НТВ плюс 

Мозилла настройка движения жесты мышью предыдущая страница. Жесты мыши в яндекс браузере и сброс настроек. Навигационные мышиные жесты

Серия контента:

Вступление

Все знатоки UNIX знают имена Кена Томпсона (Ken Tompson), Роба Пайка (Rob Pike) и Дениса Ритчи (Dennis Ritchie). Знают об их вкладе в индустрию IT, знают, что именно они являются создателями операционной системы UNIX, языка программирования Си и именно им принадлежат идеи файлов-устройств, конвейерной обработки данных, командного интерпретатора, работающего вне ядра ОС. Но немногим известно, что еще в конце 1980-х эти люди начали самый грандиозный и масштабный проект по уничтожению UNIX и ее родного языка Си, что именно в это время они приступили к работе над операционной системой, призванной уничтожить UNIX и придти ей на смену.

Закат UNIX

Основная проблема UNIX, с точки зрения ее же авторов, заключалась в том, что в силу своей архитектуры ОС не могла прозрачно приспособиться к значительно изменившемуся со времен ее разработки IT-миру. Проще говоря, UNIX умирала от собственных проблем, а все попытки приспособить ее к современным условиям приводили к усложнению ОС, введению множества разрозненных, сложных API, новых прослоек, сетевых протоколов, форматов данных, что сделало когда-то простую, продуманную, элегантную ОС тяжелым, неповоротливым и сложным в сопровождении комком кода.

Вспомните, каким была UNIX в начале своего рождения. Простая ОС, созданная для работы на мейнфреймах, с совсем небольшим набором системных вызовов и уникальным способом предоставления доступа к оборудованию с помощью набора синтетических файлов. Ее устанавливали на большие мейнфреймы, а пользователи, пожелавшие получить вычислительные мощности, подключались к ОС с использованием терминалов. Это была эпоха настоящей UNIX, работавшей в тех условиях, для которых она была спроектирована.

Со временем текстовые терминалы были вытеснены терминалами с дисплеями, сначала растровыми, а затем и графическими, но код ОС, отвечавший за вывод на терминал, оставался неизменным. С рождением сети ARPANET и протоколов TCP/IP в BSD-редакцию UNIX был добавлен код сетевого стека, но вместо синтетических файлов (файлов-устройств) его привязали к системным вызовам, реализующим модель сокетов. С появлением графических дисплеев и предложенной Xerox модели оконной среды, в UNIX была добавлена оконная графическая система X Window, но опять же, вместо привязки ее API к синтетическим файлам был разработан специальный протокол. Также были созданы сетевая файловая система NFS и одноименный сетевой протокол, различные системы удаленного вызова процедур, Kerberos и многое другое. В конце концов, идея мейнфремов с разделением времени не получила развития, и UNIX портировали на персональные рабочие станции и процессоры семейства i386.

PC-архитектура, предложенная IBM, предполагала возможность установки дополнительных плат, расширяющих функциональность рабочей станции. Поначалу пользователи имели доступ к ограниченному количеству простых плат расширения, но впоследствии возросли как их количество и разнообразие, так и сложность. Все это привело к тому, что некогда простое монолитное ядро UNIX (а теперь уже BSD и Linux) было разбито на модули, каждый из которых реализовал слой совместимости с платой расширения (драйвер), а простые в обращении синтетические файлы устройств, служившие точкой доступа к этому оборудованию, превратились в сложные интерфейсы, поддерживающие не только запись и чтение, но и множество так называемых вызов ioctl, иногда со сложными и совершенно неясными именами.

Время сделало так, что когда-то простая операционная система, созданная для работы на мейнфреймах, управляемых с помощью текстовых терминалов, сегодня работает на обособленных домашних ПК и серверах, объединенных в общую сеть. Мы давно избавились от текстовых терминалов, но постоянно работаем с их эмуляторами, мы привыкли к учетной записи root, которая была необходима во времена мейнфремов, а сейчас создает только бреши в безопасности, мы используем графический интерфейс, который совсем не вписывается в идеологию UNIX и существует как бы независимо от нее, у нас есть множество самых разнообразных способов связи с другими ПК, ни один из которых не является стандартным, мы используем специальные протоколы для доступа и управления другими машинами, мы вынуждены использовать сложнейшие механизмы RPC для создания распределенных приложений, мы удивляемся количеству системных вызовов в ядре Linux, и даже идея файлов-устройств уже потеряла свою универсальность и простоту.

