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13.10.1989 - 

Rückblick auf ein Jahr Erfahrung mit Hochleistungsperipherie

Chancen stehen gut für das automatische Kassettensystem

Johannes Roggel ist verantwortlich für die Datenverarbeitung bei der Nixdorf Computer AG in Paderborn.

Die Aktivitäten, die seit rund einem Jahr im Peripheriebereich für Großrechner wahrnehmbar sind, haben gleichsam über Nacht aus dem "Automatischen Kassettensystem", einem bisher skeptisch beäugten Exoten, ein neues Marktsegment entstehen lassen, das vor allem bei den Anwendern auf lebhaftes Interesse stößt.

An dieser Stelle werden erste Erfahrungen und der Stand der bisherigen Entwicklung für Automatische Kassettensysteme (ACS) aus der Sicht eines Großanwenders beschrieben. Die Installation besteht aus Nixdorf-Systemen und einem Amdahl-Rechner mit rund 160 MIPS, die Plattenkapazität liegt bei rund 300 Gigabyte.

"Geisterschichten" können jetzt vorgeplant werden

Nahezu alle großen Installationen befassen sich derzeit mit dem Thema "Unattended Operation". Es gibt nicht wenige Anwender, die bereits zwei bis drei Mannmonate Aufwand für Untersuchungen, Gespräche und erste Planungen investiert haben, sich also die Entscheidung gewiß nicht leicht machen. Aber es gibt ja auch Bedarf - man denke an falsch geladene Kassetten oder den Systemoverhead, der (ohne dynamische Bandspulenabwicklung,) bei (sonst) nicht lesbaren Bändern durch den Aufwand von Retry- Mechanismen und Recovery-Prozeduren entsteht.

Man muß also nicht erst den (um 2 Uhr morgens) müden oder durch Krankheit ausgefallenen Operator anführen, um aufzuzeigen, was einer zuverlässigen EDV-Abwicklung im Wege stehen kann. Ganz abgesehen von dem Vorteil einer kontinuierlichen Produktion, bei der auch die Bandverarbeitung auf jede aktuelle Anforderung flexibel reagieren kann. Dies steigert zusätzlich die Maschinenauslastung, erhöht den Systemdurchsatz, indem "Geisterschichten", Wochenendschichten und so weiter eingeplant werden können und sich die, durch die Arbeitszeitverkürzungen bedingten Zeitlücken zwischen einzelnen Schichten vermeiden lassen.

Bereits bei Ankündigung der 3480-Kassette wurde klar, daß dieses ein guter Datenträger und neuer Marktstandard sein würde. Zunächst war es nur ein Ersatz des bisherigen 9-Spurmediums mit erhöhter Zuverlässigkeit - noch keine Organisationslösung. Um jedoch dem Thema "Unattended Operation" näher zu kommen, brauchten wir mehr als nur einen neuen Datenträger. Es folgte der Scratchloader, der mit 20 Kassetten einen begrenzten Anteil der "non specific requests" abfangen konnte. Auch die Optischen Platten kamen ins Gespräch. Aber dann tauchten 1986 Gerüchte über ein vollautomatisches Kassettensystem auf, obwohl bereits bekannt war, daß Storage Technology (Storagetek) bereits seit rund zwei Jahren ein solches Gerät entwickelte.

Leistungsfähiger Hersteller gefordert

Kein anderes Marktsegment wird derzeit so von Gerüchten, Produktinformationen und widersprüchlichen Aussagen überschwemmt, wie das der ACS-Systeme. Wie sieht es also derzeit aus?

Heute bieten, mit Ausnahme eines PCMers, alle Kompatiblen zumindest Labormuster an beziehungsweise suchen erste Testkunden. Dazu hat dieses Marktsegment auch einige "neue" Lieferanten hervorgebracht, die bisher im sensiblen Markt der (IBM-)Großrechnerwelt unbekannt sind.

