Exokernel David Pérez 4/19/20151.

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1 Exokernel David Pérez david.perez@ciens.ucv.ve 4/19/20151

2 Introducción - Exokernel ¿Qué define un SO? –Interfaz entre aplicaciones y recursos físicos. Ventajas de las interfaces. –Ya conocemos las ventajas. ¿Cuáles son? 4/19/20152

3 Introducción - Exokernel Desventajas de las interfaces. –Limitan el desempeño. –Limitan la libre implementación. ¿De quién? –¿A qué se deben estas desventajas? Abstracción. Portabilidad. Características adicionales. 4/19/20153

4 Introducción - Exokernel Filosofías tradicionales de SO. –Interfaces de acceso completas. –Manejo centralizado de recursos. Manejo descentralizado. –Consideraciones Conflictos  Aplicaciones. Desempeño. Flexibilidad. 4/19/20154

5 Introducción - Exokernel ¿Cómo solventar dicho inconveniente? –Manejo distribuidos de los recursos por aplicaciones. –¿Esto que ofrece? Facilidad de expansión. Facilidad en manejos específicos. Posibilidad de remoción de ciertos componentes. 4/19/20155

6 Introducción - Exokernel Enfoque tradicional –Ampliar el set de instrucciones del hardware. –Esconder información sobre los recursos vía abstracciones centralizadas. –Implementaciones particulares de la abstracción. Procesos. IPC. Manejo de Interrupciones. Sistema de archivos. 4/19/20156

7 Introducción - Exokernel Enfoque tradicional. –Abstracción centralizada. “Máquina virtual” para aplicaciones. –¿Qué brinda esta “máquina virtual”? Implementaciones no removibles. –¿Por quién? –Aplicaciones no confiables y/o no seguras. 4/19/20157

8 Introducción - Exokernel Idea. –Es inaceptable el enfoque tradicional. Negar a las aplicaciones las ventajas de dominarse en base a su definición de optimización. Es restrictivo y poco flexible. –Definir nuevos recursos o abstracciones. 4/19/20158

9 Introducción - Exokernel Evidencias. –No hablamos por vicio… –Apple et al. Primitivas de propósito general para memoria virtual. –Almacenamiento persistente. –Recolector de basura. –Memoria compartida distribuida. 4/19/20159

10 Introducción - Exokernel Evidencias. –Cao et al. Manejo de caching de archivos en aplicaciones de alto nivel. –Reduce E/S alrededor de un 80% –Cheriton and Krueger. Políticas especificas en memoria virtual. –Incremento en las prestaciones. 4/19/201510

11 Introducción - Exokernel Evidencias. –Stonebraker. Sistemas de archivos inapropiados. –Rendimiento de BD –Thekkath. Retrasar el manejo de señales. –Reduce el costo de las excepciones en las aplicaciones. 4/19/201511

12 Introducción - Exokernel Idea. –Plantear una arquitectura de un SO. –Abstracción tradicional del SO. Implementada en niveles de aplicación. Mediante software no confiable. 4/19/201512

13 Introducción - Exokernel Idea. –Bajo el enfoque anterior. –Exokernel. Multiplexación segura de recursos disponibles. Protección. Revocación. 4/19/201513

14 Introducción - Exokernel Idea. –Usando el exokernel. –Aplicación. Solicitar o tomar recursos. Realizar manejo de eventos. Participar en la revocación de recursos. 4/19/201514

15 Introducción - Exokernel Idea. –Implementación de bajo nivel. Implementación extremadamente eficiente. –Conjunto de Librerías. Librerías del SO. Trabajan sobre las interfaces del exokernel. Implementan las abstracciones de bajo nivel. 4/19/201515

16 Introducción - Exokernel SO con arquitectura exokernel –Aegis –ExOS 4/19/201516

17 Introducción - Exokernel Prestaciones. –Mejor que cualquier kernel monolítico. –Reenvío de excepciones  100 unidades. Memoria Virtual en nivel de aplicación. –Manejo de IPC  10 unidades. Estructuras variadas. 4/19/201517

18 Motivación - Exokernel El costo de abstracciones centralizadas. –Desempeño de las aplicaciones sufre. ¿Por qué? –No existe una única manera de realizar abstracción de los recursos físicos. –No existe una única forma de implementar una abstracción centralizada de la mejor manera para todas las aplicaciones. 4/19/201518

19 Motivación - Exokernel El costo de abstracciones centralizadas. –El SO esta forzado a elegir un soporte intermedio para las aplicaciones. Por ejemplo: –Lecturas intensivas. –Escrituras intensivas. 4/19/201519

20 End to End - Exokernel Abstracción centralizada  Demasiada generalidad. Intentar provee todas las características a las aplicaciones. ¿Consecuencias? 4/19/201520

