語言的編譯器去執(zhí)行。

考慮到Makefile文件的對(duì)應(yīng)參數(shù)、編譯流程、依賴關(guān)系與JCL作業(yè)有很多相似點(diǎn)，我們的方案是還是使用JCL作業(yè)去編譯程序，但將相關(guān)的源程序?qū)懺谕粋€(gè)JCL作業(yè)中。在Z/OS環(huán)境下一個(gè)JCL作業(yè)可以有多個(gè)作業(yè)步，每個(gè)作業(yè)步可以指定進(jìn)行不同的操作或調(diào)用不同的程序，一個(gè)作業(yè)最多可以有255個(gè)作業(yè)步。因此，我們可以將相關(guān)聯(lián)的源程序或者頭文件放到同一個(gè)作業(yè)的不同作業(yè)步中，用于編譯、鏈接，當(dāng)有程序做了修改需要重新編譯鏈接時(shí)，還是提交同一個(gè)編譯作業(yè)就可完成。

4.3 信號(hào)量機(jī)制的考慮

在實(shí)際結(jié)息流程中，通常每個(gè)進(jìn)程都需要從數(shù)據(jù)庫表里申請(qǐng)一個(gè)唯一的編號(hào)作為結(jié)息流程的流水號(hào)，最終保存到數(shù)據(jù)庫。流水號(hào)是一個(gè)遞增數(shù)列，無論進(jìn)程執(zhí)行是否成功，此流水號(hào)都必須唯一且不可讓其他進(jìn)程使用，即使進(jìn)程執(zhí)行失敗，此流水號(hào)也必須作廢而不可給后續(xù)進(jìn)程使用。

在UNIX平臺(tái)下，允許進(jìn)程間通信，信號(hào)量機(jī)制就是用來解決進(jìn)程同步與互斥問題的。通過P、V操作，保證并發(fā)進(jìn)程互斥地訪問數(shù)據(jù)庫里的流水號(hào)資源。

而在Z/OS平臺(tái)下，特別針對(duì)后臺(tái)批處理方式下，用戶的程序之間，作業(yè)與作業(yè)之間一般不允許相互通信，資源的互斥使用是通過Initiator調(diào)度實(shí)現(xiàn)的。

考慮到進(jìn)程使用的流水號(hào)最終需要保存到數(shù)據(jù)庫，而且流水號(hào)要求是遞增數(shù)列，我們針對(duì)DB2數(shù)據(jù)庫直接操作，DB2里面有個(gè)Sequence Object，它是一個(gè)遞增數(shù)列，其遞增幅度與初始值都可以在建立的時(shí)候設(shè)定。我們可以針對(duì)不同類型的流水號(hào)建立一個(gè)或多個(gè)Sequence Object，之后在任何需要用到流水號(hào)的地方，通過調(diào)用Sequence Object的next value取其當(dāng)前值的下一個(gè)值，這樣不管多少進(jìn)程并發(fā)，在同一時(shí)刻其next value永遠(yuǎn)不可能重復(fù)，保證流水號(hào)的唯一性。

4.4 程序的準(zhǔn)備

移植初期首先需要將程序與數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Z/OS環(huán)境下。

程序的導(dǎo)入可以通過FTP上傳或3270終端直接上傳的方式。首先需要在主機(jī)上針對(duì)不同屬性的文件建立不同屬性的數(shù)據(jù)集。由于主機(jī)上不是樹狀文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，所以要建立幾個(gè)分區(qū)數(shù)據(jù)集，將相關(guān)文件保存成為相關(guān)數(shù)據(jù)集的member。如源文件可以建立一個(gè)數(shù)據(jù)集，名為userid.SRC，庫文件可以建立為userid.LIB等，數(shù)據(jù)集的大小根據(jù)實(shí)際情況指定，我們的項(xiàng)目考慮可擴(kuò)展性，建立的每個(gè)分區(qū)數(shù)據(jù)集以M為分配單位，初次分配量為300，再次分配量為100，目錄空間大小為100。