Derzeit sind allein von Storagetek weltweit rund 550 Kassettensilos (für je maximal fast 6000 Kassetten) installiert, das Werk liefert täglich 2 komplette Systeme aus. Ergänzt wird dieses durch rund 12 500 Laufwerke, die weltweit bei zirka 380 Kunden installiert sind. Der außeramerikanische Anteil liegt bei zirka 45 Prozent.

Erste Installation in Deutschland: Mai 1988

In der BRD sind mehr als 50 Silos abgeschlossen, größtenteils bereits installiert beziehungsweise in den nächsten Wochen eingeplant. Bereits fünf Kunden haben sich für jeweils eine Vierlings-Silokombination entschlossen. Die firmeninternen Entscheidungsprozesse für ein solches System bei einem Kunden verlaufen ähnlich wie bei einer CPU.

Wir, das Haus Nixdorf, haben uns bereits sehr frühzeitig für dieses System entschieden, da die langfristigen Vorteile klar auf der Hand lagen. Nachdem seit Ende 1987 Erfahrungen mit den Kassettenstationen gesammelt wurden, haben wir bereits im Mai 1988 zwei Silos in den Produktionsbetrieb übernommen. Diese Installation wurde im Oktober 1988 um zwei weitere Silos erweitert. Die jeweiligen Inbetriebnahmen erfolgten am Wochenende ohne nennenswerten Ausfall für die Produktion. Nach dem Start in USA im Herbst 1987 wurde in Deutschland die erste Installation im Mai 1988 durchgeführt. Heute ergibt dies immerhin einen Erfahrungszeitraum von über einem Jahr mit Produktionspraxis. Dies wirkt sich beispielsweise auch auf die Durchführung der Installation aus, die Mittlerweile nur noch eine Woche zum Aufbau (Anlieferung in 13 Paletten!) und für die Integration im RZ benötigt. Alle bisherigen Installationen haben außerdem gezeigt, daß die eingeplanten Testzeiten von einem Monat durchweg auf ein Viertel der Zeit verkürzt werden konnten.

Neben dem wirklich problemlosen Einspielen der Software-Komponente (mit SMP), zeichnet sich das System durch seine Stabilität (gerade auch in der HSC-Komponente) aus. Im Vorfeld muß natürlich ein Update der IOGEN und die ACS-Systembeschreibung hinterlegt werden.

Als sehr vorteilhaft hat sich die Bildung von Projektteams unter Beteiligung des Herstellers und des Kunden erwiesen, bei der sich ein Systemberater des Herstellers verantwortlich aller Belange der Planung, Installation und Integration annimmt. Ergänzt wird dies durch regelmäßige Statusbesprechungen. Nach der betriebsbereiten Übergabe erfolgt die Schulung jeder Operatorschicht (im Hause des Kunden) und firmenspezifische Verfahrensprozeduren werden festgelegt.

Weiterhin werden mehrtägige Schulungen für Systemprogrammierer angeboten und regelmäßig abgehalten. Auch müssen die Kassetten- und Labelbestellungen oder gar eine vorweggenommene Migration auf 18-Spur-Kassetten rechtzeitig in den zeitlichen Ablauf eingeplant sein. Ein selbständiger Themenkomplex ergibt sich mit dem Ermitteln der optimalen Ausgangskonfiguration und der Wachstumsplanung.

Spätestens Aufrüsten gleich mit eingeplant

Hier sollten Systemdaten gesammelt und mit den vorgesehenen Tools ausgewertet werden, um spätere Aufrüstungen schon bei der Stellplatzanordnung der Grundversion mitzuberücksichtigen. So kann dank der Systemarchitektur ohne Betriebsunterbrechung hochgerüstet (zum Beispiel zusätzliche Laufwerke) oder mit kurzzeitiger Unterbrechung ein weiteres Silo angeschlossen werden.

Ähnliches gilt auch für Remote-Anschlüsse (Backup-RZ, entferntes Sicherheitsarchiv), da möglicherweise Glasfaserkabel verlegt oder entsprechende Postleitungen angemietet werden müssen.

