Текст книги "Вопросы истории: UNIX, Linux, BSD и другие"
Автор книги: Алексей Федорчук
Жанры:
ОС и Сети
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 8 (всего у книги 28 страниц)
Итак, где-то в середине июня 2003 г. Мэтт Диллон (Matt Dillon), вместе с группой товарищей сообщил о начале работы над новой ОС BSD-семейства – DragonFlyBSD. Возник сайт проекта – http://www.dragonflybsd.org и репозиторий её исходников, cозданный 16 июня 2003 года – этот день можно считать именинами системы. Репозиторий этот основывался на кодовой базе FreeBSD 4-й ветки, имевшей статус стабильной (хотя в то время уже вовсю развивалась ветка 5-я, вбирающая в себя все инновации BSD-мира).
Новая система получила и собственный тотем – стрекозу, что должно символизировать легкость и быстроту её. Кстати, разработчики не гнушаются и сокращенных названий своей системы – DragonFly и даже DFBSD, к которым, вслед за ними, время от времени, будем прибегать и мы.
Может возникнуть (и многократно возникает) вопрос: для чего нужна ещё одна BSD-система? Разве не вдоволь насмотрелись мы на изобилие Linux-дистрибутивов, чтобы и BSD-системам желать той же участи?
Вопрос этот, конечно, носит сугубо риторический характер. Ведь если новые операционные системы создаются – значит, это кому-то нужно. И каждая такая система (если она, конечно, действительно нова и оригинальна) привносит в наш мир что-то свое, увеличивая, тем самым, сложность его и разнообразие.
А в оригинальности DragonFlyBSD отказать невозможно. Ибо, при практически полном внешнем сходстве с прототипом (FreeBSD 4.X), «внутре» у нее всё было другое: управление памятью и процессами, представление о драйверах устройств и виртуальной файловой системе, вплоть до нового типа файлов – вариантных символических ссылок (varsims).
В основу DragonFly была положена модель легковесных нитей ядра (LWKT – Light Weight Kernel Threads), что само по себе и не ново. Новым стал механизм планирования нитей – вместо единого планировщика (sheduler) их было введено несколько, по числу процессоров. Нити привязаны к своим процессорам изначально, однако допускается передача выполнения нити с одного процессора на другой при некоторых особых условиях. Данные отдельных нитей могут быть кэшированы независимо для каждого процессора.
Подобно системам с микроядерной архитектурой, в DragonFly максимум функций ядра вынесен из его пространства памяти в пользовательское пространство (userland). В первую голову это относится к драйверам устройств – таким образом достигается рост как производительности, так и надежности системы, резко уменьшая вероятность её «падения» под воздействием неправильно работающего драйвера.
Это повлекло за собой отказ от традиционного для UNIX механизма системных вызовов (каковой лишь эмулируется в целях совместимости). Его место занял механизм сообщений (messages) и их очередей, т.н. портов (ports), подобный применяющемуся в микроядре March, упоминавшемся выше.
При этом DragonFly не является микроядерной ОС – базовые функции по прежнему возлагаются на ядро (и размещаются в его пространстве памяти). Однако почти всё прочее может быть безболезненно собрано в качестве модулей юзерланда.
Таким образом, можно видеть, что основные инновации DragonFly ориентированы на работу в многопроцессорных системах. А вопрос о том, есть ли что делать простому пользователю на многопроцессорном, с позволения сказать, компьютере, мы рассмотрели уже в ходе обзора хардверной ретроспективы.
Далее, важно, что если матушка DragonFly, FreeBSD, изначально предназначенная только для архитектуры i386, все более эволюционировала в сторону кроссплатформенности (в 5-й ветке к поддержке древней Alpha был добавлен Sparc, а затем и PowerPC), то наша «стрекоза» возвращается на исходные рубежи. И единственной поддерживаемой архитектурой в ней является Intel-совместимая – на тот момент только 32-битная (64-разрядный вариант долго находился в состоянии разработки).
