Mainframe Programmierung II - Exam

Aufgabe 1)

Ein modernes Mainframe-System besteht aus mehreren Hauptkomponenten, die zusammenarbeiten, um eine hohe Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Zu den Hauptkomponenten gehören die CPU (Zentrale Recheneinheit), der Speicher (RAM), die I/O-Subsysteme, Kanäle (Channels), das Betriebssystem, Middleware und die Netzwerkkommunikation. Jede dieser Komponenten erfüllt spezifische Aufgaben und spielt eine wesentliche Rolle im gesamten System.

a)

Erläutere die Funktion der CPU in einem Mainframe-System. Beschreibe, wie die CPU mit anderen Hauptkomponenten des Systems interagiert, insbesondere mit dem Speicher und den I/O-Subsystemen. Verwende dazu Beispiele, um die Interaktion zu verdeutlichen.

Lösung:

Die Funktion der CPU in einem Mainframe-System

Die CPU (Zentrale Recheneinheit) ist das Herzstück eines Mainframe-Systems. Ihre Hauptfunktion besteht darin, Rechenoperationen durchzuführen und die Ausführung von Programmen zu steuern. Die CPU interpretiert und führt Befehle aus, die in den Programmen geschrieben sind, und steuert den Datenfluss zwischen den verschiedenen Komponenten des Systems.

Interaktion der CPU mit anderen Hauptkomponenten

• Speicher (RAM)

Die CPU greift fortlaufend auf den Speicher (RAM) zu, um dort gespeicherte Anweisungen und Daten zu lesen und zu verarbeiten. Die CPU lädt Instruktionen aus dem Speicher in ihre Instruktionsregister und verarbeitet diese. Ebenso speichert die CPU Zwischenergebnisse und Endergebnisse von Berechnungen wieder im Speicher.

• I/O-Subsysteme

Die CPU steuert auch die Kommunikation mit den I/O-Subsystemen. Dies geschieht über I/O-Kanäle, die spezielle Verbindungen für den Datenaustausch zwischen der CPU und den I/O-Geräten bereitstellen. Dabei können I/O-Operationen wie das Lesen von Daten von einer Festplatte oder das Senden von Daten an einen Drucker durchgeführt werden.

Beispiele zur Verdeutlichung der Interaktion

• Interaktion mit dem Speicher

Ein einfaches Beispiel für die Interaktion der CPU mit dem Speicher könnte wie folgt aussehen:

• 1. Die CPU erhält eine Anweisung, die im Speicher gespeichert ist.
• 2. Sie lädt die Anweisung aus dem Speicher in ihr Instruktionsregister.
• 3. Die Anweisung könnte zum Beispiel eine Berechnung wie a = b + c sein.
• 4. Die CPU führt die Berechnung durch und speichert das Ergebnis wieder im Speicher.

• Interaktion mit I/O-Subsystemen

Ein Beispiel für die Interaktion der CPU mit einem I/O-Subsystem:

• 1. Ein Benutzer sendet einen Druckauftrag von einem Terminal.
• 2. Die CPU empfängt den Auftrag und sendet die Druckdaten über einen I/O-Kanal an den Drucker.
• 3. Der Drucker empfängt die Daten und druckt das Dokument aus.

b)

Angenommen, ein Mainframe-System führt eine große Datenverarbeitungsaufgabe aus, die intensive I/O-Operationen erfordert. Erkläre, wie die I/O-Subsysteme und die Kanäle (Channels) zusammenarbeiten, um diese Aufgabe effizient zu bewältigen. Welche Rolle spielt das Betriebssystem bei der Verwaltung dieser Operationen?

Lösung:

Effiziente Zusammenarbeit von I/O-Subsystemen und Kanälen (Channels) bei intensiven I/O-Operationen

Ein Mainframe-System, das eine große Datenverarbeitungsaufgabe mit intensiven I/O-Operationen ausführt, nutzt eine strukturierte Zusammenarbeit der I/O-Subsysteme und der Kanäle, um die Performance und Zuverlässigkeit sicherzustellen.

Zusammenarbeit der I/O-Subsysteme und Kanäle

• I/O-Subsysteme:

Die I/O-Subsysteme umfassen verschiedene Ein- und Ausgabegeräte wie Festplatten, Bandlaufwerke, Drucker und Terminals. Diese Geräte sind für das Lesen und Schreiben von Daten verantwortlich.

• Kanäle (Channels):

Die Kanäle sind spezialisierte Kommunikationspfade, die Daten zwischen der CPU und den I/O-Subsystemen übertragen. Sie entlasten die CPU, da sie die Steuerung der I/O-Operationen übernehmen und somit parallele Prozesse ermöglichen.

Beispiel für die Zusammenarbeit:

• 1. Eine Anwendung startet eine große Datenverarbeitungsaufgabe, die auf Daten auf mehreren Festplatten zugreift.
• 2. Die Kanäle werden aktiviert, um die I/O-Anfragen zu den entsprechenden I/O-Subsystemen zu leiten.
• 3. Jeder Kanal übernimmt dabei die Verantwortung für die Übertragung von Daten zwischen der Festplatte und dem Hauptspeicher.
• 4. Während die Kanäle die I/O-Operationen durchführen, kann die CPU parallel andere Aufgaben erfüllen, was die Gesamteffizienz steigert.
• 5. Kanäle arbeiten oft autonom, wodurch die Datenübertragung kontinuierlich fließen kann, ohne permanent CPU-Zeit zu beanspruchen.

Rolle des Betriebssystems bei der Verwaltung dieser Operationen

• Ressourcenverwaltung:

Das Betriebssystem spielt eine zentrale Rolle bei der Verwaltung der I/O-Operationen. Es sorgt dafür, dass die verfügbaren Ressourcen effizient genutzt werden und dass die I/O-Anfragen der Anwendungen koordiniert werden.

