spin operating system
DESCRIPTION
SPIN Operating System. hamanaka 2001/06/20. SPIN Research Project. SPIN は University of Washington で開発 様々な団体や企業が参画(資金提供など) DEC, ARPA, Intel, IBM, etc. 現在行われている research project Security for extensible systems Transaction Support Dynamic Compilation Unix Emulation - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
SPIN Research Project SPIN は University of Washington で開発 様々な団体や企業が参画(資金提供など)
DEC, ARPA, Intel, IBM, etc. 現在行われている research project
Security for extensible systems Transaction Support Dynamic Compilation Unix Emulation Application-Controlled Caching Safe Programmable and Integrated Network Environment
背景 application の OS への要求の多様化
cf. multimedia, database, network
既存の OS のインターフェースでは十分に対応しきれない
⇒ application specific なインターフェース (サービス)を動的に作成できるインフラがあると嬉しい
用途 Application-specific …
inter-process communication virtual memory user-level scheduling network protocol file systems and buffer cache
management etc.
SPIN の目標 extensible, safe, efficient な OS の構築
user code を動的に kernel 内に install かつ
flexibility, safety, efficiency は保つ
アプローチ language と runtime service の利点を利用
low-cost, fine-grained, protected access SPIN のよってたつ technique
co-location enforced modularity logical protection domain dynamic call binding
Modula-3 で実装 object-oriented, type-safe language
SPIN の構成 extension services
dynamic linker など 機能拡張のための 枠組み
core system services memory access など
最も基本的なサービス
kernel
dynamic linkerverifie
r
extension servicecore system serviceextension code
application の形態1. すべて user space2. すべて kernel space3. user space と kernel space
1. 2. 3.
core system serviceextension code
application
The Extension Services system code と user code を安全に結びつ
ける ソフトウェアインフラを提供 次の2つのモデル
Protection Model efficient, fine grained access control of resources
Extension Model extension definable at Procedure Call granularity
language-level service, static type checking, dynamic linking で実現
< Protection Model> extension code ごと
の access control 機構 language level で実現
virtual memory system ではない
用語(概念) capability protection domain
kernel
core system serviceextension code
capability resource への pointer
ここで resource は a system object an interface a collection of interface
language level の pointer で実装
user-level への受け渡し可 externalized reference
(別紙参照)
kernel
core system serviceextension code
1
2
application
capability
externalized capability
protection domain code から参照される(可能
な)名前の集合 symbolic table のようなも
の 名前: program symbols domain 外の名前にはアクセ
ス不可 can be intersecting or disjoint
( capability による参照される)
kernel
obj inter1
inter2
ext2ext1
objinter1ext2
inter2inter1
domain1 domain2
protection domain の操作 Create:
object file から作成 CreateFromModule:
現在の module から作成 Resolve: d
omain 中の名前と実体を関連付け
Combine: domain の union 作成
(別紙参照)
kernel
obj inter1
inter2
ext2ext1
objinter1ext2
inter2inter1
domain1 domain2
inter1
export and import of domain in-kernel nameserver へ登録
明示的に domain を export authorizer も登録可
Module 間の直接渡し domain は capability で参照
< Extensional Model> System 提供のサービス変更機構 概要
event & handler による拡張の定義 dispatcher で event に対し handler を登録 条件実行のために guard を利用 access control のために authority 利用
(別紙参照)
Event 本来は System からのメッセージ SPIN では
event は procedure signature で定義 event raise は procedure call に相当 ⇒ procedure call の粒度でサービスを提供
Handler event raise に応じて実行される proced
ure 拡張サービスの実体
event と同じ型 event に対して dispatcher で登録 一つの event に対して複数登録可 intrinsic handler: event と同名の handler
で必ず実行される
Guard handler に関連付けられる predicate filter の役割
handler の実行前に評価 true: handler を実行 false: handler を無視
一つの handler に対して複数登録可 引数の型は event と同じ: 返り値は boolean guard 内で副作用不可
Authority intrinsic handler を定義する module event に対する access control を行う
dispatcher による authorizer の登録 handler の install, 実行 を制御 handler へ 新たな guard の不可
Dispatcher handler 実行のコア部分 runtime code generation で最適化
handler 一つかつ synchronous: event raise == procedure call handler の inline 化など
その他 handler 実行の ordering 可
決定機構をもつ First, Last, Next, After で明示的に指定
複数 handler の場合の返り値 result handler が決定
その他 handler の実行は次の2パターン
asynchronous synchronous with time limitation
後者は “ EPHEMERAL” の annotation を付加 handler が多すぎる場合
メモリ使用量膨大 対応は future work
The Core Services 以上は拡張 code を扱う枠組みの話
いくつかの core service を用意 memory management thread management
これらを利用して application 特化の機能を実現
memory management 3つのコンポーネントに分解
physical storage naming translation (別紙参照)
これらを用いて様々な実装可 UNIX address space semantics を実装
thread management SPIN では “ strand” を実装
(別紙参照)
これを用いて Thread Package 作成可 DEC OSF/1 kernel thread Mach C-Threads Modula-3 thread
性能評価 環境 : DEC Alpha 133MHz XAP 3000/400 workstation
s, each machine 64 MBs of memory, 512KB unified external cache, HP C2247-300 1GB disk-drive, 10Mb/sec Lance Ethernet interface, FORE TCA-100 155Mb/sec ATM adapter card co
nnected to FORE ASX-200 switch.
System size (別紙参照)
sys : extensibility machinery, domains, naming, linking, dispatching
core : virtual memory and scheduling rt : DEC SRC Modula-3 runtime lib : subset of Modula-3 library and mundan
e data structures sal : low level interface of device drivers and
MMU.
Microbenchmarks (別紙参照)
Protected communication Thread management Virtual memory
SPIN の優位性 kernel extension ( Translation.ProtectionFault )の
利用 一連の interaction が application に高速に反映
まとめ SPIN operating system は
機能拡張のための効率的な機構 および 拡張可能な機能の core set を提供
extensible かつ safe かつ good performance を達成
Reference(1/2) “Extensibility, Safety and Performance in the SPIN Oper
ating System”, Brian Bershad, Stefan Savage, Przemyslaw Pardyak, Emin Gun Sirer, David Becker, Marc Fiuczynski, Craig Chambers, Susan Eggers, in Proceedings of the 15th ACM Symposium on Operating System Principles (SOSP-15), Copper Mountain, CO. pp. 267--284.
“Dynamic Binding for an Extensible System”, Przemyslaw Pardyak, Brian Bershad, in Proceedings of the Second USENIX Symposium on Operating Systems Design and Implementation (OSDI), Seattle, WA, pp. 201-212, October 1996.
Reference(2/2) “Safe Dynamic Linking in an Extensible Operating Syst
em” , Emin Gun Sirer, Marc Fiuczynski, Przemyslaw Pardyak, Brian Bershad, Appeared in the Workshop on Compiler Support for System Software, February 1996.
“SPIN - An Extensible Microkernel for Application-specific Operating System Services”, Brian Bershad, Craig Chambers, Susan Eggers, Chris Maeda, Dylan McNamee, Przemyslaw Pardyak, Stefan Savage, Emin Gun Sirer, University of Washington, Technical Report TR-94-03-03.