Como funciona o controle de transações e índices binários no sistema AS/400?

O sistema AS/400 utiliza um mecanismo robusto para garantir a integridade e a consistência dos dados armazenados em seu banco de dados integrado, por meio do controle de transações e da estruturação eficiente dos índices. Uma peça fundamental nesse processo é o mecanismo de journaling, que registra todas as alterações feitas no banco de dados, incluindo a identificação do programa e do trabalho, além das informações modificadas. Esses registros são imutáveis, não podendo ser atualizados ou apagados, o que assegura que todas as mudanças possam ser recuperadas caso haja necessidade de restauro ou auditoria.

No que tange aos índices, o AS/400 implementa o conceito de machine indexes, que são estruturas internas otimizadas para buscas rápidas e eficientes. Um índice, de forma geral, é uma organização de informações que facilita a localização rápida de entradas em uma tabela grande. O machine index foi desenvolvido já na concepção do System/38 para ser o índice mais eficiente possível, incorporado diretamente abaixo da camada MI. Isso permite que diversos componentes do sistema utilizem um índice padrão, evitando a criação redundante de índices.

Esses índices são aplicados em múltiplas áreas: buscas em tabelas, endereçamento de espaço, ordenação, manutenção do diário de transações (journal transaction list) e listas de chaves de commit (commit key list), entre outras. O armazenamento é feito em uma estrutura chamada árvore radix binária particionada, que permite um algoritmo de busca binária eficiente. Suas características incluem suporte a chaves de tamanho variável de até 2.048 bytes, minimização de falhas de página (page faults) e organização que favorece buscas genéricas para grupos relacionados de entradas.

Para entender a eficiência da busca binária aplicada nesses índices, podemos fazer uma analogia com o clássico jogo de adivinhação de números, onde o objetivo é descobrir um número escolhido entre 1 e 1.000, por exemplo, tentando adivinhar com o menor número de tentativas possível. A estratégia usada é a busca binária: começamos no valor médio do intervalo (512), e a cada tentativa recebemos uma indicação se o palpite é maior ou menor que o número escolhido. Com base nessa resposta, reduzimos o intervalo pela metade e repetimos o processo. Em no máximo 10 tentativas (logaritmo base 2 de 1.000), conseguimos descobrir o número.

Essa técnica é implementada no sistema através de uma árvore binária, na qual cada nó testa um bit do valor da chave, escolhendo o caminho a seguir conforme o bit seja 0 ou 1. O resultado é uma estrutura balanceada que permite a identificação rápida e precisa de qualquer entrada. No entanto, ao contrário de uma árvore binária completa, o AS/400 utiliza uma árvore radix binária, que otimiza a estrutura eliminando níveis desnecessários quando certas combinações de bits não correspondem a valores existentes, tornando a busca ainda mais eficiente e econômica em termos de espaço.

É importante notar que a eficiência do machine index reside não apenas na sua capacidade de realizar buscas rápidas, mas também na forma como ele gerencia o espaço ocupado pelo índice, minimizando operações custosas como falhas de página. Isso reflete uma preocupação do design do sistema em aliar rapidez a economia de recursos, fundamental para sistemas corporativos de grande porte onde a performance e a confiabilidade são cruciais.

A compreensão desses mecanismos é essencial para qualquer profissional que trabalhe com o AS/400 ou sistemas similares, pois revela a arquitetura subjacente que garante a integridade dos dados e a rapidez no acesso às informações. Além disso, entender como a busca binária e a estrutura de árvores radix binárias funcionam abre portas para otimizações e diagnósticos mais profundos de desempenho, ajudando a tomar decisões mais informadas sobre a configuração e o uso do sistema.

Adicionalmente, é crucial reconhecer que o controle de transações e os índices não atuam isoladamente, mas sim como parte de um ecossistema integrado de gerenciamento de dados. O journaling, por exemplo, permite auditoria e recuperação, enquanto o gerenciamento de bloqueios garante que concorrências sejam tratadas adequadamente, evitando inconsistências. Por fim, o design do machine index reflete uma filosofia que busca reutilizar componentes internos otimizados para múltiplas funções, favorecendo a uniformidade e a manutenção do sistema.

Como o AS/400 utiliza árvores radix binárias para implementar índices de máquina

O sistema AS/400 emprega árvores radix binárias para a implementação eficiente dos índices de máquina, especialmente em arquivos ordenados por campos-chave. Considere um arquivo simples contendo nove registros, onde a ordenação original é pela sequência de chegada, e um dos campos — o nome — é utilizado como chave para indexação. O índice correspondente, ordenado alfabeticamente pelos nomes, armazena apenas duas informações por entrada: a chave e o endereço lógico do registro, que indica a posição relativa deste no arquivo original, começando em zero.