• I/O-Planung:

Das Betriebssystem plant die Reihenfolge der I/O-Operationen, um die Gesamtleistung zu maximieren. Es verwendet Algorithmen wie das Scheduling, um sicherzustellen, dass ressourcenintensive Aufgaben priorisiert und Engpässe vermieden werden.

• Fehlerbehandlung:

Das Betriebssystem überwacht die I/O-Operationen und stellt sicher, dass Fehler erkannt und behandelt werden. Es kann Wiederholungsversuche einleiten oder alternative Pfade nutzen, um die Zuverlässigkeit sicherzustellen.

• Datenpufferung:

Das Betriebssystem verwendet Datenpuffer, um die Geschwindigkeit der Datenübertragung zwischen schnellen Hauptkomponenten und vergleichsweise langsameren I/O-Geräten auszugleichen. Dies minimiert Wartezeiten und erhöht die Effizienz.

Zusammenfassung:

Die I/O-Subsysteme und Kanäle arbeiten zusammen, um intensive I/O-Operationen effizient auszuführen, indem sie parallele Datenübertragungen ermöglichen und die CPU entlasten. Das Betriebssystem koordiniert und überwacht diese Operationen, plant I/O-Tasks, realisiert Fehlerhandling und verwendet Puffer, um die Systemleistung und Zuverlässigkeit zu maximieren.

c)

Middleware spielt eine entscheidende Rolle in einem Mainframe-System, insbesondere wenn es um die Integration und Kommunikation zwischen Anwendungen und dem Betriebssystem geht. Analysiere, welche spezifischen Vorteile Middleware in einem Mainframe-Umfeld bietet. Erkläre dabei auch, wie Middleware die Netzwerkkommunikation und die Systemleistung beeinflusst.

Lösung:

Vorteile der Middleware in einem Mainframe-Umfeld

Die Middleware ist eine Software-Schicht, die zwischen dem Betriebssystem und den Anwendungen liegt. Sie bietet eine Reihe von Diensten, die die Interaktion und Integration von Anwendungen erleichtern. In einem Mainframe-Umfeld spielt Middleware eine entscheidende Rolle, indem sie verschiedene Vorteile bietet:

• Interoperabilität: Middleware ermöglicht die nahtlose Integration verschiedener Anwendungen, auch wenn diese auf unterschiedlichen Plattformen oder in verschiedenen Programmiersprachen entwickelt wurden. Sie stellt Standardprotokolle und APIs bereit, die die Kommunikation zwischen den Anwendungen erleichtern.
• Abstraktionsschicht: Durch die Nutzung von Middleware müssen sich Entwickler nicht mit den Details des zugrunde liegenden Betriebssystems oder der Hardware auseinandersetzen. Dies vereinfacht die Anwendungsentwicklung und -wartung erheblich.
• Skalierbarkeit: Middleware unterstützt die horizontale und vertikale Skalierung von Anwendungen. Sie kann Lastverteilung und Lastenausgleichsmechanismen implementieren, um sicherzustellen, dass das System effizient arbeiten kann, auch wenn die Anforderungen steigen.
• Sicherheit: Middleware kann Sicherheitsfunktionen wie Authentifizierung, Autorisierung und Verschlüsselung bereitstellen. Dies hilft sicherzustellen, dass Daten und Ressourcen nur von autorisierten Benutzern und Prozessen zugänglich sind.
• Transaktionsmanagement: In einem Mainframe-Umfeld, in dem viele geschäftskritische Anwendungen laufen, ist das Transaktionsmanagement von großer Bedeutung. Middleware kann Mechanismen für die Verwaltung von Transaktionen bereitstellen, um sicherzustellen, dass alle Operationen konsistent und zuverlässig ausgeführt werden.

Einfluss der Middleware auf die Netzwerkkommunikation und Systemleistung

• Netzwerkkommunikation:

Middleware spielt eine zentrale Rolle bei der Verwaltung der Netzwerkkommunikation in einem Mainframe-Umfeld. Sie kann Funktionen wie Nachrichtenwarteschlangen, Remote Procedure Calls (RPCs) und Dienstorientierte Architektur (SOA) implementieren. Diese Funktionen erleichtern die Kommunikation zwischen verteilten Anwendungen und gewährleisten eine zuverlässige und effiziente Datenübertragung.

• Beispiel: Eine Middleware kann Nachrichten zwischen einer datenintensiven Anwendung und einer Datenbank auf einem anderen Server puffern und weiterleiten, um sicherzustellen, dass keine Nachrichten verloren gehen und dass die Kommunikation auch bei Netzwerkunterbrechungen fortgesetzt werden kann.

• Systemleistung:

Middleware kann die Systemleistung positiv beeinflussen, indem sie:

• Lastverteilung: Middleware kann Anfragen gleichmäßig auf mehrere Server verteilen, um Engpässe zu vermeiden und die Systemressourcen optimal zu nutzen.
• Caching: Middleware kann häufig verwendete Daten zwischenspeichern (caching), um die Zugriffszeiten zu reduzieren und die Datenbankentlastung zu verringern.
• Optimierung von Datenübertragungen: Middleware kann Datenkomprimierung und -dekomprimierung implementieren, um die Menge der übertragenen Daten zu reduzieren und die Übertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
• Parallelverarbeitung: Middleware kann die parallele Verarbeitung von Aufgaben unterstützen, sodass mehrere Anfragen gleichzeitig bearbeitet werden können, was die Gesamtleistung verbessert.

Zusammenfassung:

Middleware bietet in einem Mainframe-Umfeld zahlreiche Vorteile wie Interoperabilität, Skalierbarkeit, Sicherheit und effizientes Transaktionsmanagement. Sie spielt eine entscheidende Rolle bei der Verwaltung der Netzwerkkommunikation und kann durch Mechanismen wie Lastverteilung, Caching und Parallelverarbeitung die Systemleistung erheblich verbessern.