Такое ограничение в плане поддерживаемого «железа» может показаться отступлением от истинного UNIX Way. Однако на момент выхода DFBSD сбылось мрачное пророчество, высказанное почти двадцать лет назад в одном компьютерном журнале:
Через десять лет все платформы, кроме IBM PC, уйдут в небытие
И все остальные архитектуры в качестве настольных платформ полностью утратили актуальность. Разработчики DragonFly считались с этой реальностью: в их тогдашних планах переноса на другие архитектуры не было (нет его и сейчас). Что компенсировалось возможностью оптимизации под платформу, единственно значимую практически. Это дало свои плоды – по визуальному быстродействию в настольных условиях DragonFly со дня своего зарождения существенно опережала FreeBSD как 5-й, так и 4-й ветки.
Наконец, в DragonFly на уровне ядра поддерживался механизм, напоминающий prelinking (предварительное связывание с разделяемыми библиотеками) – насколько мне известно, особенность почти уникальная. И обещавшая значительный прирост скорости загрузки (а возможно, и быстроты исполнения) сложных программ, связываемых со множеством библиотек.
Всё сказанное выше было технологическим обоснованием для того, чтобы отнестись к DragonFly не просто как к ещё одному BSD-клону. Но это подкреплялось и субъективным фактором – личностью организатора проекта.
К моменту начала работы над DragonFly Мэтт Диллон был широко известен (в узких кругах) благодаря трем разработкам: Си-компилятору для платформы Amiga (именно из этой ОС пришла в DragonFly идея «ядерного прелинкинга»), утилите dcron и, главное, системе управления виртуальной памятью во FreeBSD. Не то чтобы он был единственным автором последней, однако вклад его в эту тему был одним из определяющих современный облик FreeBSD, Да и к аналогичной подсистеме ядра Linux он приложил руку.
Что немаловажно, в специальной статье (присутствующей в официальной документации FreeBSD) Мэтт сумел описать архитектуру виртуальной памяти языком, понятным для широких масс трудящихся. Очень рекомендую к прочтению – во введении к ней высказано немало интересных мыслей общего характера. Тем более, что она доступна и в русском переводе. А пока позволю себе вторично процитировать её фрагмент:
Самой большой ошибкой, которую может допустить программист, является игнорирование истории.
И дальнейшая история показала, что в DragonFly ошибки истории прошедшей были учтены.
Некоторое время проект развивался как бы закулисно. Конечно, все желающие ознакомиться с прототипом системы могли свободно получить её исходники с сайта проекта через CVS и развлекаться с ними в свое удовольствие (нужно ли говорить, что DragonFly распространялась и распространяется на условиях лицензии BSD?). Однако в виде, пригодном для установки простыми смертными, она не существовала.
Так продолжалось до мая 2004 года, когда один за другим начали появляться iso-образы CD бета-версий DragonFly. Они не имели ещё инсталлятора: следовало, руководствуясь документацией (вполне, впрочем, ясной, хоть и англоязычной), вручную разметить диск, создать файловые системы, перенести на них с дистрибутивного CD необходимые каталоги и произвести ещё кое-какие манипуляции (типа создания файлов устройств и настройки стартовых сервисов). Задача была не то чтобы сверхъестественно сложной – но и не вполне тривиальной.
А затем… Затем, в июне 2004 гjlf, появился пре-релиз DragonFly, точнее, DragonFlyBSD 1.0RC1. От своих бета-предшественников он отличался тем, что уже имел инсталлятор – BSD Installer, разработанный в рамках самостоятельного проекта как универсальный установщик для любых BSD-систем. И впервые опробованный именно на DragonFly.
Надо заметить, что уже в те далекие времена (в масштабах истории DragonFly) установка этой ОС проходила без малейших осложнений (в том числе и на «железо», на которое FreeBSD устанавливалась с трудом). Однако к использованию система была пригодной лишь условно. Ибо, кроме базиса (соответствующего FreeBSD Distributions), не содержала почти ничего – ни Иксов, ни прекомпилированных пакетов (за исключением нескольких консольных утилит типа cvsup и cdrtools), ни собственной системы пакетного менеджмента.