Darüber hinaus bietet der Hersteller auch die Projektleitung, Beratung und Durchführung der Integration von ACS-Archiven in heterogenen Rechnerverbundsystemen an. Gerade für Behörden und Großforschungsinstitute scheint uns dieses sehr interessant.

Betrieben wird ACS/4400 derzeit in Deutschland vornehmlich unter MVS/XA mit JES 2. Mittlerweile gibt es auch sieben Installationen mit JES 3, wobei auch schon JES 3 V2.2.1 (MVS/ ESA und VM/SP) in Produktion läuft.

Eine erste CRAY-Installation arbeitet bereits im Verbund mit einem IBM-Host mit dem ACS-System. Hier wird über die sogenannte Stationsoftware von CRAY die Anbindung und Kommunikation realisiert, die ACS-Steuerung erfolgt, natürlich wieder mit Hilfe der HSC-Komponente. Die meisten MVS-Betriebe setzen HSM, aber auch DMS/OS ein, fast alle verwenden STAM und UCCI (beziehungsweise CAI) und dies ohne Einschränkungen.

Einbettung in neue Strategien

Bringt man heute derart komplexe, die RZ-Organisation beeinflussende Produkte mit langfristigem Einsatzhorizont auf den Markt, so hat man sich unweigerlich auch mit Zukunftsstrategien des Marktführers wie DFHSM und DFSMS auseinanderzusetzen.

Wichtig wird also die Betrachtung, ob sich in dieser logischen Struktur, die sich mit den nächsten Jahren konkretisieren und in Softwareprodukten niederschlagen wird, ein Produkt wie ACS/4400 seinen Platz findet. Doch gerade der Einsatz einer 3480-Kassette als Basisdatenträger garantiert eben die Kompatibilität und gewährleistet über (den Marktstandard) die langfristige Unterstützung.

Eine ideale Ergänzung für den Anwender bietet ACS/4400 in der HSM-Philosophie, hier gehen die Hardware (ACS) und die Software (HSM) die von der Zielsetzung in Erwartung gestellte Verbindung ein. Die Logik entscheidet wann welche Daten sich wo befinden, das ACS sorgt für das automatische Vorhalten dieser Daten im 3480-Format.

Die Produktposition und langfristige Integration wird also klar erkennbar, der große Rahmen stimmt. Somit kann über die Einsatzmöglichkeiten von ACS nachgedacht werden. Vordergründig sticht die Bandautomation hervor, dieses ist aber nur ein Aspekt. Es geht vielmehr um den globalen Ansatz der eben mit Begriffen wie Automation, "Darkened Data Center" und System Managed Storage umschrieben wird. Dabei liegt der Anlaß in den sich wechselseitig treibenden Faktoren "mehr Leistung erfordert mehr Daten" und "mehr Daten benötigen mehr MIPS" und somit in einer effizienteren Nutzung der DV.

Die Ursachen liegen im stetigen Wachstum. CPUs wachsen in ihrer MIPS-Leistung beständig mit 30 Prozent, Magnetplatten um zirka 30 Prozent bis 40 Prozent. Allein 1987 wurden in USA rund 117 000 GB an Plattenkapazität additiv verkauft, dies führt zwangsläufig zu einem Stellflächenproblem (Verdoppelung bis Verdreifachung in den kommenden Jahren). Auch bei den Magnetbändern/Kassetten geht es jährlich um zirka 15 Prozent nach oben.