Aufgabe 2)

Ein großes Unternehmen plant den Einsatz eines Kennzahlen-Reporting-Systems, das auf einem Mainframe laufen soll. Dafür soll ein Programm in COBOL entwickelt werden, das bestimmte Geschäftsregeln umsetzt und Daten verarbeitet, basierend auf der nachstehenden COBOL-Struktur:

• Identification Division: Enthält den Programmname und Entwicklerinformationen.
• Environment Division: Definiert die Systemumgebung, in der das Programm läuft.
• Data Division: Deklariert alle Variablen und Datenstrukturen.
• Procedure Division: Enthält die eigentlichen Programmabläufe und Logik.

a)

1. Schreiben ein COBOL-Programm, das eine einfache Gehaltsberechnung durchführt. Das Programm soll folgende Anforderungen erfüllen:

• Enthalten in der Identification Division den Programmname GEHALTSPROGRAMM und die Entwicklerinformation ENTWICKLER: MAX MUSTERMANN.
• In der Environment Division soll die Ziel-Plattform als IBM MAINFRAME definiert werden.
• In der Data Division sollen zwei Variablen 01 BRUTTO-GEHALT PIC 9(5)V99. und 01 NETTO-GEHALT PIC 9(5)V99. deklariert werden.
• Die Procedure Division soll eine Berechnungsroutine enthalten, die das Netto-Gehalt ermittelt, indem 20% Steuer vom Brutto-Gehalt abgezogen werden:

 ' Identification Division. PROGRAM-ID. GEHALTSPROGRAMM. AUTHOR. MAX MUSTERMANN. Environment Division. CONFIGURATION SECTION. SOURCE-COMPUTER. IBM MAINFRAME. Data Division. WORKING-STORAGE SECTION. 01 BRUTTO-GEHALT PIC 9(5)V99. 01 NETTO-GEHALT PIC 9(5)V99. Procedure Division. BEGIN.     MOVE 5000 TO BRUTTO-GEHALT.     COMPUTE NETTO-GEHALT = BRUTTO-GEHALT * 0.80.     DISPLAY 'NETTO GEHALT: ' NETTO-GEHALT.     STOP RUN. '

Erkläre jeden Abschnitt und seine Funktion.

Lösung:

Lass uns das COBOL-Programm analysieren und jeden Abschnitt erklären:

• Identification Division:
• PROGRAM-ID: GEHALTSPROGRAMM - Dies gibt den Namen des Programms an, in diesem Fall ist der Name GEHALTSPROGRAMM.
• AUTHOR: MAX MUSTERMANN - Dies gibt die Informationen zum Entwickler des Programms an, namentlich MAX MUSTERMANN.
• Environment Division:
• CONFIGURATION SECTION: Dies definiert die Systemumgebung, in der das Programm läuft. Hier wird angegeben, dass es auf einem IBM MAINFRAME läuft.
• SOURCE-COMPUTER: IBM MAINFRAME - Dadurch wird definiert, dass das Programm auf einem IBM Mainframe-Computer ausgeführt wird.
• Data Division:
• WORKING-STORAGE SECTION: Hier werden die Variablen und Datenstrukturen deklariert, die das Programm verwendet. In diesem Fall werden zwei Variablen deklariert:
• 01 BRUTTO-GEHALT PIC 9(5)V99. - Dies deklariert eine Variable zur Speicherung des Brutto-Gehalts. Das Format PIC 9(5)V99 bedeutet, dass die Variable bis zu fünf Stellen vor dem Dezimalpunkt und zwei Stellen nach dem Dezimalpunkt haben kann (zum Beispiel 12345.67).
• 01 NETTO-GEHALT PIC 9(5)V99. - Dies deklariert eine Variable zur Speicherung des Netto-Gehalts. Das Format ist das gleiche wie bei BRUTTO-GEHALT.
• Procedure Division:
• Hier ist der eigentliche Programmablauf und die Logik enthalten. In diesem Fall wird eine einfache Berechnungsroutine zur Ermittlung des Netto-Gehalts beschrieben:
• BEGIN. - Dies ist der Beginn der Procedure Division.
• MOVE 5000 TO BRUTTO-GEHALT. - Dies weist der Variable BRUTTO-GEHALT den Wert 5000 zu.
• COMPUTE NETTO-GEHALT = BRUTTO-GEHALT * 0.80. - Dies berechnet das Netto-Gehalt, indem es 20% Steuer vom Brutto-Gehalt abzieht. Das Ergebnis wird in der Variable NETTO-GEHALT gespeichert.
• DISPLAY 'NETTO GEHALT: ' NETTO-GEHALT. - Dies gibt das Netto-Gehalt auf dem Bildschirm aus.
• STOP RUN. - Dies beendet das Programm.

Identification Division. PROGRAM-ID. GEHALTSPROGRAMM. AUTHOR. MAX MUSTERMANN.Environment Division. CONFIGURATION SECTION. SOURCE-COMPUTER. IBM MAINFRAME.Data Division. WORKING-STORAGE SECTION.  01 BRUTTO-GEHALT PIC 9(5)V99.  01 NETTO-GEHALT PIC 9(5)V99.Procedure Division. BEGIN.  MOVE 5000 TO BRUTTO-GEHALT.  COMPUTE NETTO-GEHALT = BRUTTO-GEHALT * 0.80.  DISPLAY 'NETTO GEHALT: ' NETTO-GEHALT.  STOP RUN.

b)

2. Ergänzen das vorherige Programm so, dass es ein Feld für ZUSCHLAG einführt. Der Zuschlag soll zum Brutto-Gehalt hinzugefügt werden, bevor die Steuer berechnet wird. Der Zuschlag beträgt 500:

• Füge in der Data Division die Variable 01 ZUSCHLAG PIC 9(5)V99. hinzu.
• Ändere die Procedure Division wie folgt:

 ' Procedure Division. BEGIN.     MOVE 5000 TO BRUTTO-GEHALT.     MOVE 500 TO ZUSCHLAG.     ADD ZUSCHLAG TO BRUTTO-GEHALT GIVING BRUTTO-GEHALT.     COMPUTE NETTO-GEHALT = BRUTTO-GEHALT * 0.80.     DISPLAY 'NETTO GEHALT: ' NETTO-GEHALT.     STOP RUN. '

Teste das Programm und erkläre, welches Endergebnis Du erwartest.