План номер 9

Очевидно, что UNIX уже не исправить, ее убивает собственная архитектура. Поэтому исследователи из Bell Labs решили начать с нуля и разработали новую, никак не связанную и несовместимую с UNIX, ОС с эксцентричным именем Plan 9.

Главная идея Plan 9 заключалась в том, чтобы довести концепцию "все есть файл" до логического триумфа и построить из синтетических файлов всю ОС (а если говорить конкретнее – представить все ресурсы операционной системы файлами). Причем сделать это так, чтобы к файлам имели доступ не только локальные приложения и пользователи, но и любой удаленный клиент. В результате появился файловый протокол 9P, посредством которого происходит доступ к любым файлам (как к локальным, так и к удаленным), файловые серверы, экспортирующие некие ресурсы ОС или конкретные приложения в виде файлов, и пространство имен, призванное объединить все доступные файлы в единое дерево, к которому приложение или пользователь могут обращаться для поиска файлов и работы с ними.

В отличие от UNIX, которая четко разделяет "обычные" файлы и файлы-устройства, Plan 9 вообще лишена этих понятий. Все без исключения файлы, независимо от того, хранятся ли они на диске или были созданы каким-то файловым сервером, подчиняются единым правилам и могут быть доступны другим машинам в сети. А если копнуть еще глубже, то выясняется, что здесь нет даже "обычных" файлов, хранящихся на диске, ведь они тоже экспортируются файловыми серверами, реализующими драйвер файловой системы.

Все есть файл

Чтобы понять идеологию Plan 9, представьте, что пространство имен – это файловая система UNIX (внешне оно так и выглядит), начинающаяся с корня, в которой размещены каталоги и файлы, хранящие приложения, библиотеки, пользовательские данные и т.д. К любому каталогу этой файловой системы можно подключить (с помощью команд mount и bind) другое файловое дерево, но экспортированное не драйвером файловой системы, как это сделано в UNIX, а особым образом написанной программой, называемой файловым сервером.

Файловый сервер может быть приложением пользовательского уровня или компонентом ядра. По самой своей сути это просто программа, обслуживающая запросы клиентов, пришедшие по протоколу 9P. Так как 9P является файловым протоколом, то программа должна поддерживать список экспортируемых ей файлов (по сути, точек входа в программу) и обслуживать любые запросы на открытие/закрытие, чтение/запись любого из этих файлов. После подключения файлового сервера к пространству имен все экспортируемые им файлы становятся доступны остальным приложениям, которые могут использовать стандартные системные вызовы ядра (вроде open, read, seek и др.) для вызова определенных функций файлового сервера.

Все это очень похоже на взаимодействие программы и библиотеки функций с тем исключением, что 9P делает это взаимодействие гораздо более гибким. Для демонстрации этой гибкости возьмем файловый сервер стека протоколов TCP/IP, который реализован в ядре и носит имя "#I". Подключив его к каталогу /net и выполнив команду "ls /net" мы увидим примерно следующее:

% bind -a #I /net % ls /net /net/dns /net/ether /net/il /net/tcp /net/udp

Чтобы подключиться к удаленной машине используя протокол TCP, мы должны открыть файл /net/tcp/clone. Затем в каталоге /net/tcp появится управляющий каталог соединения, в ctl-файл которого мы можем записать команду "connect IP-адрес", записать запрос в файл data, а затем, прочитав его, получить ответ. На языке командного интерпретатора Plan 9 все это выглядит так:

<>/net/tcp/clone { dir=/net/tcp/^`{cat <} echo connect 74.125.77.99!80 >$dir/ctl && { echo "GET /search?q=Plan9&btnI=I""m+Feeling+Lucky HTTP/1.1" && echo "connection: close" && echo "host: www.google.com" && echo "" }>$dir/data cat $dir/data }

На низком уровне вся работа с файлами каталога /net будет сведена к вызовам функций файлового сервера "#I", поэтому пока никакого преимущества, кроме наглядности и возможности создавать соединения прямо из командной строки, мы здесь не видим. Однако если вспомнить, что все обращения к файлам в Plan 9 происходят через протокол 9P, то открывается новая возможность. Если мы импортируем каталог /net с удаленной машины, то, по сути, получим NAT:

% import -a удаленная-машина /net

Все обращения к файлам каталога /net будут передаваться удаленной машине, поэтому за инициацию соединения будет отвечать она. И все это без единой строчки дополнительного кода.