O endereço lógico pode variar conforme a aplicação do índice dentro do AS/400. Por exemplo, em segmentos de índices de espaços de dados, o endereço relativo pode conter o número do espaço de dados, a identificação do segmento e a posição ordinal da entrada, garantindo a unicidade do registro associado à chave.

Para construir a árvore radix binária, cada chave do índice é representada em memória como uma sequência de bits, obtida a partir da codificação EBCDIC dos caracteres, convertidos para hexadecimal e depois para binário. A construção da árvore ocorre adicionando uma chave por vez, sempre identificando, da esquerda para a direita, o primeiro bit que difere daquelas já presentes na árvore. Esse bit determina o ramo pelo qual o caminho da árvore seguirá, à esquerda para bit zero, à direita para bit um.

No exemplo da inclusão dos nomes "Baker" e "Barns", o primeiro bit que os diferencia é o quinto bit do terceiro byte. Assim, a árvore cria um nó de teste para esse bit e coloca cada nome em um terminal correspondente, contendo o texto remanescente da chave e o endereço lógico. Ao inserir um terceiro nome, "Carson", o bit que o distingue dos anteriores é o oitavo do primeiro byte, criando um novo nó de teste na raiz da árvore.

Na busca por uma chave inexistente, o percurso termina em um nó terminal cujo texto deve ser comparado à chave buscada para confirmar a ausência. Manter o texto nas folhas permite detectar colisões, pois múltiplas chaves podem percorrer o mesmo caminho na árvore até o último nó.

A remoção de uma entrada é simples: localiza-se o nó terminal, exclui-se este, retorna-se ao nó de teste pai e também o remove, mantendo a consistência da árvore.

Além da compreensão técnica do funcionamento da árvore radix binária, é fundamental perceber a eficiência desta estrutura para sistemas de banco de dados integrados, como o AS/400, onde o acesso rápido e ordenado aos dados é essencial para o desempenho. A árvore radix binária não apenas facilita a busca e inserção, mas também assegura que a ordem lógica das chaves seja preservada sem operações custosas de reordenação física.

É importante destacar que, apesar da complexidade aparente da representação em bits, o algoritmo é projetado para avançar sempre da esquerda para a direita no exame das chaves, o que evita retrocessos no percurso da árvore e simplifica a lógica de navegação e manutenção.

O entendimento dessa estrutura também abre caminho para explorar variações e otimizações em índices, como árvores B+ e outras formas de índices compactos e eficientes, fundamentais para sistemas de banco de dados modernos. A abordagem binária e bit a bit da árvore radix pode ser vista como uma base para compreender como sistemas de banco de dados lidam com índices em ambientes com grandes volumes de dados e alta demanda por desempenho.

O Conceito de Memória Virtual e Seu Impacto no Projeto do Sistema AS/400

Esse ambiente, longe de ser ideal, contribuiu significativamente para o desenvolvimento do Sistema/38, uma das maiores inovações da IBM. A ideia por trás da criação do Sistema/38 estava em possibilitar o uso de uma plataforma de computação que fosse robusta e ao mesmo tempo adaptável às necessidades dos usuários. A organização do espaço refletia a natureza inovadora e, ao mesmo tempo, desorganizada do processo criativo. O conceito de isolamento da equipe de desenvolvimento foi fundamental, pois permitiu uma maior autonomia, livre de interferências externas.

Porém, foi com o conceito de memória virtual que o Sistema/38 começou a se destacar. Este conceito, na verdade, remonta aos primeiros passos da computação moderna e foi decisivo para a criação de sistemas mais eficientes, como o AS/400. A memória virtual teve sua origem na década de 1960, com a criação do computador Atlas, projetado em Manchester, na Inglaterra. O problema enfrentado pelos programadores da época era o custo elevado da memória principal, o que limitava a capacidade de execução dos programas mais complexos. Para contornar essa limitação, surgiu a ideia de dividir um programa em pedaços menores e armazenar esses pedaços em discos magnéticos ou tambores. Porém, esse processo gerava uma enorme carga de trabalho para os programadores, que precisavam gerenciar manualmente a movimentação de dados entre a memória principal e os dispositivos de armazenamento.

Foi a introdução da memória virtual que proporcionou uma verdadeira revolução. Essa técnica permitia que os programadores trabalhassem como se estivessem lidando com uma memória muito maior do que realmente existia no computador, sem precisar se preocupar com a movimentação dos dados entre a memória principal e os dispositivos de armazenamento. A memória virtual permitia que o sistema operacional gerenciasse automaticamente essa movimentação, tornando o trabalho do programador muito mais eficiente.