Lösung:

Lass uns das COBOL-Programm anpassen und das neue Feld ZUSCHLAG hinzufügen. Danach werden wir die Änderungen im Programm beschreiben und schließlich das erwartete Endergebnis analysieren.

• Updated Identification Division:

'Identification Division. PROGRAM-ID. GEHALTSPROGRAMM. AUTHOR. MAX MUSTERMANN.'

Updated Environment Division:

'Environment Division. CONFIGURATION SECTION. SOURCE-COMPUTER. IBM MAINFRAME.'

Updated Data Division:

'Data Division. WORKING-STORAGE SECTION. 01 BRUTTO-GEHALT PIC 9(5)V99. 01 ZUSCHLAG PIC 9(5)V99. 01 NETTO-GEHALT PIC 9(5)V99.'

Updated Procedure Division:

'Procedure Division. BEGIN. MOVE 5000 TO BRUTTO-GEHALT. MOVE 500 TO ZUSCHLAG. ADD ZUSCHLAG TO BRUTTO-GEHALT GIVING BRUTTO-GEHALT. COMPUTE NETTO-GEHALT = BRUTTO-GEHALT * 0.80. DISPLAY 'NETTO GEHALT: ' NETTO-GEHALT. STOP RUN.'

Erklärung der Änderungen:

• In der Data Division haben wir die Variable ZUSCHLAG PIC 9(5)V99 hinzugefügt. Diese Variable speichert den Zuschlag.
• In der Procedure Division haben wir folgende Änderungen gemacht:
• MOVE 5000 TO BRUTTO-GEHALT. - Das Brutto-Gehalt wird auf 5000 gesetzt.
• MOVE 500 TO ZUSCHLAG. - Der Zuschlag wird auf 500 gesetzt.
• ADD ZUSCHLAG TO BRUTTO-GEHALT GIVING BRUTTO-GEHALT. - Der Zuschlag wird zum Brutto-Gehalt hinzugefügt und das Ergebnis wieder in BRUTTO-GEHALT gespeichert. Das neue Brutto-Gehalt beträgt also 5000 + 500 = 5500.
• COMPUTE NETTO-GEHALT = BRUTTO-GEHALT * 0.80. - Das Netto-Gehalt wird berechnet, indem 20% Steuer vom neuen Brutto-Gehalt (5500) abgezogen werden. Das ergibt 5500 * 0.80 = 4400.
• DISPLAY 'NETTO GEHALT: ' NETTO-GEHALT. - Das berechnete Netto-Gehalt (4400) wird ausgegeben.
• STOP RUN. - Das Programm wird beendet.

Erwartetes Endergebnis:

Das Programm berechnet das Netto-Gehalt, indem es zuerst den Zuschlag zum Brutto-Gehalt hinzufügt und dann die Steuer abzieht. Der endgültige Wert des Netto-Gehalts, der angezeigt wird, ist 4400.

Aufgabe 3)

Der folgende JCL-Code beschreibt einen Job, der eine einfache Datenverarbeitungsprozedur durchführt:

 //MYJOB JOB (ACCOUNT),'PROGRAM INFORMIEREN',CLASS=A, MSGCLASS=A, MSGLEVEL=(1,1) //STEP1 EXEC PGM=MYPROG //INPUT DD DSN=MY.DATA,DISP=SHR //OUTPUT DD DSN=MY.RESULT,DISP=(NEW,CATLG,DELETE),UNIT=SYSDA,SPACE=(CYL,(10,5)), DCB=(RECFM=FB,LRECL=80,BLKSIZE=8000) 

Basierend auf diesem Code beantworte die folgenden Fragen:

a)

1. Beschreibe die Funktion jedes Statements:

• //MYJOB JOB (ACCOUNT),'PROGRAM INFORMIEREN',CLASS=A, MSGCLASS=A, MSGLEVEL=(1,1): Erläutere die Bedeutung der Parameter in diesem JOB-Statement.
• //STEP1 EXEC PGM=MYPROG: Erläutere, was dieses EXEC-Statement tut und welche Aufgabe das Programm MYPROG hat.
• //INPUT DD DSN=MY.DATA,DISP=SHR: Beschreibe die Funktion dieses DD-Statements und die Bedeutung der Parameter DSN und DISP.
• //OUTPUT DD DSN=MY.RESULT,DISP=(NEW,CATLG,DELETE),UNIT=SYSDA,SPACE=(CYL,(10,5)), DCB=(RECFM=FB,LRECL=80,BLKSIZE=8000): Erkläre ausführlich die Bedeutung dieser DD-Statement-Parameter, insbesondere DISP, UNIT, SPACE und DCB.

Lösung:

1. Beschreibe die Funktion jedes Statements:

• //MYJOB JOB (ACCOUNT),'PROGRAM INFORMIEREN',CLASS=A, MSGCLASS=A, MSGLEVEL=(1,1): Dieses JOB-Statement definiert einen Batch-Job. Die Parameter bedeuten: - (ACCOUNT): Konto-ID oder Jobkonto, unter dem dieser Job ausgeführt wird. - 'PROGRAM INFORMIEREN': Eine Beschreibung oder ein Kommentar zu diesem Job. - CLASS=A: Die Jobklasse, die verwendet wird, um den Ressourcenbedarf und die Priorität des Jobs anzugeben. - MSGCLASS=A: Gibt die Nachrichtenklasse an, die für die Ausgabeprotokollierung verwendet wird. - MSGLEVEL=(1,1): Bestimmt das Detaillierungsgrad der Nachrichten, die im Jobprotokoll erscheinen.
• //STEP1 EXEC PGM=MYPROG: Dieses EXEC-Statement führt einen Programmschritt aus. - PGM=MYPROG: Gibt an, dass das Programm MYPROG ausgeführt werden soll.
• //INPUT DD DSN=MY.DATA,DISP=SHR: Dieses DD-Statement definiert eine Eingabedatenquelle für den Job. - DSN=MY.DATA: Gibt den Datensatznamen der Eingabedatei an. - DISP=SHR: Gibt an, dass der Datensatz gemeinsam genutzt werden kann (Shared).
• //OUTPUT DD DSN=MY.RESULT,DISP=(NEW,CATLG,DELETE),UNIT=SYSDA,SPACE=(CYL,(10,5)), DCB=(RECFM=FB,LRECL=80,BLKSIZE=8000): - DSN=MY.RESULT: Bestimmt den Namen des Ausgabedatensatzes. - DISP=(NEW,CATLG,DELETE): Der Datensatz wird neu erstellt (NEW), nach der Jobausführung katalogisiert (CATLG) oder im Fehlerfall gelöscht (DELETE). - UNIT=SYSDA: Bestimmt die Gerätetypklasse (hier: ein Direktzugriffspeichergerät). - SPACE=(CYL,(10,5)): Reserviert Speicherplatz für den Datensatz in Zylindern (10 primäre, 5 sekundäre Zylinder). - DCB=(RECFM=FB,LRECL=80,BLKSIZE=8000):   - RECFM=FB: Definiert das Rekordformat als fixierte Blocked (FB).   - LRECL=80: Gibt die Rekordlänge von 80 Zeichen an.   - BLKSIZE=8000: Bestimmt die Blockgröße von 8000 Bytes.

b)

2. Angenommen, der Job MYJOB benötigt eine Anpassung, um eine zusätzliche Datenquelle zu verarbeiten. Füge ein neues DD-Statement hinzu, um die Daten von der neuen Quelle 'NEW.DATA' unter Benutzung derselben DISP-Einstellungen wie für 'MY.DATA' zu verarbeiten. Dabei sollen die ACCESS-Methode und der Dateiname angepasst werden:

 //STEP1 REWRITE.PGM=MYPROG //NEWINPUT DD DSN=NEW.DATA,DISP=SHR 

Beschreibe, wie das neue DD-Statement in den bestehenden Code integriert werden kann und erläutere die möglichen Auswirkungen auf die Job-Ausführung.

Lösung:

2. Angenommen, der Job MYJOB benötigt eine Anpassung, um eine zusätzliche Datenquelle zu verarbeiten. Füge ein neues DD-Statement hinzu, um die Daten von der neuen Quelle 'NEW.DATA' unter Benutzung derselben DISP-Einstellungen wie für 'MY.DATA' zu verarbeiten. Dabei sollen die ACCESS-Methode und der Dateiname angepasst werden:

 //STEP1 REWRITE.PGM=MYPROG //NEWINPUT DD DSN=NEW.DATA,DISP=SHR 

Um das neue DD-Statement in den bestehenden JCL-Code zu integrieren, fügen wir das neue Eingabe-Statement direkt nach dem bestehenden //INPUT DD-Statement hinzu. Der angepasste JCL-Code würde wie folgt aussehen:

 //MYJOB JOB (ACCOUNT),'PROGRAM INFORMIEREN',CLASS=A, MSGCLASS=A, MSGLEVEL=(1,1) //STEP1 EXEC PGM=MYPROG //INPUT DD DSN=MY.DATA,DISP=SHR //NEWINPUT DD DSN=NEW.DATA,DISP=SHR //OUTPUT DD DSN=MY.RESULT,DISP=(NEW,CATLG,DELETE),UNIT=SYSDA,SPACE=(CYL,(10,5)), DCB=(RECFM=FB,LRECL=80,BLKSIZE=8000) 

• //NEWINPUT DD DSN=NEW.DATA,DISP=SHR: Dieses Statement definiert den neuen Eingabedatensatz NEW.DATA mit denselben DISP-Einstellungen wie MY.DATA. Der Parameter DSN gibt den Datensatznamen der neuen Eingabequelle an, und DISP=SHR zeigt an, dass der Datensatz im Share-Modus verwendet wird.

Auswirkungen auf die Job-Ausführung:

• Erhöhte Komplexität der Datenverarbeitung: Da nun ein zusätzlicher Eingabedatensatz verarbeitet wird, muss das Programm MYPROG entsprechend darauf ausgelegt sein, zwei Eingabedatenquellen zu lesen und zu verarbeiten.
• Potenzielle Performance-Auswirkungen: Die Verarbeitung mehrerer Datensätze kann die Ausführungszeit des Jobs verlängern und zusätzliche Systemressourcen in Anspruch nehmen.
• Erhöhte Fehleranfälligkeit: Falls irgendwelche Zugriffsprobleme oder Dateninkonsistenzen zwischen den beiden Eingabequellen auftreten, könnten zusätzliche Fehler oder Warnungen während der Jobausführung generiert werden.