Но это еще не все. Пространство имен, с помощью которого происходит доступ к любым файлам ОС, индивидуально для каждого процесса, но может быть унаследовано от процесса-родителя. Следовательно, мы можем управлять доступом выбранного приложения к сетевой функциональности, просто не подключая файловый сервер "#I" к его пространству имен. Мы можем пойти еще дальше и сделать так, чтобы приложение имело доступ только к указанным нами сетевым протоколам путем установки соответствующих прав на подкаталоги каталога /net. Изменяя пространство имен, мы можем управлять тем, будет ли каталог /net доступен удаленным машинам или нет.

А ведь в Plan 9 файловые серверы везде. Это не только TCP/IP-стек, но и любой драйвер, файловая система, оконный графический интерфейс, почтовый сервер и многое другое. Любой ресурс Plan 9 представлен файловым сервером, в то время как API ядра всего лишь представляет функции для создания потоков, работы с файлами и модификации пространства имен. И каждый файловый сервер подчиняется всем описанным выше правилам. Так, файловая система /proc, предоставляющая доступ к свойствам и ресурсам процессов, может быть использована для отладки процесса, при этом удаленная машина вправе подключить ее к своему пространству имен для осуществления удаленной отладки. Процесс может быть помещен в песочницу простой модификацией его пространства имен, а текст помещен в графическое окно с помощью команды cat.

Протокол 9P и пространства имен делают Plan 9 идеальной средой для организации распределенных систем. Любой ресурс ОС, будь то обычный файл, хранящийся на диске, сам диск, мышь, клавиатура, дисплей, графическое окно, любое устройство может быть доступно с удаленной машины. Для машины, работающей под управлением Plan 9, совершенно безразлично, где располагаются ее ресурсы: каталог /bin может физически находиться на одной машине, для хранения файлов использоваться другая, а графический интерфейс работать на третьей. Plan 9 позволяет создать большой, производительный и устойчивый к сбоям метакомпьютер из горстки низкопроизводительных рабочих станций.

Безопасность

Система безопасности Plan 9 также вытекает из ее распределенной сущности. В то время как локальный пользователь машины, способный войти в систему только с терминала, обладает полными и неограниченными полномочиями, все остальные пользователи, попытавшиеся получить доступ к ресурсам ОС с удаленной машины, обязаны аутентифицировать себя путем предъявления сертификата, подписанного сервером сертификации. После этого соединение будет установлено, а все передаваемые в его рамках сообщения зашифрованы.

Управляя пространством имен, владелец машины может ограничить доступ удаленных пользователей только указанным кругом файлов и каталогов, а следовательно, и набором предоставляемых ему ресурсов и служб. При этом авторизация пользователей фактически осуществляется с помощью управления правами доступа к файлам, а брандмауэр не нужен в принципе, потому что в сети Plan 9 все соединения происходят с использованием протокола 9P.

Программирование

Концепция "все есть файл" существенно упрощает операционную систему и позволяет сделать процесс программирования приложений более ясным и универсальным.

Plan 9 не делает различий между локальными и удаленными ресурсами, избавляя программиста от необходимости писать лишний код, ответственный за сетевую функциональность. Все, что должна делать его программа – писать и читать файлы и производить проверки возвращаемых значений. При этом в его распоряжении находится множество специальных библиотек, служащих обертками для файлового интерфейса многих файловых серверов.

Интерфейс программирования Plan 9 составляют небольшой набор системных вызовов ядра и большое количество различных файлов, экспортируемых файловыми серверами. С большинством этих файлов можно работать без всяких оберток, через прямой вызов функций, таких как open, close, read, write и seek. Это делает API простым и легким для запоминания и использования.

Файловый интерфейс можно использовать из любого языка программирования без необходимости писать дополнительный связующий код. Так, с помощью языка командного интерпретатора программист может создать функционально-эквивалентный аналог почти любого приложения, доступного в Plan 9. То же самое можно сказать относительно любого другого языка.

Особого внимания заслуживает и тот факт, что Plan 9 не делает различий между процессами и нитями. Системный вызов rfork, предназначенный для разветвления процесса, принимает аргумент, используя который программист может указать, какие из ресурсов родительского процесса могут быть разделены с потомком, скопированы или созданы заново. Он позволяет тонко управлять "весом" потомка, который может стать легковесной нитью, разделяющей большинство ресурсов с родителем, или полноценным процессом, набор ресурсов которого обособлен. Системный вызов rendezvous обеспечивает синхронизацию процессов, позволяя организовать коммуникационные каналы, различные виды блокировок и механизмы перевода в состояние ожидания и активизации.