將文件保存成文本格式上傳，如果上傳后都成了順序數(shù)據(jù)集，可以寫一個(gè)簡(jiǎn)單的JCL，使用IEBGENER將其拷貝到分區(qū)數(shù)據(jù)集里。

4.5 數(shù)據(jù)的導(dǎo)入

對(duì)于數(shù)據(jù)庫的導(dǎo)出導(dǎo)入，我們的方案是先將數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建腳本導(dǎo)入到數(shù)據(jù)集，使用主機(jī)上的SPUFI運(yùn)行腳本創(chuàng)建好數(shù)據(jù)庫、表空間和相關(guān)表、索引等。將原Infomix數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)以文本方式導(dǎo)出，再導(dǎo)入到主機(jī)，最后導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫。

在DB2里，數(shù)據(jù)庫的導(dǎo)入有Import和Load兩種方法。Import以SQL為基礎(chǔ)，會(huì)寫日志，可以對(duì)視圖操作，表上定義的各種約束都將被檢查，可以在目標(biāo)表不存在的情況下通過ixf格式的文件創(chuàng)建表，不能在Import過程中搜集統(tǒng)計(jì)信息。Import成功后表就可以使用。

Load操作屬于偏底層的操作，不寫日志，不可以對(duì)視圖操作，除了唯一性約束之外的各種約束都不在Load過程中被檢查，不可以在目標(biāo)表不存在的情況下創(chuàng)建表，可以在Load過程中搜集統(tǒng)計(jì)信息。Load過程成功后也有可能將表空間置于pending等的特殊狀態(tài)，管理相對(duì)比較復(fù)雜。

總的來說，由于Load操作底層，因此速度很快，適合用于大量數(shù)據(jù)的導(dǎo)入；Import速度慢但管理簡(jiǎn)單，適用于少量數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

由于我們的數(shù)據(jù)量非常大，因此選擇使用Load導(dǎo)入數(shù)據(jù)。我們將導(dǎo)出的數(shù)據(jù)保存到主機(jī)的數(shù)據(jù)集里，通過寫一個(gè)Load作業(yè)，從相關(guān)數(shù)據(jù)集導(dǎo)入需要的數(shù)據(jù)。在Load過程中，可能會(huì)因?yàn)閰?shù)或數(shù)據(jù)出錯(cuò)導(dǎo)致表空間置于reorganize pending狀態(tài)，或者將某個(gè)表的Index置于rebuild pending狀態(tài)，這時(shí)只需要將相應(yīng)的表空間做一個(gè)REORG或者對(duì)相應(yīng)的Index做一個(gè)rebuild就可以解決。

5 總結(jié)

在決定對(duì)一套應(yīng)用軟件進(jìn)行移植前，首先要明確移植的目的，選用適當(dāng)?shù)钠脚_(tái)和語言，然后充分地分析移植前后軟件運(yùn)行環(huán)境的異同，決定要采取的技術(shù)和需要進(jìn)行的結(jié)構(gòu)調(diào)整，這樣就可以系統(tǒng)而有序地完成大中型軟件的移植工作，并可有效地提高軟件質(zhì)量，延長(zhǎng)軟件生命期。通過幾個(gè)月的實(shí)踐，我們的方案在可行性上得到了驗(yàn)證，作為實(shí)際的應(yīng)用，還有很多地方有待我們進(jìn)一步探討。

Discussion on the Program Migration from UNIX to IBM Mainframe

WANG Zhen-yu1，TANG Feng1，LIU Qing1，LI Ji-yu2

(1.IBM zSeries System Education Center，South China University of Technology，Guangzhou，510006，China；

2.South China Agricultural University，Guangzhou，510006，China)

Abstract: This paper first introduces the main differences between UINX and IBM Mainframe platforms，and then discusses the main problems and the solutions on the program migration from UNIX to IBM Mainframe.

Key words: IBM Mainframe；migration；Job Control Language；Initiator