Aufgabe 4)

Optimierung von Abfragen und Leistung in DB2 und IMSDu arbeitest als Datenbankadministrator und hast die Aufgabe, die Abfrageleistung einer großen Datenbank zu optimieren, die auf DB2 und IMS läuft. Betrachte die folgenden Techniken zur Verbesserung der Datenbank-Performance und Reduzierung der Antwortzeiten:

• Indexierung: Nutzung von Indizes zur Beschleunigung von Suchvorgängen.
• Optimierungspläne: Analyse von SQL-Ausführungsplänen zur Identifikation von Ineffizienzen.
• Statistiken: Regelmäßige Aktualisierung von Datenbankstatistiken zur Unterstützung des Optimizers.
• Gedächtnisverwaltung: Optimale Verteilung des Hauptspeichers auf Pufferpools und Cache.
• Parallelverarbeitung: Nutzung von Parallelität für aufwändige Abfragen.
• Parameter-Tuning: Feineinstellung von Datenbankparametern für spezifische Workloads.
• Proaktive Überwachung: Einsatz von Monitoring-Tools zur frühzeitigen Erkennung und Beseitigung von Leistungsproblemen.
• Verbindungsverwaltung: Effizientes Management von Datenbankverbindungen und Transaktionen.

a)

Ein großer Anteil der Abfragen in Deiner Datenbank umfasst eine sehr große Tabelle mit Millionen von Datensätzen. Diese Abfragen benötigen eine lange Zeit zur Ausführung. Beschreibe detailliert, wie Du Indizierung verwenden würdest, um die Suchvorgänge zu beschleunigen. Erkläre dabei die verschiedenen Arten von Indizes in DB2 und deren jeweilige Vor- und Nachteile.

Lösung:

Verwendung von Indizierung zur Beschleunigung von Suchvorgängen in DB2

Zur Optimierung von Abfragen, die eine große Tabelle mit Millionen von Datensätzen durchsuchen, bietet sich die Technik der Indizierung an. Mit Indizierung kann die Suchleistung signifikant verbessert werden, indem der Datenbank-Optimizer auf strukturierte Wege gelenkt wird, um die benötigten Daten schneller zu finden.

Hier sind die Schritte zur Anwendung von Indizierung sowie eine Beschreibung der verschiedenen Arten von Indizes in DB2:

Arten von Indizes in DB2 und deren Vor- und Nachteile

• Unique Index (Eindeutiger Index): Dieser Index stellt sicher, dass alle Werte in der indizierten Spalte eindeutig sind.
• Vorteile: Garantiert die Datenintegrität, indem doppelte Datensätze verhindert werden. Verbessert die Leistung von Suchvorgängen und Verknüpfungen.
• Nachteile: Kann beim Einfügen oder Aktualisieren von Datensätzen eine Performance-Overhead verursachen, da die Eindeutigkeit überprüft werden muss.
• Non-Unique Index (Nicht-eindeutiger Index): Dieser Index ermöglicht doppelte Werte in der indizierten Spalte.
• Vorteile: Verbessert die Abfrageleistung, insbesondere bei Suchvorgängen und Verknüpfungen, ohne die Overheads der Eindeutigkeitsprüfung.
• Nachteile: Bietet keine Datenintegritätssicherung.
• Composite Index (Kompositindex): Ein Index, der auf mehrere Spalten einer Tabelle angewendet wird.
• Vorteile: Besonders nützlich für Abfragen, die mehrere Spalten in der WHERE-Klausel verwenden. Kann die Leistung von OLAP-Abfragen erheblich steigern.
• Nachteile: Muss gut durchdacht sein; falsche Wahl von Spalten kann die Indexgröße erhöhen und die Leistung verschlechtern.
• Clustered Index (Clustered Index): Diese Art von Index sortiert die physische Datenlage der Tabelle gemäß der Reihenfolge der indizierten Spalten.
• Vorteile: Kann Abfragen, die Bereichssuchen durchführen, stark beschleunigen. Optimiert die Leistung von Joins, die die indizierten Spalten verwenden.
• Nachteile: Da es nur einen solchen Index pro Tabelle geben kann, muss die Entscheidung weise getroffen werden. Das Einfügen, Löschen und Aktualisieren von Daten kann teurer werden, da die physische Reihenfolge beibehalten werden muss.
• Bitmap Index (Bitmap-Index): Ein spezieller Indextyp, der Bitmaps zur Abbildung der Datensätze verwendet.
• Vorteile: Sehr effizient für Spalten mit geringer Kardinalität. Bitmap-Indizes können über verschiedene Spalten hinweg kombiniert werden, um komplexe Abfragen zu erleichtern und die Leistung zu optimieren.
• Nachteile: Weniger geeignet für Tabellen mit vielen Schreibvorgängen, da jede Änderung in der Datenzeile mehrere Einträge im Bitmap-Index beeinflusst.

Praktische Anwendung der Indizierung

Um die Abfrageleistung der großen Tabelle zu verbessern, sollten folgende Schritte berücksichtigt werden:

1. Analyse der Abfragen: Untersuche die Abfragen, die auf die Tabelle zugreifen, und identifiziere die Spalten, die häufig in WHERE-Klauseln, JOIN-Bedingungen oder ORDER BY-Klauseln verwendet werden.
2. Indexierungsstrategie: Wähle geeignete Indextypen basierend auf den Analyseergebnissen:

• Verwende Unique Indices für Schlüsselspalten.
• Erstelle Composite Indices für häufig verwendete Spaltenkombinationen.
• Nutze Clustered Indices, wenn Bereichssuchen häufig vorkommen.

Implementierung: Definiere die Indizes in der Datenbank mithilfe von SQL DDL-Befehlen:

 CREATE UNIQUE INDEX idx_unique ON table_name(column_name);  CREATE INDEX idx_composite ON table_name(column1, column2);  CREATE CLUSTERED INDEX idx_clustered ON table_name(column_name); 

Regelmäßige Überwachung und Pflege: Überwache die Leistung kontinuierlich und aktualisiere oder reorganisiere die Indizes bei Bedarf. Führe regelmäßig STATISTICS COLLECTION durch, um den Optimizer zu unterstützen.

Durch die sorgfältige Auswahl und Implementierung von Indizes kannst Du die Abfrageleistung Deiner Datenbank erheblich verbessern und die Antwortzeiten reduzieren.

b)

Du hast bemerkt, dass einige Abfragen extrem ineffizient sind und eine hohe CPU-Auslastung verursachen. Beschreibe, wie Du SQL-Ausführungspläne analysieren würdest, um ineffiziente Abfragen zu identifizieren und zu optimieren. Welche Werkzeuge stehen Dir hierfür zur Verfügung und welche Schritte würdest Du unternehmen?