Inferno

В 1995 году компания Lucent Technologies, новый владелец исследовательских лабораторий Bell Labs, перевела многих разработчиков Plan 9 в другую команду, которая занялась созданием операционной системы Inferno, построенной на базе Plan 9. Руководство компании не без оснований полагало, что Plan 9, способная прозрачно и легко работать на компьютерах, организованных в распределенную вычислительную сеть, отлично покажет себя на маломощных мобильных устройствах и терминалах, которые в то время были просто обязаны перекладывать львиную долю своих функций на другие машины, чтобы обеспечить оптимальную производительность и удобство использования.

В результате родилась Inferno, операционная система, вобравшая в себя все преимущества Plan 9 и обладающая рядом уникальных черт. В основе новой ОС лежало урезанное ядро Plan 9 с переработанной графической подсистемой, выше располагалась высокопроизводительная виртуальная машина Dis, предназначенная для исполнения переносимого процессорно-независимого байткода, а в качестве языка прикладного программирования использовался Limbo, высокоуровневый модульный язык со встроенной поддержкой многопоточного программирования. Кроме того, Inferno обладала способностью работать не только на многих процессорных архитектурах, но и быть приложением внутри существующих ОС, таких как Windows, Linux, Solaris, AIX и других.

Эти особенности делали Inferno идеальной площадкой для организации самых разных распределенных систем. Inferno работала в буквальном смысле на всем, позволяла переносить приложения между платформами не только без модификации, но и без перекомпиляции. Протокол 9P (переименованный в Styx) обеспечивал простой унифицированный способ доступа к ресурсам. Язык Limbo превращал разработку распараллеленных приложений в развлечение.

Виртуальная машина

Несмотря на использование виртуальной машины (ВМ), которая в теории должна была привести к резкому падению скорости исполнения приложений, операционная система показывает впечатляющую производительность. И тому есть простое объяснение: Inferno – коммерческий продукт, поэтому при проектировании Dis исследователи из Bell Labs пошли против принципов и сделали все, чтобы сделать ВМ более привлекательной, с коммерческой точки зрения, технологией. В результате Dis обзавелась следующими характеристиками:

  1. Dis – виртуальная машина типа "память-в-память". В отличие от Java VM и многих других стековых виртуальных машин, Dis обладает наиболее оптимальной для реализации JIT-архитектурой. Если в режиме интерпретации производительность Dis ниже стековых виртуальных машин, то ее JIT-компилятор с легкостью обгоняет своего аналога в стековых ВМ, а уровень потребления памяти остается минимальным. Архитектура "память-в-память" усложняет компилятор, но позволяет сделать JIT-компилятор гораздо более простым и быстрым.
  2. Набор инструкций виртуальной машины максимально приближен к набору инструкций современных процессоров. Это означает, что для интерпретации достаточно большого количества инструкций виртуальной машине необходимо выполнить всего 1–2 инструкции целевого процессора (вместо 10–20 в других ВМ).
  3. Dis реализует избыточный набор высокоуровневых инструкций (CISC-машина) вместо минимального и единственно необходимого (RISC-машина, к которой можно отнести большинство других ВМ). Наравне с такими низкоуровневыми инструкциями, как сложение, вычитание, умножение, сдвиг, переход и т.д., словарь Dis составляют инструкции для работы с каналами, списками, массивами, инструкции для порождения потоков, загрузки модулей и т.д. Все они способствуют ускорению исполнения приложений, написанных на Limbo, но никак не привязывают виртуальную машину к единственному языку.
  4. Dis использует гибридный сборщик мусора. Большая часть мусора собирается с помощью подсчета ссылок, в то время как помечающий сборщик собирает данные в режиме реального времени. В отличие от Java VM и других, набор инструкций Dis не создает сложностей в отслеживании ссылок на копируемые объекты, а значит, память может быть освобождена без промедлений и вызов помечающего сборщика отложен.
  5. Наиболее требовательные к ресурсам компоненты операционной системы Inferno реализованы на языке Си. Inferno насчитывает семь встроенных модулей, включая sys (системные вызовы и часто используемые функции), draw (работа с видеоадаптером и графическими примитивами), Tk (библиотека графических виджетов, на которых строится интерфейс большинства приложений), freetype (растеризатор шрифтов) и keyring (алгоритмы шифрования, работа с сертификатами и т.д.). Каждый из них реализован на языке Си и потому исполняется с почти максимально возможной скоростью.

