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第二章z/OS概述•操作系统是一组程序的集合，管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程。是用户和计算机之间的接口。•通过把任务分片并将每片分配给独立运行的不同的系统组件及子系统来完成整个任务。z/OS使用的硬件资源1.软件-z/OS2.硬件-所有设备、控制器和处理器3.外围设备-磁带机、DASD设备和控制台4.主存或内存多道程序设计和多重处理•z/OS能支持多道程序设计，即同时执行不同用户的多个程序•z/OS在另外一个程序运行之前通过捕捉并保存被中断程序的所有相关信息来实现多道程序设计•z/OS还可以执行多重处理，即让两个或更多的处理器同时运行，共享各种的硬件资源，如内存和外部磁盘存储设备•多道程序设计和多重处理技术使得z/OS非常适合处理需要很多I/O操作的工作负载•多个用户运行许多各自的程序意味着，除了需要大量复杂的硬件以外，z/OS用户还需要大量内存来确保相应的系统性能z/OS——模块和宏•一组相关的指令称为一个程序或功能模块。能完成某项特殊功能的相关功能模块集称为系统组件，如接受作业、跟踪作业、执行作业。•执行经常使用的系统功能的一系列指令能通过调用可执行的宏指令(宏)实现，如打开和关闭数据文件。z/OS——控制块CB•当程序执行z/OS系统的任务时，它们在名为控制块的存储区域监控该任务的执行情况。•z/OS存在四种类型的CB►与系统相关的控制块►与资源相关的控制块►与作业相关的控制块►与任务相关的控制块•许多同类型单元的控制块可以串接成队列，每个控制块指向队列中的下一个控制块。（地址、数据、状态）•三种最常使用的CB►任务控制块(TCB)，用于表示一个任务单元►服务请求块(SRB)，用于表示一个系统服务的请求►地址空间控制块(ASCB)，用于表示一个地址空间z/OS使用的物理存储从概念上来说，大型机和所有其他计算机都有两种类型的物理存储•大型机处理器自身的物理存储，也称为处理机存储器或实存，可以认为它是大型机的内存。•大型机外围的物理存储，包括直接访问的存储设备，譬如硬盘驱动器和磁带驱动器。这种存储称为辅助存储。这两种类型的存储的主要区别与它们被访问的方式有关，即：•实存的访问与处理器是同步的。就是说，在数据从实存中取出之前处理器必须等待。•辅助存储是异步访问方式。处理器通过输入/输出（I/O）请求访问辅助存储，这个I/O请求和系统中其它任务请求一起按照调度来运行。z/OS设施•地址空间（虚拟寻址范围）•两个可用的物理存储（内存和辅助存储）•z/OS分配要执行的任务•扩展工具集（辅助存储）•控制台虚拟存储和相关主机概念•z/OS使用两种类型的物理存储（实存和外存）来实现另外一种存储——虚拟存储•在z/OS中，每个用户都访问虚拟存储，而不是物理存储•当处理很大的任务时，使用虚拟存储对于z/OS同时与大量用户交互这种独特的能力是至关重要的•z/OS使用多种存储管理组件来管理虚拟存储虚拟存储和地址空间——虚拟存储•虚拟存储意味着每个运行的程序可以假定它访问的是由体系结构地址表定义的所有实存•唯一的限制是存储器地址的位的个数•z/OS支持64位的地址，这允许一个程序寻址高达18446744073709600000字节（16ＥＸ）的存储空间•为了使每个用户程序执行时感觉在计算机系统中真有这样大的实存，z/OS只把每个程序的作用部分（activeportion）存放于实存中。而把其余的代码和数据保存在辅助存储上的页数据集的文件中，这种辅助存储通常由一些高速的直接访问存储的设备（DASDs）组成•z/OS用一系列表和索引来管理存储位置虚拟存储和地址空间——地址空间•操作系统分配给用户或独立运行的程序的虚拟地址范围称为地址空间（AddressSpace）这是执行指令和存储数据可利用的相邻的虚拟地址区域。