A técnica de memória virtual foi inicialmente utilizada no sistema de timesharing, que permitia que múltiplos usuários compartilhassem um único computador central. O conceito de timesharing evoluiu a partir dos sistemas de multiprogramação, que dividiam a memória do computador em várias partes, alocando um programa para cada uma dessas divisões. No entanto, com o advento dos sistemas interativos, que permitiam a comunicação em tempo real com os usuários, a necessidade de gerenciar múltiplos programas de forma eficiente tornou-se ainda mais crítica. Foi aí que a memória virtual mostrou sua verdadeira força.

A implementação da memória virtual no AS/400 foi crucial para o sucesso da plataforma. Ela não apenas possibilitou a execução de múltiplos programas simultaneamente, como também garantiu que o sistema tivesse uma resposta rápida, mesmo quando sobrecarregado. Isso significava que o AS/400 poderia suportar um grande número de usuários ao mesmo tempo, proporcionando a cada um deles um ambiente de trabalho separado e isolado, sem a necessidade de compartilhamento de dados entre eles.

Além de tudo isso, é importante destacar que o sucesso da implementação da memória virtual no AS/400 não se deu apenas pela aplicação técnica da tecnologia. Ele também envolveu uma visão estratégica, que foi capaz de aproveitar ao máximo as limitações do hardware e transformá-las em uma vantagem competitiva. Esse processo, que exigiu tanto a adaptação ao ambiente quanto a inovação em termos de arquitetura de sistemas, é um exemplo claro de como a superação das dificuldades pode levar a uma grande inovação.

Como os Objetos São Endereçados na Arquitetura do Sistema AS/400

Na arquitetura do AS/400, a distinção entre memória e armazenamento em disco não é feita a um nível superior ao MI (Machine Interface). O sistema operacional OS/400 trata apenas de objetos, seus nomes e seus conteúdos públicos. O MI lida com esses objetos como decomposições dos objetos do OS/400, identificando-os por seus identificadores (ponteiros). Ao nível do MI, os objetos não possuem uma localização fixa, mas podem ser acessados através de seu nome e tipo, sendo a biblioteca opcional, uma vez que a lista de bibliotecas será consultada caso a biblioteca não seja especificada. O nome do objeto é rapidamente mapeado para um endereço virtual. Esse endereço é armazenado na biblioteca que contém o objeto, e carregado em um ponteiro como parte do processo de resolução do endereço.

Quando um objeto precisa ser modificado ou referenciado, ou quando as instruções de um programa devem ser executadas, ele precisa ser trazido para a memória. Esse processo ocorre abaixo do nível do MI, já que o MI não faz distinção entre memória e disco. O movimento entre memória e disco pode ser imaginado de duas maneiras: uma visão é que todos os objetos parecem estar na memória, e quando a memória física não é suficiente, uma parte do objeto é trazida e substitui outra parte que não está sendo utilizada. Outra visão é que a memória funciona como uma série de telas que permitem visualizar a grande quantidade de objetos armazenados. O processo de trazer páginas de volta para a memória pode ser comparado à troca de vistas nas telas.

A memória é composta por "quadros de página", que são as unidades de memória usadas para armazenar páginas. Nos sistemas IMPI, esses quadros possuem 512 bytes, enquanto em sistemas PowerPC são de 4 kilobytes (4.096 bytes). Esses quadros, ou "páginas", correspondem a páginas armazenadas no disco. Um endereço virtual de um objeto implica uma página no disco, e essa página tem o mesmo tamanho do quadro de página na memória. A virtualização do endereço pode indicar qualquer byte dentro dessa página, o que significa que um grande objeto pode ocupar várias páginas, e por design, uma página nunca pode conter partes de mais de um objeto.

No contexto de sistemas compartilhados, uma página que foi carregada na memória por um processo pode ser reutilizada por outro. Se vários usuários estiverem acessando um índice, por exemplo, parte ou toda a página desse índice pode estar na memória, o que reduz significativamente o tempo de espera para acessar dados que já foram carregados. Em sistemas convencionais com menos compartilhamento, um novo índice teria que ser carregado mesmo que já existisse uma cópia na memória.

Em sistemas que utilizam segurança C2, como parte do processo de tradução, o hardware também consulta um buffer específico, o Segment Lookaside Buffer (SLB), antes de acessar a tabela de páginas. Isso resulta em uma tradução de endereço em três etapas: de efetivo para virtual e, em seguida, para real. Quando uma falha de página ocorre, o sistema usa outro tipo de endereço, conhecido como "endereço de armazenamento direto", para comunicar-se com dispositivos externos. Esses endereços, que começam com o valor hexadecimal 801, são usados para transmitir mensagens ao processador de I/O para buscar a página no disco.