Limbo

Кроме переносимости и производительности, Inferno обладает еще одной очень важной особенностью: наличием языка прикладного программирования Limbo, который был разработан с нуля специально для Inferno и существует только в рамках этой ОС. Его синтаксис во многом повторяет синтаксис Си, но имеет вкрапления из множества других языков. Характеристики этого языка несколько необычны, но более чем разумны.

  1. Строгая типизация. Limbo – язык со строгой типизацией, а это значит, что в нем нет указателей, подобных Си (есть ссылки, но в них нельзя записать произвольный адрес), нет неявного преобразования типов (в то время как явное всегда дает ожидаемый результат). Проверка типов осуществляется как на этапе компиляции, так и во время исполнения. Все это способствует повышению безопасности и более ожидаемому поведению приложений, а также позволяет отказаться от использования блока MMU-процессора для изоляции данных процессов/потоков и таким образом повысить производительность ОС (Inferno в принципе не позволяет исполнять сторонний код ниже виртуальной машины).
  2. Модули. Limbo – модульный язык, что вкупе со стилем объявления/инициализации переменных делает его похожим на язык Modula. Начав изучать Inferno, вы заметите, что в ней нет понятия исполняемых файлов и библиотек. Весь скомпилированный Dis-байткод хранится в модулях, каждый из которых может быть как запущен из командной строки, так и использован другим модулем в качестве библиотеки функций. При этом код модуля исполняется в отдельном потоке, не дублируется в памяти и может быть загружен многократно. Если вы работали с операционными системами Oberon и AOS, то поймете, о чем я говорю.
  3. Поддержка параллельного программирования. Limbo ведет свою историю от Newsqueak, предком которого был Squeak, экспериментальный язык Роба Пайка, предназначенный для параллельного программирования. Язык поощряет создание многонитевых приложений, всячески этому содействуя. Так, в Limbo (и, соответственно, Dis) встроена поддержка двунаправленных каналов (буферизированных и небуферизированных), оператор создания нового потока spawn и оператор выбора канала alt, по своему назначению сходный с системными вызовами epoll в Linux, kqueue во FreeBSD и /dev/poll в Solaris.
  4. Высокоуровневые конструкции. Limbo поддерживает такие типы данных, как строки, списки, кортежи и абстрактные типы данных (нечто вроде структур, которые могут инкапсулировать не только данные, но и функции), а также специальные конструкции для работы с ними. Так, строки разрешается складывать, сравнивать, обрезать, преобразовывать в массивы, списки можно обрабатывать с помощью конструкций языка для получения их головы и хвоста, кортежи можно преобразовывать в массивы и т.д.

Следующий код, размещенный на сайте Vita Nuova (текущий владелец Inferno, http://www.vitanuova.com), демонстрирует то, как в Limbo происходит работа с потоками и каналами:

implement Timer2; include "sys.m"; sys: Sys; include "draw.m"; Timer2: module { init: fn (nil: ref Draw->Context, argv: list of string); }; init(nil: ref Draw->Context, argv: list of string) { sys = load Sys Sys->PATH; sync:= chan of int; n:= len argv; spawn timer(sync, n); sys->print("Command Line Parameters\n"); for (i:= 0; i < n; i++) { <-sync; sys->print("%d: %s\n", i, hd argv); argv = tl argv; } } timer(sync: chan of int, n: int) { for (i:= 0; i < n; i++) { sys->sleep(1000); sync <-= 1; } }

Исполнение приложения начинается с функции init() . Строка " sync:= chan of int; " создает канал для передачи сообщений типа int . С помощью оператора spawn порождается новый поток, исполняющий функцию timer , которая каждую секунду посылает в канал сообщение "1". При этом родительский процесс входит в цикл, который блокируется до появления сообщения в канале (<-sync;) , а после этого печатает аргумент командной строки. Количество проходов цикла равно количеству аргументов командной строки, а результатом программы будет печать всех аргументов с интервалом в одну секунду.

Совместимость

Имея виртуальную машину и новый язык, Inferno совсем не теряет совместимости с уже существующими приложениями. Работая поверх другой ОС, Inferno позволяет вызывать другие приложения этой ОС, используя специальный интерфейс, поэтому в тех случаях, когда Inferno используется в качестве платформы для создания распределенных приложений, уже существующие приложения могут быть без каких-либо изменений запущены внутри Inferno-окружения. Интерфейс встроенных модулей позволяет встроить любой Си-код в ядро Inferno, создать интерфейс для доступа к этому коду из Limbo и таким образом расширить функциональность среды исполнения. В комплект входит реализация протокола 9P/Styx, написанная на языке Си для POSIX-совместимых платформ. Ее задача: связать Inferno с любыми внешними приложениями как внутри одной ОС, так и удаленно.