Lösung:

Analyse von SQL-Ausführungsplänen zur Optimierung ineffizienter Abfragen

Als Datenbankadministrator ist es Deine Aufgabe, ineffiziente Abfragen zu identifizieren und zu optimieren, insbesondere wenn diese eine hohe CPU-Auslastung verursachen. Dazu ist die Analyse von SQL-Ausführungsplänen unerlässlich. Hier sind die Schritte, die Du unternehmen würdest, sowie die Werkzeuge, die Dir zur Verfügung stehen:

Werkzeuge zur Analyse von SQL-Ausführungsplänen

• DB2 EXPLAIN: Dieses Werkzeug ermöglicht es Dir, den Ausführungsplan einer SQL-Abfrage zu generieren, ohne die Abfrage tatsächlich auszuführen.
• Optimierungsprofile: Diese können verwendet werden, um den Optimizer dazu zu zwingen, bestimmte Access Paths zu wählen.
• SQL Performance Analyzer: Ein Tool zur detaillierten Analyse der Ausführungsleistung von SQL-Abfragen.
• Performance Monitor: Tools wie IBM Data Server Manager bieten Echtzeitüberwachung und historische Datenanalyse, um problematische Abfragen zu identifizieren.

Schritte zur Analyse und Optimierung von SQL-Ausführungsplänen

1. Identifikation der ineffizienten Abfragen: Nutze Performance-Monitoring-Tools, um Abfragen zu identifizieren, die eine ungewöhnlich hohe CPU-Auslastung oder lange Ausführungszeiten aufweisen.
2. Generierung des Ausführungsplans: Verwende das DB2 EXPLAIN-Tool, um den Ausführungsplan der identifizierten Abfragen zu generieren. Dies gibt Dir Einblick in die Access Paths, die der Optimizer gewählt hat.

 EXPLAIN PLAN FOR SELECT ... FROM ... WHERE ...; 

3. Analyse des Ausführungsplans: Analysiere die verschiedenen Teile des Ausführungsplans, um ineffiziente Schritte zu identifizieren. Achte dabei auf:

• Table Scans (Tabellenscans) anstelle von Index Scans
• Nested Loop Joins vs. Hash Joins oder Merge Joins
• Sort-Vorgänge oder unnötige Aggregationen

Ermittlung der Ursachen: Finde heraus, warum der Optimizer diese Entscheidungen getroffen hat. Mögliche Ursachen können sein:

• Fehlende oder veraltete Statistiken
• Fehlende oder ineffiziente Indizes
• Suboptimale SQL-Abfrageformulierung

Maßnahmen zur Optimierung: Ergreife gezielte Maßnahmen basierend auf Deiner Analyse:

• Indexierung: Erstelle oder optimiere Indizes, um die Abfrageleistung zu verbessern.
• Statistiken aktualisieren: Stelle sicher, dass die Statistiken aktuell sind, um dem Optimizer genauere Informationen zu geben.
• SQL-Abfrage optimieren: Passe die SQL-Abfrage an, um dem Optimizer bessere Hinweise zu geben. Dies könnte die Verwendung von Hints oder die Umstrukturierung der Abfrage beinhalten.
• Optimierungsprofile: Erstelle Optimierungsprofile, um den Optimizer zu steuern.

 RUNSTATS ON TABLE schema.table; 

 CREATE INDEX idx_optimierung ON schema.table(column); 

Neuvalidierung: Setze die optimierte Version der Abfrage ein und generiere den neuen Ausführungsplan, um sicherzustellen, dass die Änderungen die gewünschte Wirkung haben.

Monitoring: Überwache die Leistung der Abfrage kontinuierlich, um sicherzustellen, dass die Optimierungen nachhaltig sind. Passe die Optimierungsmaßnahmen bei Bedarf weiter an.

Durch die systematische Analyse und Optimierung von SQL-Ausführungsplänen kannst Du ineffiziente Abfragen identifizieren, die Abfrageleistung verbessern und die CPU-Auslastung reduzieren.

c)

Stelle Dir vor, dass die Aktualisierung von Datenbankstatistiken in Deiner Umgebung zu selten durchgeführt wird. Erkläre, warum regelmäßige Aktualisierungen der Statistiken wichtig sind, und beschreibe den Einfluss veralteter Statistiken auf den Optimierungsprozess. Welche Strategien würdest Du implementieren, um sicherzustellen, dass die Statistiken regelmäßig aktualisiert werden?

Lösung:

Wichtigkeit regelmäßiger Aktualisierungen der Datenbankstatistiken

Die regelmäßige Aktualisierung von Datenbankstatistiken ist entscheidend für die Effizienz des Optimierungsprozesses und die Gesamtleistung der Datenbank. Statistiken bieten dem Datenbank-Optimizer wesentliche Informationen über die Datenverteilung, Kardinalität und Verteilungsmuster in den Tabellen und Indizes. Diese Informationen helfen dem Optimizer, optimale Ausführungspläne für SQL-Abfragen zu generieren.

Einfluss veralteter Statistiken auf den Optimierungsprozess

Wenn die Statistiken veraltet sind, hat der Optimizer möglicherweise ungenaue oder veraltete Informationen, was zu suboptimalen Ausführungsplänen führt. Hier sind die negativen Konsequenzen, die durch veraltete Statistiken entstehen können:

• Suboptimale Indexauswahl: Der Optimizer könnte entscheiden, einen Full Table Scan durchzuführen, anstatt einen existierenden Index zu verwenden, wenn die Indexstatistik veraltet ist.
• Fehlerhafte Join-Strategien: Die Wahl einer unwirtschaftlichen Join-Methode wie Nested-Loop anstelle von Hash Join oder Merge Join könnte vorkommen.
• Ungenaue Kostenschätzungen: Veraltete Statistiken führen zu falschen Schätzungen der Kosten für verschiedene Ausführungspläne, was zu längeren Ausführungszeiten führt.
• Erhöhte Ressourcenverbrauch: Ineffiziente Pläne führen zu einer höheren Belastung der CPU, des Speichers und der I/O-Ressourcen, was sich negativ auf die Gesamtleistung des Systems auswirken kann.