21 End to End - Exokernel Lampson, Anderson, Massalin. –Implementaciones de abstracciones centralizadas con un propósito general. Forzar a las aplicaciones a sufrir sobrecarga. Generalización. –Importantes mejoras en el manejo del hardware a bajo nivel. –Aplicaciones de software más precisas y específicas. 4/19/201521

22 End to End - Exokernel Las aplicaciones intentar conocer las operaciones del sistema y la interacción con el hardware. –¿Con qué propósito? 4/19/201522

23 End to End - Exokernel Manejo de recursos de la forma apropiada. Toma de decisiones de acuerdo a la situación actual y no al caso común. –¿Qué contradice lo anterior? 4/19/201523

24 Arquitectura - Exokernel Pequeña capa de multiplexación de recursos. Librerías. –“Sistemas Operativos” que implementan objetos y políticas. ¿Qué deberían preguntar? –Ideas. 4/19/201524

25 Arquitectura - Exokernel 4/19/201525

26 Librerías - Exokernel Librerías del Sistema Operativo Vienen a brindar –Flexibilidad –Eficiencia Implementaciones –Especializadas –Simples –Ejemplo 4/19/201526

27 Librerías - Exokernel Permite minimizar. –Cambios de modos o transiciones a kernel. –La mayoría del SO. ¿Donde se ejecuta? No todo es bueno. –Problemas. Portabilidad. Complejidad. –Soluciones. Ideas. 4/19/201527

28 Librerías - Exokernel ¿Alguien me obliga a utilizar las librerías? ¿Qué necesito para que esto funcione? –Soporte para librerías compartidas. –Soporte para enlace dinámico. 4/19/201528

29 Librerías - Exokernel ¿Cómo portar en un exokernel? –Emulando del código binario del SO y las aplicaciones. –Muevo las abstracciones necesarias al SO anfitrión. –Implemento de nuevo lo que deseo, tal vez recompilo y adapto. 4/19/201529

30 Diseño - Exokernel Metas. –Aplicaciones extensibles. –Aplicaciones especializadas. –Reemplazo de las abstracciones centralizadas, con pie en el concepto de aplicaciones no confiables. Filosofía de diseño. –Control distribuido. 4/19/201530

31 Diseño - Exokernel Responsabilidades. –Mapeo de recursos - usuarios (Propietarios). –Multiplexación segura de recursos. Protección. Puntos de servicio. –Revocación de acceso a los recursos. 4/19/201531

32 Diseño - Exokernel No manejar los recursos más allá de ofrecer protección –Ejemplo: Exportar instrucciones privilegiadas. Exportar DMA. Exportar los recursos de la máquina. Detalles de las interfaces. –Solicitar recursos. –Liberar recursos. –Usar recursos. 4/19/201532

33 Diseño - Exokernel Principios guías. –Exponer el hardware. Ubicación completa y granular. –Exponer nombres. Espacios de nombres numerables. –Exponer eventos. Revocación de recursos. 4/19/201533

34 Diseño - Exokernel Multiplexación. –Dividir o No. Ejemplo. –MIPS. –SPARC. Costos. ¿Por qué exportar las instrucciones privilegiadas? –Abstracciones típicas del SO. –Encapsulamiento. –Verificación de recursos. 4/19/201534

35 Diseño - Exokernel Nombramiento físico. –Manejo correcto y simple de los recursos. –Ejemplo: # de páginas. 4/19/201535

36 Diseño - Exokernel Multiplexación segura. –Tarea primordial. –Verificar privilegios. Al usar el recurso. Conocimiento limitado. –Bajo Nivel. –Alto Nivel  ¿Dónde se implementa?. Unión segura. –Separar alto de bajo nivel. 4/19/201536

37 Diseño - Exokernel Multiplexación segura. –Tarea primordial. –Verificar privilegios. Al usar el recurso. Conocimiento limitado. –Bajo Nivel. –Alto Nivel  ¿Dónde se implementa?. Unión segura. –Separar alto de bajo nivel. 4/19/201537

38 Diseño - Exokernel Multiplexación Memoria Física. –Unión segura. Página. Propietario. Capacidades. Multiplexación Frame Buffer. –Dificultad al conocer los dispositivos. Ejemplos: –Disco. –Silicon Graphics. 4/19/201538

39 Diseño - Exokernel Multiplexación de Red. –Múltiples protocolos. Estudio del paquete. No complicar el exokernel. 4/19/201539

40 Diseño - Exokernel Revocación. –Recursos manejados a nivel de aplicación. –Reclamar recursos. –Invisible. No involucrar a la aplicación. Menor latencia. Falta de control y escasez. –Visible. Involucrar a la aplicación. Ventajas. Desventajas. 4/19/201540

41 Diseño - Exokernel Protocolo de aborto. –¿Qué pasa si la revocación falla? –Revocación en dos fases. Ejemplo –¿Sí falla también esto? Opciones. –Mato todo. –Protocolo de aborto. »Recursos por la fuerza. »Vector de reposición. »Elección de recursos. 4/19/201541