Es werden immer mehr Daten immer öfters gesichert und dieses bei zunehmenden Plattenkapazitäten. Batchfenster werden immer kleiner. Dies muß dazu führen, daß man allein die wirklich wichtigen Daten online hält. Man denke auch an die Kosten (Prognosen gehen von zirka 10 Dollar pro MB in 1990 aus). Also auslagern!?. Dies macht wiederum nur Sinn, wenn das Aus- und Einlagern der Daten vollautomatisch abläuft. Nachdem CPUs mit 200 MIPS bald Realität sein dürften und diese ja wie ein "Uhrwerk" schnurren müssen, tritt das permanente "Datenfüttern" dieser Maschinen in den Vordergrund. Eine zuverlässige Produktion auf höchstem Niveau ist gefordert, jede unnötige Unterbrechung muß vermieden werden. Diese kann hervorgerufen werden durch fehlerhaftes Bedienen (falsche Kassette), ungenügende Ressourcen (Laufwerke, kein Plattenplatz, halb besetzte Schichten) und so weiter. Die Abhängigkeit zwischen Band und Platte sollte überdacht werden.

Die komplexe Peripheriewelt macht manuelles Space-/Volume-Handling immer schwieriger, ein ökonomisches, emotionsloses Bereitstellen der richtigen Daten zum gewünschten Zeitpunkt kann nur noch unter Systemsteuerung zum Erfolg führen.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Natürlich zeichnen sich diese Probleme und Anforderungen heute erst ab, doch ganz große Shops kämpfen bereits damit und morgen wird dies Alltag sein. Erste Ansätze sind bereits mit HSM (inaktive Daten) und der Ausrichtung auf SMS (alle aktiven Daten) gegeben.

Nachfolgend werden pauschal Einsatzmöglichkeiten aufgeführt, die als richtige Schritte in diese Zukunft gewertet werden können.

Dies betrifft natürlich das Bandoperating, wo heute unterbesetzte Schichten, Zeitlücken zwischen einzelnen Schichten, Wochenendeinsätze ein Thema sind. Auf den zweiten Blick erst wird der Anteil sichtbar, der mit dem Bereitstellen, Ablegen und Verwalten von Kassetten verloren geht. Diese Funktionen sind integraler Bestandteil von ACS. Das Vermeiden fehlerhaft montierter oder abgelegter Kassetten muß individuell gewertet werden, gewichtiger scheint da schon der Punkt Datensicherheit.

Verminderter Plattenzuwachs

Beim Roboter muß kein Werkschutz am Sicherheitsarchiv stehen, Kassetten können nicht in Taschen verschwinden, niemand außer der Applikation liest die Daten! Zur pfleglichen Behandlung der Kassette (und Laufwerke) kommt ein ungestörter Betriebsablauf, ein flexibleres Reagieren auf "unerwartete Applikationen" und damit ein höherer Systemdurchsatz und bessere Maschinennutzung.

Bei nicht wenigen Kunden finanziert sich das ACS/4400 aus dem Plattenbudget. Das können eingesparte Disks sein, nicht verlängerte Platten oder reduzierte Zuwächse. Nur die hochaktiven, permanent benötigten Daten liegen auf Online. Dies beseitigt die Mindernutzung von Hardware-Ressourcen und führt zu verbesserter Leistung im Strang. Vor allem hilft dies die Stellflächenprobleme in Griff zu halten. Für viele Kunden ist dann auch HSM der erste und einfachste Ansatzpunkt, über Scratchanforderungen wandern die Daten mit der Zeit in das Silo. Eine interessante Alternative hierzu besteht aus einer Kombination ACS (für inaktive Daten) und 7,5 GB-Magnetplatten (für die Stufe ML1). Hier lassen sich 30 GB auf 2,15 Quadratmeter für den direkten Zugriff speichern, alles weitere regelt HSM.

Zentrale Archive in zwei getrennten Sicherheitszonen (möglicherweise verbunden mit Glasfaserkabel) zum gegenseitigem Backup wäre hier anzufahren. Auch Datenschutzräume müssen erwähnt werden, in die selbst der Sicherheitsbeauftragte keinen Zutritt mehr hat. Wer übernimmt zum Beispiel das Kopieren vorhandener Kassetten auf "neue Kassetten", sofern dies aus Sicherheitsdenken nach fünf Jahren eingeplant wird - der Roboter erledigt dies nebenbei! Das Fortschreiben von interessanten Daten über mehrere Jahre (für Trendanalysen, spätere Auswertungen, Modellverifikationen, neue Versuche etc.) wird möglich, bei Bedarf stehen diese Daten sehr schnell zur Verfügung. Weiterhin ist an Konstruktionszeichnungen, Textverarbeitungen, Sourcecode-Generationen zu denken, für die Systemplanung können Daten vom Job-accounting oder von Performancemessungen für spätere Kapazitätsplanungen und Nachbearbeitungen vorgehalten werden.