Strategien zur regelmäßigen Aktualisierung der Statistiken

Um sicherzustellen, dass die Statistiken regelmäßig aktualisiert werden, kannst Du die folgenden Strategien implementieren:

1. Automatisierte Aufgabenplanung: Richte regelmäßige Wartungsaufgaben ein, um die Statistiken zu aktualisieren. Dies kann mithilfe von Skripten und Job-Scheduling-Tools erfolgen.

• Beispiel (DB2):

 RUNSTATS ON TABLE schema.table1 WITH DISTRIBUTION AND INDEXES ALL; RUNSTATS ON TABLE schema.table2 WITH DISTRIBUTION AND INDEXES ALL;

Adaptive Statistiken: Nutze adaptive Antwortverfahren, die automatisch feststellen, wann Statistiken veraltet sind und diese proaktiv aktualisieren.

Monitoring und Alerts: Implementiere Monitoring-Tools und Warnmeldungen, um den Zustand der Statistiken zu überwachen und Dich benachrichtigen zu lassen, wenn Aktualisierungen erforderlich sind.

Inkrementelle Aktualisierungen: Verwende inkrementelle Statistiksammlungen, um die Aktualisierung nur für stark veränderte Daten zu fokussieren, was weniger Ressourcen verbraucht.

Berücksichtigung des Workloads: Plane Aktualisierungen zu Zeiten geringerer Last, um die Auswirkungen auf die Benutzererfahrung zu minimieren.

Regelmäßige Überprüfung: Implementiere regelmäßige Überprüfungen zur Sicherstellung der Genauigkeit der Statistiken und passe die Häufigkeit der Aktualisierungen basierend auf den Ergebnissen an.

Durch eine regelmäßige und strategische Aktualisierung der Datenbankstatistiken stellst Du sicher, dass der Optimizer stets genaue Informationen hat, um effiziente Ausführungspläne zu erstellen, was insgesamt die Leistung der Datenbank verbessert.

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Die Nutzung von Parallelität kann die Leistung bei aufwändigen Abfragen wesentlich verbessern. Erkläre das Konzept der Parallelverarbeitung in DB2 und IMS und wie Du es zur Leistungssteigerung einsetzen würdest. Berechne dabei beispielhaft, wie sich die Antwortzeit einer Abfrage verändert, wenn Du die Parallelität von 1 auf 4 erhöhst. Angenommen, die ursprüngliche Antwortzeit der Abfrage beträgt 120 Sekunden und die Parallelitätssteigerung bringt eine ideale lineare Verbesserung.

Lösung:

Konzept der Parallelverarbeitung in DB2 und IMS

Die Parallelverarbeitung bezieht sich auf das Ausführen von Aufgaben gleichzeitig, anstatt nacheinander, um die Gesamtverarbeitungszeit zu reduzieren. In Datenbanken wie DB2 und IMS wird dieses Konzept genutzt, um aufwändige Abfragen effizienter zu machen, indem verschiedene Teile derselben Abfrage parallel auf mehreren Prozessoren oder Threads ausgeführt werden.

Anwendung der Parallelverarbeitung zur Leistungssteigerung

Um die Parallelverarbeitung in DB2 und IMS zur Leistungssteigerung zu nutzen, können folgende Schritte unternommen werden:

• Aktivierung und Konfiguration: Stelle sicher, dass die Parallelverarbeitungsoptionen in der Datenbank aktiviert sind. Dies kann durch Setzen spezifischer Parameter in der Datenbankkonfiguration erfolgen.

db2set DB2_PARALLEL_IO=YES db2 update db cfg for  using DFT_DEGREE ANY

Abfrageoptimierung: Strukturierte Abfragen so, dass sie von der Parallelverarbeitung profitieren können. Zum Beispiel könnten große Tabelle-Scans, JOIN-Operationen und Aggregationsberechnungen parallelisiert werden.

Ressourcenüberwachung: Überwache die Ressourcennutzung (CPU, Speicher, I/O), um sicherzustellen, dass genügend Ressourcen für die Parallelverarbeitung verfügbar sind und dass keine Ressourcenkonflikte auftreten.

Lastverteilung: Verteile die Last unter den verfügbaren Prozessoren gleichmäßig, um eine optimale Leistungssteigerung zu erreichen.

Berechnung der Leistungssteigerung durch Parallelverarbeitung

Angenommen, die ursprüngliche Antwortzeit der Abfrage beträgt 120 Sekunden bei einer Parallelität von 1. Wir erhöhen die Parallelität auf 4 und gehen von einer idealen linearen Verbesserung aus. Das bedeutet, dass die Abfragezeit durch den Parallelitätsfaktor geteilt wird.

• Ursprüngliche Antwortzeit: 120 Sekunden
• Parallelitätsstufe: 4
• Ideale lineare Verbesserung: Die Antwortzeit wird durch die Parallelitätsstufe geteilt.

Die neue Antwortzeit kann berechnet werden als:

Formel:

 Antwortzeit = ursprüngliche Antwortzeit / Parallelitätsstufe 

Einsetzen der Werte:

 Antwortzeit = 120 Sekunden / 4 = 30 Sekunden 

Ergebnis: Durch Erhöhung der Parallelität von 1 auf 4 reduziert sich die Antwortzeit der Abfrage von 120 Sekunden auf 30 Sekunden.

Diese Berechnung basiert auf der Annahme, dass die Parallelisierungssteigerung ideal und linear ist. In der Praxis können die tatsächlichen Leistungseinsparungen je nach Workload und Systemumgebung variieren. Regelmäßige Überwachung und Tuning sind erforderlich, um die optimale Leistung zu gewährleisten.