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Chiamati anche sistemi centrali, i mainframe sono computer che impiegati dalle grandi aziende per applicazioni di importanza critica come l’elaborazione veloce e affidabile di grandi quantitativi di dati, come nel caso di censimenti, statistiche, operazioni finanziarie di grande entità o applicazioni di Enterprise Resource Planning (ERP). Leggi la guida per conoscerne storia, caratteristiche, tipologie e classificazione.
Origini
La produzione dei calcolatori mainframe ebbe inizio intorno alla fine degli anni Cinquanta e si protrasse nel ventennio successivo. Le aziende produttrici erano note, ai tempi, come “IBM e i sette nani”: le aziende di importanza inferiore, ossia i nani, erano la Burroughs, la Control Data, la Honeywell, la General Electric, la NCR, la RCA e la UNIVAC. Con la produzione dei modelli della serie 700/7000 IBM confermò la sua posizione di leader assoluta del mercato e si dedicò in seguito allo sviluppo di nuovi modelli con architettura S/360, quella che sarebbe poi diventata l’architettura base dei zSeries/z9 e che attualmente, insieme ai mainframe della Burroughs e della Unisys che lavorano su MCP, sono forse gli ultimi modelli di mainframe attualmente operanti. E anche sono in grado di lavorare con il codice Ststem/360 a 24 bit, i nuovi server CMOS a 64 bit come il zSeries e il System z9 hanno poco a che spartire, dal punto di vista fisico, con i vecchi mainframe.
Un altro nome che veniva utilizzato per indicare le aziende nordamericane che cercavano di fare concorrenza alla IBM era il ‘bunch’ (in inglese: mucchio) che altro non era che l’acronimo delle iniziali della Burroughs, della UNIVAC, nella NCR,. Della CDC e della Honeywell. Al di fuori dei confini degli Stati Uniti si distinsero nella produzione di questo tipo di elaboratore la Telfunken e la Siemens in Germania, la ICL in Inghilterra, la Fujitsu, la NEC e la Hitachi in Giappone. I paesi facenti parte dell’ex Unione Sovietica e quelli appartenenti al Patto di Varsavia, invece, durante il periodo della Guerra Fredda si impegnarono nella produzione di vere e proprie copie dei mainframe della IBM.
La prima, grande scossa al mercato dei mainframe ebbe luogo intorno ai primi anni Ottanta: a causa della contrazione della domanda e della competizione sempre più agguerrita la UNIVAC venne acquisita dalla RCA, la General Electric uscì dai giochi, la Honeywell venne acquistata dalla Bull; nel 1986 una parte di UNIVAC divenuta una divisione della Sperry si unì alla Bourroghs per dare vita alla nuova Unisys Corporation, mentre cinque anni più tardi AT&T divenne acquisì per un breve periodo di tempo la NCR.
In questo periodo di grandi mutamenti societari i manager dei reparti IT delle aziende si resero conto che i prodotti delle nuove tecnologie di microcomputerizzazione erano decisamente più economici rispetto ai tradizionali mainframe e offrivano allo stesso tempo agli utenti un controllo superiore sui sistemi informatici. Questo portò alla progressiva sostituzione dei terminali con cui si interagiva con il mainframe con dei veri e propri personal computer. Questo naturalmente portò al crollo della domanda e alla relegazione dei mainframe di vecchia generazione a strutture come aziende governative o colossi finanziari. Intorno alla prima metà degli anni Novanta gli specialisti dell’IT si trovarono tutti d’accordo nell’affermare che il mainframe era un mercato destinato a scomparire per essere sostituito da quello molto più versatile dei personal computer.
Ma verso la fine del decennio questa tendenza incominciò a invertire la sua rotta dal momento in cui le aziende iniziarono a individuare nuovi utilizzi per i mainframe già in loro possesso grazie anche alla spinta operata dal fortissimo sviluppo del commercio elettronico, che tornò a impegnare la capacità di calcolo dei mainframe. Ancora, lo sviluppo di Linux, un sistema operativo che la maggior parte dei mainframe possono eseguire senza problemi all’interno di macchine virtuali diede un’ulteriore spinta al rilancio del mainframe, grazie anche alla possibilità di far girare sui mainframe software a sorgente aperte.