Нужно сказать, что пре-релизная стадия для DragonFly оказалась очень короткой: уже в 11 июля 2004 года было объявлено о выходе релиза – DragonFlyBSD 1.0-RELEASE. Правда, и он просуществовал недолго: как это нередко бывает, в него вкралось несколько мелких, но весьма неприятных ошибок, которые были выявлены мгновенно и столь же быстро исправлены в корректирующем релизе 1.0A.
Начиная с этого момента, DragonFly можно было считать более-менее пригодной к использованию. Сам по себе дистрибутив по прежнему не включал ни пакетов, выходящих за рамки базовой системы, ни системы портов. Однако с самого момента выхода релиза прекомпилированные пакеты для DragonFly можно было найти на двух самостоятельных сайтах.
При этом жизнь не стояла на месте, и дальнейшая работа над системой не прекращалась: с интервалом в 3-5 дней на ftp-сервере проекта и его зеркалах появлялись текущие снапшоты, одни из которых позиционировались как рабочие, другие же – как экспериментальные.
Двигалось дело и с портированием сторонних приложений. Первоначально оно осуществлялось с помощью адаптированной системы портов FreeBSD. Однако позднее разработчики пошли другим путем: прикрутили в DragonFly pkgsrc – кроссплатформенную портообразную систему, заимствованную из проекта NetBSD. И таким образом в распоряжении пользователя новой ОС сразу оказалось все изобилие открытого и бесплатного софта, портированного на эту платформу – а надо отметить, что на NetBSD он портирован в очень значительной своей части.
Первоначально предполагалось, оба варианта – не более, чем временные паллиативы, и в рамках проекта DragonFly будет разработана собственная пакетирования – насколько можно судить по отрывочным указаниям того времени, похожая на систему PBI, реализованную позднее в PC-BSD. Однако затем эта идея была оставлена, и до недавнего времени pkgsrc была единственной системой управления пакетами.
Такова была ранняя, короткая, но насыщенная событиями история операционной системы DragonFlyBSD на момент годовщины её первого релиза. В последующие годы в ней появилось немало новшеств, как косметических (например, настоящая графическая консоль – аналог режима frame buffer в Linux), так и весьма кардинальных. Среди последних необходимо отметить:
• собственную реализацию виртуальной файловой системы, обеспечивающей доступ к практически всем файловым системам UNIX-подобных ОС
• оригинальную файловую систему Hammer – точнее, интегрированная система размещения данных, по своим принципам сходная с возникший чуть раньше ZFS и несколько более «юной» btrfs.
Статическое создание файлов устройств сменилось динамической файловой системой устройств devfs. Со временем DragonFly была портирована на архитектуру x86_64. И, наконец, для управления пакетами она снова вернулась к собственной модификации портов FreeBSD – системе dports. А сразу же по появлении системы пакетного менеджмента pkg-ng внедрила её у себя – чуть ли не раньше, чем возник первый официальный репозиторий для родительской операционки (то есть всё той же FreeBSD).
Однако предпосылки всего этого были заложены в первый год существования системы. Ныне её история не окончена – но выходит за рамки рассматриваемого периода.
Глава восьмая. MINIX 3: вторая жизнь
ВступлениеКто же из линуксоидов не знает старика MINIX'а? Эта миниатюрная учебно-показательная UNIX-подобная ОС была создана четверть века назад профессором Эндрю Таненбаумом. Предназначалась она для вразумления студентов и приобщения их к идеалам UNIX на самой демократической платформе всех времён и народов – на IBM PC-совместимых компьютерах. Она уже фигурировала в нашей истории – в разделе о зарождении Linux. Ибо именно MINIX вразумил Линуса Торвальдса настолько, что он занялся сочинением своей терминальной программы, которой суждено было превратиться в Linux.
В том же разделе была описана и история ОС MINIX, сначала 1, а потом и 2, которую можно рассматривать как предысторию героини сегодняшнего рассказа. И которая завершилась анонсом MINIX 3, состоявшимся 24 октября 2005 года. Насколько повторяясь, подчеркну: это была не просто следующий релиз прежних MINIX'ов, а совершенно новая операционная система, и цифра «3» здесь – не номер версии, а часть её имени собственного. Таненбаум неоднократно подчеркивал, что сходство ее с предшественниками – лишь в первом компоненте названия, а различие между MINIX 1/2 и MINIX 3 не меньше, чем между Windows 3.1 и Windows XP.