地址空间的虚拟地址范围从0开始，并可扩展到操作系统的体系结构允许的最高地址•z/OS为每个用户提供独一无二的地址空间，并维持属于各个地址空间的程序和数据之间的差异•从某种程度上讲，z/OS中这种地址空间的使用和UNIX线程是类似的，即UNIX内核支持同时执行的多线程•一个运行的z/OS系统上会存在很多个地址空间，每个登陆的用户至少有一个地址空间动态地址转换DAT•在存储定位过程中将虚拟地址转换成所对应的实存地址的过程。•通过页表、段表、区域表和转换后备缓冲区等硬件和软件共同实现。•允许不同地址空间共享相同的程序和其他的只读数据。虚拟存储格式与寻址机制•内存被分成很多个区域，每个区域大小相同并且拥有唯一的访问地址。•在实存中，这些区域被称为页框（frame)；在辅助存储器中，被称为页槽(slot)。•类似的，操作系统可以把程序分成若干大小与页框和页槽相同的块，并给每个块分配唯一的地址。这种安排允许操作系统保持对这些分片的追踪。在z/OS系统中，程序片被称为页(page)。•页框、页槽、页的大小是相同的（4KB），只是在不同存储空间中的名称不同。帧（页框）、页、片（页槽）的关系虚拟存储地址的格式z/OS系统以不同大小的单元管理地址空间，如下：•页：被划分成4KB大小的虚拟存储单元的地址空间称为页•段：被划分成1MB大小的单元的地址空间称为段。一个段是连续的跨越兆字节的虚拟地址块，它从1MB的边界处开始。如，一个2GB的地址空间，由2048个段组成•区域：被划分成2-8GB大小的单元的地址空间称为区域。一个区域由跨越2-8GB的连续虚拟地址块组成，它从2GB的边界开始。如，一个2TB地址空间由2048个区域组成。虚拟地址的格式虚拟地址被划分为四个主要的区域：0-32位称为区域索引（RX）33-43位称为段索引（SX）44-51位称为页索引（PX）52-63位称为字节索引（BX）虚拟地址空间大小可以是2GB/4TB/8PB/16EB,由RX决定。寻址工作机制虚拟存储的工作要点（1）地址就是一个所需的信息片的标识符，但不是信息片在实存中位置的说明。这允许地址空间（即一个程序可用的所有地址）超过可用的实存的大小。（2）所有的实存地址映射关系根据虚拟存储地址实现的。（3）虚拟存储地址到实存地址的映射是通过硬件机制实现的，如图所示，虚拟地址10254000可以多次使用，因为每个虚拟地址可以映射到实存中不同的地址。（4）当所请求的地址不在实存中时，产生硬件中断，操作系统完成相关的操作，将所需的指令和数据调入实存。页面调度•z/OS使用页表确定一个页是在实存中还是在辅助存储器中，并确定其在存储器中的位置。在查找程序的一个页时，z/OS通过查页表的方法来查找该页的虚拟地址，然后z/OS根据需要将该页调入到实存或者调出到辅助存储器中。在辅助存储器的片和实存的帧之间的这种页面的移动称为页面调度，页面调度是理解z/OS中虚拟存储使用的关键。•z/OS中的页面调度对于用户来说是透明的。在执行作业时，只有那些必需的应用页面被调入实存中。页面驻留在实存中直到不再需要，或者当没有空闲的实存空间，而又有其它的页面需要调入内存时。•z/OS选择替换页面的算法是近期最少使用算法，该算法认为在一段时间内没有使用的页面在将来的一段时间内也不会再使用，所以选择这个页面作为替换页面。交换和工作集•交换是指在实存和辅助存储器之间交换一个地址空间的所有页的过程，它可以将整个地址空间写入实存或者从实存读出。•交换是z/OS进行系统负载平衡和维护一定的内存页框的方法之一。由系统资源管理器（SRM）组件执行。•在交换中，被换入的地址空间是活动的，在内存的页框中和辅助存储的页槽中都有页面。被换出的地址空间是不活动的，地址空间驻留在辅助存储器中，直到换入内存之后才能执行。多重存储保护键•保护每个用户任务的完整性•z/OS使用16个存储保护键，被存储在PSW中。•存储保护键0-7位由BCP、不同的子系统、中间件产品使用。•存储保护键8-15位分配给用户使用。虚拟存储简史和64位寻址•1970年，IBM开发了System/370系统，这是第一个使用虚拟存储器和地址空间的体系结构。