Заключение

Plan 9 очень гибкая, но требующая переосмысления принципов построения программных систем, операционная система. Сегодня она используется множеством энтузиастов по всему миру в качестве распределенной ОС. IBM использует Plan 9 и некоторые компоненты Inferno на одной из своих суперкомпьютерных систем Blue Gene/L, построенной на базе 64000 процессоров. Plan 9 использовалась для управления системой освещения стадиона на олимпийских играх в Сиднее в 2000 году. Это живая ОС, которая могла бы стать будущим, если бы ее ниша не была занята UNIX, которая, по словам Эрика Реймонда (Eric Steven Raymond), "скрипит, гремит и имеет очевидные пятна ржавчины, однако она выполняет свою работу достаточно хорошо для того, чтобы удерживать позиции".

В то же время Plan 9 оставила свой след и в UNIX. Системные вызовы rfork во FreeBSD и clone в Linux смоделированы по образу и подобию своего аналога из Plan 9, файловая система /proc в Linux и FreeBSD была заимствована из Plan 9, файловая система /sys в Linux точно следует модели файловых серверов Plan 9, предоставляя способ получения информации об оборудовании без использования вызовов ioctl. Кодировка UTF-8, сегодня используемая всюду, от ОС UNIX и до Web-приложений, была создана для использования в Plan 9.

Inferno, с другой стороны, могла бы стать отличной, производительной, продуманной и удобной для программистов платформой, способной "заткнуть за пояс" Java и C# вместе взятые. Она смогла бы потягаться с erlang и стала бы отличной ОС для встраиваемых устройств. Но всего этого не произошло благодаря скудной рекламе, завышенной цене, головотяпству компаний-владельцев и отвратительному, с точки зрения маркетинга, названию.

Inferno имеет множество преимуществ перед другими платформами, но для понимания ее философии, не говоря уже о переходе, требуется слишком резкое изменение угла зрения, для чего в большинстве случаев нет ни времени, ни средств. Если же вы хотите найти идеи Inferno в современном мире, то взгляните на Android, которая оснащена сходной с Dis виртуальной машиной, использует компоненты, написанные на языке Си для повышения производительности, и даже имеет механизм передачи сообщений для общения процессов.

Описание Inferno

Напишите отзыв о статье "Inferno (операционная система)"

Примечания

См. также

Ссылки

  • (англ.)
  • с официальными исходниками (англ.)
  • (рус.)
  • (рус.)
  • (рус.)
  • (рус.)
  • - статья, содержащая перечень ссылок на другие ресурсы по Inferno (рус.)
  • (англ.)
  • (рус.)
  • (рус.)
Для серверов
или рабочих станций

Не Unix-подобные
Встраиваемые
Другие

Отрывок, характеризующий Inferno (операционная система)

