TU Chemnitz - Fakultät für Informatik

2K - ein komponentenbasiertes, netzwerkzentrisches Betriebssystem für das nächste Jahrtausend
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Alexander Schreiber Forschungsseminar Betriebssysteme - 2K OS

Zusammenfassung:

Ein offenes, verteiltes, adaptives, komponentenbasiertes, netzwerkzentrisches Betriebssystem. Management des ständigen Wandels und der Orientierung auf Nutzer und Applikationen als Ziel des Systementwurfes.

Motivation

• rasante Entwicklung der Technologie wirft Problem auf : Management der Veränderungen
• verteilte arbeitende Nutzer : komplexe und hochgradig heterogene Infrastruktur :
  • Maschinen von PDA bis Supercomputer
  • teilweise oder permanente per Netz verbundene Hosts
  • Netzwerke mit extremen Bandbreitenbereichen (Modem bis GigaBit-Ether)
• bestehende Infrastruktur ungeeignet für streaming media Applikationen welche die Zukunft des Internet bestimmen (sollen)
• 2K integriert die Forschungsergebnisse
  • mobiler Agentensysteme
  • anpassungsfähiger, verteilter Systeme
• Grundlage : eins innovatives, anwendungs- und nutzerorientiertes Dienstemodell
• paßt sich an zur optimalen Erfüllung der Anforderungen von Nutzern und Anwendungen
• Nutzer kann sein Profil transparent auf unterschiedlichsten Systemen verwenden

Primäre Entwurfsziele / Designideen

• Konstruktion eines Paradigmas zum Management dynamischer Systeme.
• Demonstration einer experimentellen netzwerkzentrischen adaptiven Systemarchitektur.

• CORBA-ähnliche Kommunikationsbasis um :
  • Systemdienste zu strukturieren,
  • Systemanpassung zu ermöglichen,
  • Realisierung einer anpassungsfähigen Indirektion zum flexiblen Einbinden von Namensräumen, Ressource-Managern und Diensten
• Ressource-Management mit QoS, Selbstoptimierung des Systems auf
  • Performance
  • Zuverlässigkeit
• dynamisches Sicherheitssystem, delegationsfähig (mobile Nutzung)
• mobile Agenten für
  • automatische Updates
  • Fernadministration
  • Optimierung
  • automatische Umkonfigurierung

Architektur

• 2K Kernel, möglich sind :
  • Solaris,
  • Windows(95|98|NT),
  • Palm OS,
  • auf Hardware aufsetzend Off++ mit darüberliegender libOS
• 2K Middleware
  • auf Kernel aufsetzend : ACE
  • darauf : dynamicTAO
  • zusammen als Komplex
  • Ausnahme : Palm OS, dort nur LegORB als Middleware (Beschränkungen der Plattform !)

  Architektur (Fortsetzung)

• Verteilte Betriebssystem-Dienste :
  • automatische Konfiguration,
  • Ressource-Management mit QoS,
  • Dateien/Persistenz,
  • Umgebung,
  • Sicherheit,
  • Namensräume,
  • Trading-Subsystem
• 2K Anwendungen, z.B.
  • Video on Demand,
  • Videokonferenzen

Forschungsbereiche

Das 2K-Projekt läßt sich grob in 4 Themenbereiche unterteilen :

• Dynamische Konfiguration
  • zuständiges 2K-System : der dynamicTAO ORB
  • dynamicTAO : laufzeit-rekonfigurierbarer ORB
  • Abhängigkeitsmanagement
  • automatische Konfiguration komponentenbasierter verteilter Systeme
• Kernel
  • Design und Implementation des (v)Off++ Kernels
  • Off++ : hardwareabstrahierender, objektorientierter Microkernel, OO-Redesign des nicht objektorientierten Off-Kernels
  • vOff++ : als UNIX-Prozess laufende Implementation
• Verteilte Objektsysteme :
  • Batching als Entwurfsmuster für effiziente und flexible Client-Server Interaktion
  • ,,Grand Unified Framework For Mobile Objects``

  Forschungsbereiche (Fortsetzung)

• Multimedia und QoS
  • ,,A Framework for Dynamically Configurable Multimedia Distribution`` (effiziente Code-Verteilung, dynamische Rekonfiguration, Fehlertoleranz)
  • ,,Media Streaming Protocol: An Adaptive Protocol for the Delivery of Audio and Video Over the Internet`` (dynamische Anpassung an Netzwerkdurchsatz, Minimierung des Bandbreitenverbrauchs)

Dynamische Konfiguration

• pro Komponente ein ComponentConfigurator
• kennt eingehängte Komponenten und Clients
• Anwendungen beschreiben Forderungen an System
• Beispiel Webbrowser :
  • Netzwerkverbindung (100 MBit Ether, 10 MBit Ether, 2 Mbit Funk, Modem, ...),
  • Java VM,
  • Grafik-Display (minimale Auflösung & Farbtiefe),
  • Speicher-Anforderungen (Minimum, Optimum)
  • Systemumgebung (CPU-Typ (i386, SPARC, ...), OS (Name, Version)),
  • Systemleistung (CPU-Leistung absolut, relativer Anteil an CPU-Last),
  • Filesystem (Pfad, FS-Typ)
  • werden vom System geprüft und auf geeignete Weise bereitgestellt - oder auch nicht
• Ressource-Management : auch Entziehen von Ressourcen, zuerst durch Freigabeanforderung - nötigenfalls mit Gewalt

dynamicTAO

• dynamischer, reflektiver ORB
• reflektiv : Rekonfiguration transparent für Clients
• Erweiterung von TAO (CORBA ORB) um dynamische Rekonfiguration von Komponenten
• Rekonfigurationsagenten mit Code/Codepointern für neue Strategien und Dienste
• Automatisches Netzwerk Management System : Informationen über Set verteilter ORB's sammeln und Verhalten auf maximale Produktivität optimieren
• Implementationssprache : C++ (ca. 77 MB Source)

Verschmelzung heterogener Systeme

• in 2K große Bandbreite der Systeme möglich (Lichtschalter (CORBA & X10), Mikrowellen, Toaster, PDA's, Desktops, ...via CORBA-Interface ansteuerbar
• Proxies für leistungsschwache Systeme,
• Proxies als Übergang in schnelle Netze
• Beispiel : MPEG-Video auf Palmpilot :
  • Palmpilot hat nicht genug CPU (Dragonball !)
  • Pre-Dekoder auf Proxy
  • erzeugt für Palmpilot optimiertes Zwischenformat
• heterogene Systeme werden transparent eingegliedert

Einschätzung 2K

• ambitioniertes Projekt
• interessante Konzepte und Ideen
• zahlreiche Papers und Forschungsbeiträge aus aller Welt
• aber : sehr hohe Komplexität
• praktischer Einsatz ?
• als Testfeld erwähnt : Videostreaming mit Millionen (!) von Clients
• z.T. leicht widersprüchliche Papers aufgrund verschiedener Entwicklungsstadien