System/370定义的存储地址长度为24位，这意味着最大的访问地址为16，777，216字节（或224字节），24位寻址能力使得当时的操作系统MVS/370给每个用户分配一个16MB的地址空间。•1983年，随着370－XA系统体系结构的发布，IBM将体系结构的寻址能力扩展到31位。有了31位寻址能力后，操作系统（现在称为扩展的MVS体系结构或MVS/XA）的虚拟存储器的容量从16MB增加到了2GB字节。换句话说，MVS/XA为用户提供的地址空间是MVS/370提供的地址空间的128倍。•一些z/OS程序依赖于实际地址，要求低于16MB。•16MB地址成为两种体系结构的区分点，一般称为“线”（line）。•这种体系结构不需要客户改变已有的应用程序。为了保留对已有程序的兼容性，MVS/XA支持运行在MVS/370上以24位地址寻址的程序，同时允许应用程序开发者编写基于31位寻址技术的应用程序。•为了保持不同寻址模式之间的兼容性，MVS/XA不使用地址的最高位（第32位）寻址。而是用这个位指示寻址时所用的地址位数：第32位打开(置1)表示地址为31位，第32位关闭(置0)表示地址为24位。2000年，随着zSeries大型主机的发布，IBM进一步将体系结构的寻址能力扩展到64位。32位寻址时最大空间只能是4GB,64位平台的寻址能力达到了180亿GB。使用64位地址后，z/OS的地址空间的潜在大小扩大到需要用新的术语来描述；每个地址空间大小为16千兆兆字节（EB），称为一个64位地址空间；一个千兆兆字节比10亿GB要稍小些。新的地址空间有2的64次方个逻辑地址，是以前2GB地址空间的80亿倍。2GB分格线称为条（BAR）•客户关系管理、•供应链管理、商务智能•高性能计算•企业资源规划•数字权限管理等系统的解决方案的大型数据库和数据仓库应用程序。64位地址空间的存储映射z/OS系统地址空间和主调度程序在系统中，z/OS和它的相关子系统都要有自己的地址空间，类型如下：（1）系统：z/OS的系统地址空间在主调度程序初始化后创建，这些地址空间为z/OS上创建的所有其他类型的地址空间提供功能支持。（2）子系统：z/OS要使用各种各样的子系统，如作业输入子系统（JES），中间件产品。（3）TSO/E：为每个登录z/OS的用户创建TSO/E地址空间。（4）批处理任务：为每个运行于z/OS上的批处理作业创建一个地址空间，由作业进入子系统创建。I/O和数据管理•在主机上，通道子系统（CSS）管理I/O设备的使用。•操作系统必须把一个特定任务的数据与某个设备联系起来，并管理文件分配、存放、监控、移动、备份、回调、恢复和删除。这些数据管理操作既可以人工处理也可以通过使用自动化过程处理。当数据管理自动处理时，系统决定目标的存放并自动管理目标的备份、移动、空间和安全。典型的z/OS生产系统包括人工和自动化过程来管理数据。•根据z/OS系统及其存储设备的配置情况，用户或程序可以直接控制数据管理的许多方面，并且早期的操作系统都要求用户这样做。然而，z/OS日益依赖于安装细节的设置来进行数据和资源管理，而存储管理产品则用于自动化管理存储的使用，在z/OS中实现管理存储的主要方式是使用DFSMS组件。监督系统中的作业执行•实现多道程序设计，需要一些监督控制：1.中断处理2.创建作业调度单元（服务请求块，任务控制块）3.调度任务4.串行化系统资源的使用（队列法和加锁法）z/OS——程序状态字•程序状态字（PSW）是一个64位的数据区，与控制寄存器、计时寄存器和前缀寄存器一起位于处理器中，它为硬件和软件提供关键的细节信息•当前的PSW包括下一条程序指令的地址和正在运行的程序的控制信息•每个处理器只有一个当前PSWz/OS的特征（1）•在z/OS中使用了地址空间。使用这一概念有很多优点：不同地址空间中私有空间的隔离提供了系统安全性，然而每个地址空间同时提供每个地址都能访问的公共区域•系统能保持数据完整性，无论系统中的用户数量