– Это метампсикова, – сказала Соня, которая всегда хорошо училась и все помнила. – Египтяне верили, что наши души были в животных и опять пойдут в животных.
– Нет, знаешь, я не верю этому, чтобы мы были в животных, – сказала Наташа тем же шопотом, хотя музыка и кончилась, – а я знаю наверное, что мы были ангелами там где то и здесь были, и от этого всё помним…
– Можно мне присоединиться к вам? – сказал тихо подошедший Диммлер и подсел к ним.
– Ежели бы мы были ангелами, так за что же мы попали ниже? – сказал Николай. – Нет, это не может быть!
– Не ниже, кто тебе сказал, что ниже?… Почему я знаю, чем я была прежде, – с убеждением возразила Наташа. – Ведь душа бессмертна… стало быть, ежели я буду жить всегда, так я и прежде жила, целую вечность жила.
– Да, но трудно нам представить вечность, – сказал Диммлер, который подошел к молодым людям с кроткой презрительной улыбкой, но теперь говорил так же тихо и серьезно, как и они.
– Отчего же трудно представить вечность? – сказала Наташа. – Нынче будет, завтра будет, всегда будет и вчера было и третьего дня было…
– Наташа! теперь твой черед. Спой мне что нибудь, – послышался голос графини. – Что вы уселись, точно заговорщики.
– Мама! мне так не хочется, – сказала Наташа, но вместе с тем встала.
Всем им, даже и немолодому Диммлеру, не хотелось прерывать разговор и уходить из уголка диванного, но Наташа встала, и Николай сел за клавикорды. Как всегда, став на средину залы и выбрав выгоднейшее место для резонанса, Наташа начала петь любимую пьесу своей матери.
Она сказала, что ей не хотелось петь, но она давно прежде, и долго после не пела так, как она пела в этот вечер. Граф Илья Андреич из кабинета, где он беседовал с Митинькой, слышал ее пенье, и как ученик, торопящийся итти играть, доканчивая урок, путался в словах, отдавая приказания управляющему и наконец замолчал, и Митинька, тоже слушая, молча с улыбкой, стоял перед графом. Николай не спускал глаз с сестры, и вместе с нею переводил дыхание. Соня, слушая, думала о том, какая громадная разница была между ей и ее другом и как невозможно было ей хоть на сколько нибудь быть столь обворожительной, как ее кузина. Старая графиня сидела с счастливо грустной улыбкой и слезами на глазах, изредка покачивая головой. Она думала и о Наташе, и о своей молодости, и о том, как что то неестественное и страшное есть в этом предстоящем браке Наташи с князем Андреем.
Диммлер, подсев к графине и закрыв глаза, слушал.
– Нет, графиня, – сказал он наконец, – это талант европейский, ей учиться нечего, этой мягкости, нежности, силы…
– Ах! как я боюсь за нее, как я боюсь, – сказала графиня, не помня, с кем она говорит. Ее материнское чутье говорило ей, что чего то слишком много в Наташе, и что от этого она не будет счастлива. Наташа не кончила еще петь, как в комнату вбежал восторженный четырнадцатилетний Петя с известием, что пришли ряженые.
Наташа вдруг остановилась.
– Дурак! – закричала она на брата, подбежала к стулу, упала на него и зарыдала так, что долго потом не могла остановиться.
– Ничего, маменька, право ничего, так: Петя испугал меня, – говорила она, стараясь улыбаться, но слезы всё текли и всхлипывания сдавливали горло.
Наряженные дворовые, медведи, турки, трактирщики, барыни, страшные и смешные, принеся с собою холод и веселье, сначала робко жались в передней; потом, прячась один за другого, вытеснялись в залу; и сначала застенчиво, а потом всё веселее и дружнее начались песни, пляски, хоровые и святочные игры. Графиня, узнав лица и посмеявшись на наряженных, ушла в гостиную. Граф Илья Андреич с сияющей улыбкой сидел в зале, одобряя играющих. Молодежь исчезла куда то.

Вот уже почти тридцать лет Plan 9 будоражит умы юниксоидов. Операционная система, на десятилетия опередившая свое время, оказалась просто не нужна и была выброшена на обочину айтишного мира. Inferno, ее преемница, оказалась еще менее востребованной и в конце концов нашла свою смерть в руках никому не известной компании Vita Nuova. Однако обе системы и по сей день продолжают допиливаться отдельными разработчиками и даже применяются для решения узкого круга задач. Появилось множество форков, большая часть из них умерли, а некоторые живут и по сей день. Едва ли не самый интересный из них - Node9, симбиоз платформы Inferno и языка Lua, способный потягаться с великим и ужасным Erlang.

Вместо введения

Я уже давно слежу за развитием Inferno и Plan 9, читаю листы рассылки, оцениваю форки, время от времени всплывающие на GitHub, а нередко и сам пишу что-нибудь незамысловатое на Limbo, стандартном языке Inferno. Поэтому проект Node9, базирующийся на идеях Inferno и использующий один из моих любимых и, как мне кажется, сильно недооцененный язык Lua, сразу привлек мое внимание. И как оказалось, не зря. Проект действительно оказался более чем серьезным и гораздо более развитым, чем все остальные «варианты» системы, виденные мной до этого. Что такое Node9? В терминологии самих разработчиков это hosted operating system, а в более привычной нам формулировке - среда или даже, лучше сказать, платформа для запуска распределенных приложений. Node9 базируется на идеях и технологиях Inferno и Plan 9, которые должны быть известны многим читателям. Тем не менее без некоторых пояснений не обойтись.

В свое время в основу Plan 9 легла идея единого IPC-механизма, который бы позволял обмениваться данными как локальным, так и удаленным процессам. Предполагалось, что вся система будет построена вокруг этого механизма, поэтому уже на ранних этапах разработки ОС был спроектирован протокол 9P (в Inferno его переименовали в Styx), отвечающий за его реализацию. А все остальные компоненты системы, включая драйверы, графический стек и обычные приложения, использовали его для взаимодействия друг с другом.