Отныне MINIX 3 более не рассматривалась как учебно-показательная разработка, а позиционировалась как всамделишняя операционная система общего назначения, предназначенная, в перспективе, для широкого класса устройств, в том числе и встраиваемых. Это символизировалось и сменой правового статуса системы: отныне она распространялась под лицензией BSD.
Официальный сайт проекта – .minix3.org. Интересно, что буквально через несколько месяцев после анонса MINIX 3, 1 февраля 2006 года, Романом Игнатовым был создан русскоязычный ресурс по этой системе – minix3.ru, который успешно развивается и по сей день.
Отличие новой системы заключалось ещё и в модели разработки. MINIX 1 и MINIX 2 были фактически личными творениями Эндрю Таненбаума, а все дополнения к ней, вроде ставшего знаменитым патча Брюса Эванса (именно с его дополнением использовал MINIX Линус Торвальдс для работы над своей будущей операционкой), носили, в силу условий распространения, сугубо неофициальный характер.
К разработке же MINIX 3 Таненбаум с самого начала привлёк широкий круг участников – от своего соавтора по второму изданию учебника Альберта Вудхалла до студентов, аспирантов и сотрудников Университета Врийе, а также волонтёров. Состав участников проекта, по понятным причинам, был весьма текучим, и перечислить их всех поимённо не представляется возможным. Однако нельзя не отметить среди них наших соотечественников – упомянутого выше Романа Игнатова и Евгения Иванова.
О микроядрахВ MINIX 3 воплотилось представление Таненбаума и его соратников о том, какова должна быть современная операционная система. Однако, чтобы говорить нём, надо опять обратиться к истории – на этот раз к истории микроядерных операционок (краем этот вопрос был затронут в предыдущей главе).
Каждый школьник-линуксоид знает, что MINIX с самого своего рождения представляла собой микроядерную ОС. А вот какая он, эта микроядерность?
Для начала зададимся вопросом, а что же такое ядро вообще? Традиционно ядро определяется как программа, обеспечивающая взаимодействие всего остального системного и прикладного софта с аппаратной частью компьютера, и распределение его ресурсов между приложениями. В соответствие с этим ядро функционирует в отдельной области памяти, которая так и называется – пространством ядра. Память же, отводимая под все остальные программы, именуется пользовательским пространством; протекающим там процессам доступ в пространство ядра закрыт, и как-либо влиять на ядро, в том числе и негативно (вследствие ошибок в программе или злого умысла), они не могут. Но все процессы внутри пространства ядра взаимодействуют друг с другом, и ошибка в одном из компонентов может повлечь за собой тяжкие последствия, вплоть до краха системы.
Понятие аппаратуры компьютера, однако, оказывается двояким. С одной стороны, это те узлы, без которых машина в принципе не может функционировать – процессор и память. Эта сторона взаимодействия охватывается такими службами ядра, как обработчик прерываний, средства запуска и останова процессов, планировщик задач, механизм межпроцессного взаимодействия.
С другой стороны, в понятие аппаратной части включаются и внешние, по отношению к системе процессор/память, устройства, от видеокарт и жестких дисков до принтеров, сканеров, сетевых адаптеров и многого, многого другого.
Более того, у этой аппаратной медали есть еще и третья сторона – сервисы доступа к файловым системам, сетевым протоколам и так далее. Они представляют собой связующее звено между собственно внешними устройствами и пользовательскими программами. Например, сервисы доступа к файловым системам обеспечивают возможность взаимодействия между дисковыми устройствами, несущими файловые системы, и обращающимися к ним приложениями.
Ядра, обеспечивающие все три рассмотренные функции, именуются монолитными. И они вполне успешно функционировали до тех пор, пока внешних устройств и сервисов было мало. Однако со временем количество и тех, и других стало расти, как снежный ком. Вспомним, сколько на наших глазах появилось только критически важных устройств, таких, как новые дисковые интерфейсы или файловые системы.