Quando uma página é trazida do disco para a memória, ela substitui uma página que não foi recentemente acessada. Para controlar isso, bits especiais de referência são usados para marcar as páginas sempre que são acessadas, e páginas modificadas são marcadas para que, quando substituídas, sejam gravadas de volta ao disco.

A memória no AS/400 contém tanto instruções de programa quanto dados e ponteiros. Dados, neste caso, se referem a tudo que não são instruções executáveis nem ponteiros, como objetos do sistema operacional OS/400 ou partes de objetos de programas que não são executáveis. A diferença entre falhas de página de banco de dados e não-banco de dados é relevante aqui, pois as falhas de banco de dados referem-se estritamente a arquivos físicos e lógicos, enquanto as falhas não-banco de dados se aplicam a outros tipos de objetos.

Como a Falta de Liderança Visionária e a Intervenção de Tom Furey Salvou a IBM em um Momento Crítico

No início dos anos 80, a divisão de sistemas de computador da IBM em Rochester estava em um momento crítico. Sem uma liderança visionária, a companhia via seus sistemas falharem diante da concorrência crescente. A perda de um líder como Glenn, que já havia se afastado, e a morte de Ray, antes de ver o impacto completo do seu sistema, deixaram um vazio difícil de preencher. No entanto, foi justamente em um momento de incerteza que surgiu uma figura inesperada, que salvaria a divisão: Tom Furey.

Furey era um vendedor nato, com profundo entendimento das operações internas da IBM. Sua habilidade para convencer os principais executivos de que os sistemas de Rochester eram estratégicos para o futuro da empresa foi fundamental. Ele não só mobilizou os esforços internos para o lançamento de um novo sistema, mas também soube transformar a organização. De um modelo centrado em produto, Furey converteu Rochester em uma organização voltada para o mercado, algo que mais tarde resultaria em um prêmio prestigioso, o Malcolm Baldrige National Quality Award.

Furey não era um líder técnico no sentido clássico, como outros antes dele, mas sua liderança foi reconhecida apenas em retrospectiva. Ele conseguiu dar à equipe a confiança necessária para lançar o AS/400, um sistema que muitos consideravam uma evolução do anterior System/38. Na verdade, Tom nunca falou sobre o AS/400 como um simples refinamento do seu predecessor, mas como um produto novo, revolucionário, e isso ajudou a criar uma base de clientes altamente leal.

O lançamento comercial do AS/400, com sua grande visibilidade, foi uma das maiores realizações de Tom Furey dentro da IBM. Ele orquestrou um lançamento que colocou o sistema no centro do mercado comercial multiusuário, marcando um novo capítulo na história da IBM. Após esse feito, Furey seguiu para outras áreas da companhia, como o desenvolvimento do banco de dados DB/2 e a gestão de computação cliente/servidor, sempre com o foco na inovação e na adaptação às necessidades do mercado.

Este episódio histórico ilustra uma realidade muitas vezes negligenciada no mundo corporativo: a importância da liderança estratégica e da capacidade de adaptação, não apenas do ponto de vista técnico, mas também em termos de visão de mercado e mobilização interna. A visão de Furey não foi apenas a de um "vendedor" de sistemas, mas a de alguém que compreendeu profundamente o mercado, as necessidades dos clientes e a capacidade da IBM de se reinventar.

A narrativa dessa virada na IBM não é apenas uma lição de resiliência corporativa. Ela nos ensina que em momentos de crise, uma liderança visionária, mesmo que não seja técnica, pode ser o fator determinante para a sobrevivência e o sucesso de uma organização. É fundamental compreender que as empresas, especialmente as de grande porte como a IBM, não sobrevivem apenas pela qualidade técnica dos produtos, mas também pela capacidade de antecipar e responder às mudanças no mercado e nas necessidades de seus clientes.

O sucesso do AS/400, embora se baseasse em um sistema robusto e bem projetado, foi, em grande parte, o resultado da decisão estratégica de Tom Furey de colocar o cliente no centro do processo de desenvolvimento. Esse movimento de envolver diretamente os clientes, ouvir suas necessidades e priorizar suas expectativas foi uma das chaves para o sucesso do produto. O sistema AS/400, que poderia ter sido apenas mais uma máquina no vasto portfólio da IBM, tornou-se um ícone de sucesso justamente porque refletiu a transformação de uma empresa voltada para o produto em uma organização voltada para o mercado.

No contexto atual, essa lição continua sendo válida. Em tempos de inovação acelerada e competição acirrada, a capacidade de adaptação e a visão estratégica são elementos essenciais. A liderança, portanto, não se limita ao domínio técnico, mas envolve também a habilidade de tomar decisões que antecipem as necessidades do mercado e integrem as vozes dos clientes no processo de criação e evolução dos produtos. Empresas que entendem isso têm mais chances de prosperar e se manter relevantes, mesmo em face da incerteza.