Heterogene Rechnerlandschaften

Viele große Installationen fahren zum IBM-Park noch Rechner von BULL, DEC oder Siemens - um nur einige zu nennen - die sich ein Datenarchiv teilen könnten. Hier sind mit Netzwerken leistungsfähige Datenverbundsysteme realisierbar. Auch größere Entfernungen lassen sich (von der Post oder dritter Seite) mit Hilfe von Kanalverlängerungen überbrücken. Selbst die Ankopplung über Modems erlaubt derzeit eine Übertragungsleistung von 2 MBit/s.

Läßt man alle die vorher beschriebenen Funktionen und Anforderungen Revue passieren wird klar, daß ein solcher Organisationsautomat nur in enger Zusammenarbeit mit dem Betriebssystem optimal arbeiten kann. Um jedoch Modifikationen am OS zu vermeiden, muß die Systemintegration mit Hilfe der Software erfolgen. Reine Hardware-Boxen sind nicht mehr gefragt, die Anwendung erfolgt über Firmware (Mikrocode) oder Software (Host). Wichtig ist der sinnvolle Ausbau der vorhandenen Anlage (Investitionsschutz) und nicht das Anfügen einer weiteren Insellösung.

Die Software ist Dreh- und Angelpunkt

Diesem Trend entsprechend besteht das ACS/4400 aus Hardware (Roboter, 3480-kompatible Einheiten) und der Host Software Component (HSC). Diese belegt einen eigenen Adreßraum im MVS beziehungsweise eine virtuelle Maschine im VM, daher sind auch alle Schutzmechanismen des Betriebssystems mit involviert. Funktionsgruppen sind:

- eigenes Verwalten der ACS-Konfiguration

- Verwaltung des ACS-Kataloges (Inhaltsverzeichnis)

- Chaotische Lagerverwaltung

- Optimierung (Wege, Allokierung, Siloauswahl etc.)

- Kommunikation mit System und Operator

- Zugang zu Standard-Systemfunktionen

Sicherheitsaspekte wie Kassettenschreibschutz (Reedschalter) realisiert über einen sogenannten "Virtual Thumbwheel" (für MVS und VM) oder Absicherung des ACS-Kataloges (Primary und Shadow-Kopie mit jeweils eigener Logdatei) sind standardmäßig berücksichtigt. Gerade der Schreibschutz ist für manche Installationen sehr wichtig.

Hervorheben muß man, daß die Laufwerkauswahl nicht ausschließlich über MVS erfolgt (zufälIige Allokierung nach SRM-Gesichtspunkten), sondern diese Anforderungen abgefangen und in bezug auf den Lagerort der Kassette adoptiert wird (directed allocation).

Automatischer und manueller Betrieb Iaufen parallel

Der Vorteil der Anbindung an JES besteht darin, daß alle Aktivitäten zum Allokierungszeitpunkt bearbeitet werden, somit sind automatischer (ACS) und manueller Betrieb (3480) nebeneinander zugelassen. Dazu kann eine Steuereinheit (4480-M20) sowohl Laufwerke des manuellen als auch des automatischen Pools parallel bedienen. Ein weiterer Aspekt: die Ausnahmesituationen und Fehlerfälle. Diese werden während des Allokierungsversuchs an das JES zurückgemeldet. Keine andere logische Schicht (wie VTAM) ist zwischengeschaltet, der Kommunikationsanschluß von ACS wird als Non-SNA/NoVTAM realisiert. Selbstverständlich kann ACS/4400 im Parallelbetrieb sowohl von MVS als auch von VM (shared cartridge pool) betrieben werden.

