Clustering/Deutsche Börse Systems AG verarbeitet zwölf Millionen Transaktionen pro Tag

Mainframe-Cluster für Bullen und Bären

26.10.2001
Für die Verarbeitung der Handelsdaten setzt die Deutsche Börse AG auf ein Großrechner-Cluster. Geschäftskritisch sind dabei die extreme Skalierbarkeit des Systems für Spitzenlasten und der unterbrechungsfreie Betrieb. Von Hubert Rasig*

Mit bis zu zwölf Millionen Transaktionen pro Börsentag, einer 100-prozentigen Auslastung der Rechner in Spitzenzeiten sowie der Echtzeitverarbeitung und -bereitstellung der Handelsdaten sind die Anforderungen an die Server-Architektur der Deutsche Börse Systems AG hoch gesteckt: Der interne IT-Dienstleister der Deutschen Börse betreibt in Frankfurt einen Parallel-Sysplex-Cluster aus zwei IBM "z900"-Mainframes mit jeweils 16 Prozessoren. Die gesamte Rechenleistung erreicht rund 4000 MIPS (Million Instructions per Second), die Datenvolumina der Produktions- und Testsysteme liegen bei insgesamt etwa 7 Terabyte.

Kontinuierlich wachsende Transaktionszahlen und die Verfügbarkeit der (damals) neuen CMOS-Technologie führten zur Jahresmitte 1997 zur Ablösung der wassergekühlten ECL-Mainframes. Neben dem Wechsel vom Betriebssystem MVS auf OS/390 stand die Einführung eines Parallel-Sysplex-Clusters im Vordergrund. "Wir stießen mit einer einzigen LPAR (Logical Partition) immer öfter an Kapazitätsgrenzen", erinnert sich Gerd Henne, Leiter des Mainframe-Betriebs bei der Deutschen Börse Systems AG.

Sysplex-Cluster mit Data SharingBereits im Februar 1998 standen zwei LPARs im Sysplex-Cluster für die Produktion zur Verfügung. Hinzu kam nahezu zeitgleich eine weitere logische Partition für Logon/Logoff im Netz. Die zweite Produktions-LPAR stand damit für File-Transfer und Batch-Verarbeitung sowie für die Systempflege zur Verfügung. Zwei Monate später startete Henne den Betrieb der ersten IMS-Datenbanken im Share-Level 3, das einem kompletten Sharing der Datenbanken entspricht.

Wegen anwendungsspezifischer Leistungsengpässe mussten allerdings die Börsenanwendungen für ein komplettes Sharing zweigeteilt werden. Nur auf diese Weise konnten hinreichend kurze Antwortzeiten erzielt werden. So entstand im Dezember 2000 eine zentrale Anwendung für den Standort Frankfurt; in einer zweiten Applikation wickelt die Börse seitdem die Daten- und Transaktionsverarbeitung für die angeschlossenen Regionalbörsen ab. "Auf diesem Weg können wir auch bei Ausfall eines Systems den unterbrechungsfreien Betrieb für den jeweils anderen Anwendungsteil sicherstellen", erklärt Henne.

Zur Jahresmitte 2001 wurde die sechste S/390-Generation durch zwei z900-Server abgelöst, die nun erstmals nicht mehr voll ausgelastet werden. "Die technologischen Voraussetzungen erlauben es uns, derzeit nur zehn der insgesamt 16 Prozessoren in jeder Maschine zu nutzen - mit dem klaren Vorteil, dass wir auf wachsende Rechenlasten jederzeit flexibel reagieren können", erläutert der IT-Manager die Skalierbarkeit der komplett redundant ausgelegten Sysplex-Installation.

Auf drei LPARs laufen heute drei IMS- und zwei DB2-Datenbanken im Mixed Mode. Hinzu kommen zwei Netz-LPARs, zwei Partitionen für Testzwecke sowie zwei für die Wartung. Seit kurzem sind darüber hinaus zwei weitere LPARs für den Cluster-Betrieb von Lotus Domino installiert. Für Produktion, Test und Wartung sind zudem jeweils zwei Coupling Facilities im Einsatz. Im Zusammenspiel mit zwei der drei IMS-Datenbanken laufen die zentralen Anwendungen für den "Maklerunterstützten Präsenzhandel". Die dritte Datenbasis ist mit einer Anwendung für die Abwicklung der Handelstransaktionen verknüpft. Hier werden die elektronisch übertragenen Orders der Banken den Maklern auf dem Parkett via Bildschirm zugewiesen. Sie wickeln die Transaktionen ab.

Kurze Antwortzeiten gefragt"Die Antwortzeit muss angesichts des höchst zeitkritischen Aktiengeschäftes deutlich unter einer Sekunde liegen", erklärt Henne die Anforderungen an das System. In Spitzenzeiten kommen während des Tages bis zu zwölf Millionen Transaktionen zwischen 8:30 Uhr und 20 Uhr zusammen. Das entspricht bis zu 900 Transaktionen pro Sekunde.