Al giorno d’oggi i mercati emergenti, tra cui spicca in modo particolare la Cina, stanno realizzando grossi investimenti sul settore del mainframe allo scopo di poter usufruire di macchine capaci di risolvere grandi criticità a livello computazionale, come ad esempio creare delle banche dati unificate capaci di gestire un volume altissimo di transazioni, nei diversi settori dell’industria e per qualcosa come un miliardo di utenti.
Descrizione
Il termine mainframe proviene dalla preistoria dell’informatica e veniva utilizzato per indicare il grosso assemblato in cui si trovavano il processore centrale e tutti i dispositivi in entrata e in uscite. Successivamente il termine venne anche utilizzato per distinguere gli elaboratori di livello superiore da quelli di potenzia inferiore, che erano caratterizzati da dimensioni ridotte. Ai nostri giorni con il termine mainframe ci si riferisce sostanzialmente ai sistemi System z9 della IBM, che discendono in linea diretta dal System/360, anche se viene utilizzato anche per i Burroughs Large Systems e per gli apparati della serie UNIVAC 1100/2200.
I mainframe attuali si differenziano dagli altri sistemi non solo per la velocità con cui sono in grado di eseguire una funzione, in quanto questa dipende solitamente dalle impostazione dell’orologio interno, quanto per il loro design interno, tutto basato sulla sicurezza, sull’affidabilità, sul perfetto bilanciamento delle performance e soprattutto sulla grande compatibilità con programmi di vecchia data, caratteristica, quest’ultima, che assicura la massima protezione degli investimenti realizzati dalle aziende nell’acquisto di software. Stiamo parlando di macchine longeve e affidabili che possono funzionare ininterrottamente per anni e anni e che permettono di essere controllate ed eventualmente riparate senza dover essere fermate, caratteristica particolarmente importante per tutte quelle applicazioni dove un’interruzione del servizio si tradurrebbe in una ingente perdita economica. Non per niente, a queste macchine è stata anche assegnata la sigla RAS, acronimo di Reliability, Availability e Serviceability, per la descrizione delle sue caratteristiche principali.
Anni addietro i mainframe erano noti per le loro dimensioni ragguardevoli e per la necessità di installazione in un locale che avesse i requisiti di alimentazione elettrica e condizionamento necessario al suo corretto funzionamento. Dalla metà degli anni Novanta grazie alla tecnologia CMOS che andò a sostituire quella bipolare le dimensioni dei mainframe si ridussero notevolmente, fino ad arrivare alle dimensioni di oggi, ossia abbastanza contenute, e a consumi elettrici decisamente inferiori a quelli dei rack di server che utilizzano altre tecnologie e occupano lo stesso quantitativo di spazio.
Caratteristiche
I mainframe sono macchine in grado di eseguire e in certi casi anche ospitare diversi sistemi operativi grazie all’utilizzo della tecnologia della virtualizzazione. Un solo mainframe, infatti, è in grado di svolgere il lavoro di centinaia di server di dimensioni inferiori, con conseguente riduzione dei costi per l’amministrazione e per la gestione, offrendo all’azienda un sistema maggiormente scalabile e decisamente più affidabile, come non sarebbe possibile ottenere con l’impiego dei server distribuiti. I moderni mainframe, in particolar modo i zSeries e System z9 della IBM mettono a disposizione dell’azienda una virtualizzazione su più livelli, a cominciare da quello hardware grazie al partizionamento logico operato dal componente PR/Sm e continuando con quello software, grazie all’utilizzo del sistema operativo z/VM.
Nonostante non siano assolutamente in grado di eguagliare i mainframe in quanto a livello di efficienza, sono tanti i server UNIX di livello superiore che offrono la tecnologia del partizionamento logico e sono tanti anche i produttori che cercano di promuovere l’utilizzo della virtualizzazione cercando di assimilare all’interno dei propri progetti le basi da cui si muovono i mainframe.
Con il sistema operativo z/OS si può effettuare una gestione efficiente e un isolamento efficace di tutti i carichi di lavoro grazie all’impiego di modernissime tecnologie chiamate di Workload Management. Oltre a questo, i mainframe sono in grado di aumentare le proprie potenzialità elaborative in modo granulare e dinamico.