Darüber hinaus wurden in HSC eine Reihe von Hilfsfunktionen in modularer (ausbaufähiger) Weise integriert. Hierzu zählen nicht nur Reports, oder die Anmeldung des TMS-Systems. Start und Shutdown, Ein-/Ausgabe oder Initialisierung von Kassetten sind per Kommando vorgesehen, aber auch die Übernahme neuer Scratchstati, Backup/Recovery-Funktionen für den ACS-Control Data Set und Rekonfigurationen defekter Hostverbindungen sind vorgesehen. Verschiedene Benutzerschnittstellen stehen zur speziellen Verwendung zur Verfügung. Die HSC als der zentrale Punkt des Gesamtsystems spiegelt zudem die Architektur und zugleich die Limitierung wider.

Allerdings wurde großzügig vorgedacht: 94 Millionen Kassetten lassen sich in maximal 2,56 ACS-Systemen verwalten. Ein ACS-System besteht aus bis zu 16 Silo's (19,2 Terabyte ohne Komprimierung), wobei jedes Silo wiederum 8 bis 16 Laufwerke bedienen kann. Aus praktischen Gründen (Stellanordnung) und um möglichst viele Durchreichestationen (Erhöhung der Leistung und Verfügbarkeit) zu erlauben, wird sich die Anzahl der Laufwerke von 40 bis 120 pro 96 000 Kassetten bewegen. Für die Zukunft ist also Vorsorge getroffen.

Mehr wurde über, als auf optischen Platten geschrieben

Steht ein ACS-System zur Entscheidung an, wird gelegentlich dessen Zukunftsperspektive in Frage gestellt; beispielsweise kommen sofort optische Platten mit ins Spiel. Hier ist zu entgegnen, daß viele, vor allem technische Gründe gegen einen effizienten Einsatz als Speichermedium im Großrechnerbereich sprechen. Wiederbeschreibbare optische Platten werden erst ab Mitte der 90er Jahre - wenn überhaupt - für den Großrechnerbetrieb erwartet. Dies untermauert auch die kürzlich erfolgte Positionierung des optischen Speichers der IBM als "Low-end Office Environment". Geht man davon aus, daß die derzeitige Speicherkapazität der Kassette heute um den Faktor 10 bis 15 erhöht werden kann, dann ist die Frage zwingend, ob man in sechs bis sieben Jahren überhaupt noch optische Speicher wirtschaftlich einsetzen kann.

Im übrigen sei die Feststellung erlaubt, daß schon mehr über optische Speicher als auf optische Speicher geschrieben wurde. Viel mehr Beachtung findet da schon das Statement of Direction der IBM zum 3480-Media. Verbesserte Aufzeichnungsverfahren werden mit Ankündigung in der zweiten Jahreshälfte 1989 zu einer Kapazitätserweiterung um den Faktor 3 bis 5 führen. Ob dies durch eine höhere lineare Bitdichte, Einführung einer Komprimierungseinrichtung beziehungsweise einer Kombination dieser Möglichkeiten realisiert wird, läßt sich nicht genau sagen. Unabhängig davon, daß Storagetek darauf sehr gut vorbereitet ist, erhöht dies den Nutzen eines ACS-Systems, verbessert sich doch die Speicherkapazität eines Silos möglicherweise von 1,2 TB (Terabyte) auf 6 TB.

Bei allen Überlegungen darf nicht vergessen werden, daß die 3480-Kassette einen Marktstandard darstellt und viele Installationen erst die Migration vom 9-Spurband hinter sich haben. Man kann also das Resümee ziehen - und Benutzerumfragen in den USA bestätigen dies -, daß sich ein ACS-System bis weit in die 90er Jahre planen läßt. Man denke in diesem Zusammenhang auch an die 3850-MSS-Geräte, die vor nahezu 15 Jahren am Markt auftauchten und heute noch in manchen Shops ihren Dienst versehen.