В результате ядра стали катастрофически увеличиваться в размерах. Что влекло за собой а) непроизводительные расходы ресурсов, в первую очередь памяти, и б) рост числа ошибок, обусловленный огромными объемами «ядрёного» кода, недоступного восприятию человека.
С первой болезнью научились бороться посредством модульного подхода: многие части ядра, обеспечивающие работу отдельных внешних устройств (т.н. драйверы устройств) или ядерных сервисов (в Linux их подчас также называют драйверами, например, драйвер файловой системы «имя рек»), могут не встраиваться жестко в исполняемый файл – образ ядра, а подключаться к нему в виде внешних модулей. И ныне ядра всех активно развивающихся UNIX-подобных систем, таких, как Linux или BSD, являются модульно-монолитными (подчас их для краткости называют и просто модульными).
Внешние модули могут как загружаться в память при старте системе, так и подгружаться в работающей системе, по необходимости. Нередко они обладают и способностью выгружаться, когда эта необходимость пропадёт. Однако в любом случае модули функционируют в пространстве ядра, так что их введение проблемы общей устойчивости не решает: криво написанный драйвер устройства все равно сохраняет способность обрушить систему. А поскольку, как уже говорилось, сложность кода ядра растёт, возрастает и вероятность появления ошибок, в том числе и критичных для работы системы.
Один из «косметических» вариантов решения проблемы был предложен Мэттом Диллоном и реализован им в системе DragonFlyBSD, о которой рассказывалось в предыдущей главе. Прошедшие с её появления годы доказали жизнеспособность этой реализации. Однако проблемы «большого» монолитного ядра это не снимало.
Для кардинального решения проблемы устойчивости ядра и были придуманы микроядра. Идея их – в том, чтобы, по словам Таненбаума, «вынести ядро за пределы ядра». То есть оставить в ядре только средства управления базовой аппаратурой, а драйверы устройств и сервисы выделить в отдельные программы, функционирующие в пользовательском пространстве памяти. При необходимости они обращаются к функциям ядра через специальные процедуры, но влиять на него каким-либо образом не могут. Такой подход приводит к повышению надежности системы, но снижает производительность, поскольку требует дополнительных накладных расходов.
Собственно, идея микроядра появилась очень давно, чуть ли не одновременно с самыми первыми UNIX'ами. Однако долгое время производительность машин не позволяла эффективно использовать микроядра в составе практически применяемых систем. Тем не менее, различных их реализаций было создано очень много. Время от времени то или иное микроядро пропагандировалось как основа операционной системы будущего, но удачных реализаций законченных микроядерных систем оказалось довольно мало.
Среди удачных решений на базе микроядра наибольшей известностью пользуется QNX. Правда, эта система лишь недавно начала то приоткрывать свой код, то закрывать его обратно, и потому об её устройстве известно немного. Да и как ОС общего назначения она никогда не позиционировалась.
Из свободных микроядерных реализаций наибольшую известность приобрело микроядро Mach, разрабатывавшееся вплоть до второй половины 90-х годов университетами – сначала Карнеги-Меллона, а затем штата Юта. Различные его версии в разное время составляли основу законченных систем, как свободных – BSD Mach (она же xMach) или Yamitt, так и проприетарных – NeXT и продолжившей её дело MacOS X. Все они имели в своем составе микроядро Mach, поверх которого запускалась драйверно-сервисная часть от ядра BSD, собранная в виде отдельного модуля.
Впрочем, из всех перечисленных систем только BSD Mach можно назвать по настоящему микроядерной, так как у него BSD-окружение ядра функционировало в пользовательском пространстве. И у NeXT, и у MacOS X BSD-окружение запускалось в том же пространстве ядра, так что микроядерными их можно назвать только по имени. А Yamitt в том виде, в каком я её наблюдал, просто не запускалась вообще.
Наконец, как мы видели, начиная с 1987 года и по настоящее время существует MINIX 1/2, основанная на собственной реализации микроядра. Каковую, в рамках очерченных для ннеё задач, можно считать удачной. А вот будет ли сопутствовать удача её потомку – микроядру нашей героини, MINIX 3, рассудит история.