Tra le caratteristiche uniche proprie dei mainframe c’è anche la capacità di elaborazione senza errori. Ad esempio, i System z9 ripetono ogni indicazione ricevuta due volte e comparando i risultati ottenuti, e se dovessero individuare una discordanza cercano di individuare il malfunzionamento e quando lo trovano attivano automaticamente un’unità di riserva. Questa modalità operativa, che si può trovare anche in alcuni sistemi NonStop della HP, viene chiamata lock-stepping in quanto tutti e due i processori compiono la stessa operazione in modo simultaneo.
Prestazioni
Da sempre, la potenza di calcolo di un mainframe viene calcolata utilizzando come unità di misura il MIPS, ossia le milioni di istruzioni per secondo. Al giorno d’oggi si continua a utilizzare questa unità di misura non tanto per il calcolo delle istruzioni eseguite quanto per riferirsi alla potenza di elaborazione della macchina, che si calcola tenendo come riferimento un determinato carico di lavoro eseguito in un ambiente senza alcun tipo di vincolo strutturale.
Il System z9 della IBM più piccolo della gamma offre una potenza di 26 MIPS contro i 17.801 MIPS del più grande. La tecnologia di Parallel Syspex di cui sono dotati permette inoltre di aggregare in un unico cluster fino a 32 sistemi, raggiungendo una potenza di elaborazione totale di 221.248 MIPS. Da molto tempo ormai gli addetti ai lavori sono coscienti del fatto che un’unità di misura come il MIPS, che prende quindi in considerazione il numero di istruzioni eseguire in un secondo, è un’unità di misura inadeguata a descrivere con precisione la potenza di una macchina e sono tanti i significati scherzoso e ironici che sono stati affibbiati a questo acronimo, ad esempio Meaningless Indicator of Processor Speed (indicatore di velocità del processore senza senso), soprattutto alla luce del fatto che ormai il design si questi sistemi si concentra più sulla potenza effettiva della CPU, sulla capacità di I/O e su quelle di virtualizzazione.
A questo proposito, da molti anni ormai la IBM pubblica un documento che contiene l’insieme delle prestazioni calcolate in base alla quantità e al tipo di carico di lavoro, per offrire una misura molto più fedele e realistica delle reali capacitò di un sistema.
Nel mondo dei supercomputer, il termine che viene utilizzato come unità di misura per quantificare la potenza delle prestazioni è FLOPS, ossia “floating point operation per second”, che indica quante operazioni in virgola mobile una CPU è in grado di calcolare in un secondo.
Distinzioni
Non è sempre facile riuscire ad effettuare una netta distinzione tra un mainframe e un supercomputer, anche se questi ultimi solitamente riportano problematiche legate alle velocità di elaborazione mentre i primi riportano criticità riguardo all’affidabilità e all’input e output. Ecco i due sistemi messi a confronto
Entrambi questi sistemi possono eseguire il calcolo parallelo, ma mentre i supercomputer hanno un’impostazione più complessa, i mainframe invece utilizzano questa funzionalità per il multitasking. La differenza sostanziale tra questi due sistemi sta nel fatto che, se si incrementa il numero di processori collegati al mainframe, aumenta di conseguenza e in modo trasparente anche la velocità di elaborazione dell’intero sistema.
Se i supercomputer vengono ottimizzati per poter eseguire elaborazioni tanto complesse da richiedere un grande quantitativo di memoria, i mainframe invece nascono per eseguire elaborazioni meno semplici ma che coinvolgono un grande quantitativo di dati.
I supercomputer sono spesso pezzi unici che vengono assemblati per adempire a compiti ed elaborazioni specifiche, mentre i mainframe essendo sistemi general purpose hanno una gamma di applicazioni molto più ampia, sono decisamente più versatili e proprio per questo vengono prodotti in serie.
I mainframe possono essere dotati di un grandissimo numero di processori di servizio che hanno lo scopo di rinforzare la capacità di elaborazione dei processori principali, mentre i supercomputer non possono godere della stessa modalità di implementazione in quanto l’aggiunta di nuovi processori non necessariamente aggiunge un quantitativo rilevante di potenza di calcolo.