Während der zurückliegenden Boomjahre des Aktienhandels arbeiteten die zentralen Rechner vor allem zur Mittagszeit unter Volllast. Dabei wurde jeweils der Kassakurs festgestellt, der heute nicht mehr ermittelt wird. Zum Börsengang der Infineon AG stieg die Zahl der zu verarbeitenden Transaktionen auf dem G6-Cluster um das Vier- bis Fünffache - innerhalb eines Tages. Aber selbst wenn nicht gerade große Erstemissionen anstehen, können nach Hennes Worten "Schwankungen in der Rechenlast von 100 Prozent innerhalb von Stunden auftreten". Zu solchen Spitzenlasten mussten er und sein Team auch manuell in die Administration der Systeme eingreifen, um Ressourcen zuzuordnen, Dispatching-Prioritäten anzupassen oder die Antwortzeit bestimmter Transaktionen zugunsten wichtigerer Abläufe zu drosseln. Während des Betriebs des Rechnerverbundes sind nach Hennes Angaben noch keine ungeplanten Ausfälle vorgekommen. Die Hardware wie auch das Betriebssystem liefen so stabil, dass die vom Hersteller gepriesenen 99,999 Prozent Verfügbarkeit erreicht würden.

Wunschlos glücklich ist der IT-Leiter aber trotzdem nicht. "Wir würden uns wünschen, dass zum Beispiel bei Hardwareaufrüstungen noch mehr Komponenten und Funktionen als bisher im laufenden Betrieb gewechselt werden können. Dasselbe gilt für Microcode-Änderungen." Allerdings ermögliche der Cluster-Betrieb zumindest den Wechsel von Komponenten, ohne dass es für den Endbenutzer zu merklichen Leistungseinbußen komme.

Lotus Domino im ClusterNeben den Börsenanwendungen werden die beiden Großrechner in Frankfurt seit einigen Wochen auch als Konsolidierungsplattform für den Betrieb von Lotus Domino eingesetzt. Derzeit arbeiten rund 2000 Anwender auf dem Cluster in zwei separaten LPARs mit den Unix System Services des Betriebssystems. Dadurch konnte die Deutsche Börse rund 30 Windows-NT-Server konsolidieren. Neben den E-Mail-Konten werden künftig auch Workflow-Anwendungen Schritt für Schritt auf das Mainframe-Unix verlagert.

Der Einsatz von Linux steht für Ende 2001 zumindest für Tests auf dem Plan. Hennes Mannschaft beginnt damit, eine kleine Inhouse-Anwendung zu migrieren. Grundsätzlich sieht der Manager in dem quelloffenen Betriebssystem eine Möglichkeit, auch einige Anwendungen anderer Unix-Plattformen zu konsolidieren. "Wir schätzen an dieser Möglichkeit besonders den Vorteil, auch unter Linux die Mainframe-Verfahren und vor allem die bekannten Funktionen in Sachen Sicherheit und bei den Prozessabläufen nutzen zu können."

*Hubert Rasig ist freier Journalist in Pfungstadt.

Die Deutsche BörseDie Gruppe Deutsche Börse versteht sich als Dienstleister für Unternehmen und Investoren. Sie bietet das gesamte Spektrum der erforderlichen Services und Systemdienstleistungen: vom Aktien- und Derivatehandel über das Clearing und die Bereitstellung von Marktinformationen bis zur Systementwicklung. Die Handelsplattform Xetra macht die Deutsche Börse nach der New York Stock Exchange (NYS) zur zweitgrößten elektronischen Kassamarktbörse der Welt. Zehn Jahre nach der Gründung ihrer Vorläuferorganisation DTB Deutsche Terminbörse und der Schweizer Soffex betreibt die Eurex den größten Terminmarkt der Welt. Die Information Products Division der Deutschen Börse entwickelt und vermarktet Kapitalmarktinformationen wie Kurse, Indizes und Statistiken. Die Deutsche Börse Systems ist der hausinterne Technologielieferant. Sie baut und betreibt die Handelssysteme sowie das weltumspannende Teilnehmernetz der Deutschen Börse.

Steter Wechsel der SystemeWegen des Aktienbooms der vergangenen Jahre tauscht die Deutsche Börse ihre beiden Großrechner jedes Jahr gegen die jeweils aktuelle Mainframe-Generation inklusive Betriebssystem-Releases und entsprechender Fremdsoftware aus. Alle Cluster kommen in der jeweils maximalen Prozessorausstattung zum Einsatz. Von ehemals 400 MIPS im Jahr 1997 hat sich die installierte Rechenleistung auf heute rund 4000 MIPS im Parallel-Sysplex-Cluster erhöht. Von den maximal 16 CPUs der z900-Server nutzt die Börse derzeit nur zehn.