Ключевая особенность 9P в том, что, по сути, это протокол доступа к удаленным (и локальным) файлам. Поэтому в Plan 9 буквально все было представлено (синтетическими) файлами, начиная от указателя мыши и заканчивая сетевым стеком. Многие вполне обычные приложения также предоставляли доступ к «своим файлам» с целью обмена данными с другими приложениями. Даже настройка системы осуществлялась не через конфиги, а с помощью скриптов, записывающих те или иные значения в файлы. А самое главное - одна Plan 9 машина могла смонтировать всю или часть файловой системы другой машины по сети и использовать ее файлы для взаимодействия с удаленными приложениями, то есть, по сути, выполнять удаленный вызов процедур (RPC). Такой подход позволял из коробки получить многие интересные вещи, включая удаленный рабочий стол (дисплей, клавиатура и мышь - это ведь тоже файлы), удаленный доступ к периферии, простое и удобное масштабирование вычислительных систем. Мой излюбленный пример - реализация NAT. В Plan 9 она вообще не нужна, достаточно смонтировать каталог /net (содержит файлы сетевого стека) удаленной машины поверх локального, и все запущенные после этого приложения будут использовать сетевой стек этой машины.

По идее, такой трюк не должен работать, так как для доступа к сетевому стеку удаленной машины нужен сетевой стек локальной. Но в Plan 9 это работает, благодаря так называемым пространствам имен. Это еще один ключевой механизм Plan 9, который гарантирует, что любые изменения файлового дерева, видимого одному процессу, не отразятся на файловых деревьях, видимых другим процессам. Возвращаясь к примеру с NAT, это значит, что смонтированный сетевой стек удаленной машины будет виден только смонтировавшему его процессу и его потомкам, тогда как все остальные процессы будут продолжать работать с локальным сетевым стеком. Это очень мощный механизм, позволяющий создавать различные окружения для процессов, а также контролировать их доступ к ресурсам (кстати, песочницы OpenVZ, LXC и Docker в Linux используют ту же идею пространств имен).

Последнее, что важно для нас в контексте введения в Node9, - это каналы и потоки. Язык Limbo, используемый в Inferno по умолчанию, оснащен очень простой и эффективной системой многопоточности, которая, кстати говоря, впоследствии перекочевала в язык Go. Суть ее проста до безобразия: в любой момент любую функцию можно отправить в отдельный поток, вызвав ее с помощью ключевого слова spawn. Нечто подобное есть в чистом Lua и некоторых других языках, но важно не это. Важно то, что при вызове такой функции можно указать в ее аргументах канал передачи данных (есть такой тип данных в Limbo), через который она сможет общаться с дочерним потоком. Это называется модель многопоточности CSP , и она применяется в Limbo и Go для синхронизации потоков и обмена данными между ними. Но что самое интересное, канал можно превратить в файл! И конечно же, этот файл (точнее, каталог, его содержащий) можно смонтировать с удаленной машины. Брюки превращаются… в распределенное приложение.

Соберем все это вместе и получим потрясающую платформу для создания распределенных приложений. Проблема только в том, что Plan 9 сама по себе довольно маргинальная система, и внедрять ее в продакшен никто не будет. Inferno, с другой стороны, способна работать поверх других систем, включая Linux, OS X и Windows, но использует язык Limbo, который хоть и имеет низкий порог вхождения, но почти никому не известен и не располагает хорошей базой готовых библиотек. Именно по этой причине появился Node9.

Кто и как использует Inferno и Plan 9

  • Компания Coarid применяет Plan 9 и ее компоненты в своих решениях NAS.
  • IBM использовала Plan 9 и некоторые компоненты Inferno на одной из своих суперкомпьютерных систем Blue Gene/L, построенной на базе 64 тысяч процессоров.
  • ОС Plan 9 использовалась для управления системой освещения стадиона на Олимпийских играх в Сиднее в 2000 году.
  • Долгое время операционная система Inferno применялась в некоторых аппаратных решениях Lucent (позднее Alcatel-Lucent), таких как файрволы и шлюзы. Достоверно известно, что внутри Lucent Managed Firewall, Lucent VPN Firewall Portfolio и Lucent Pathstar скрыта именно ОС Inferno.
  • На основе операционной системы Inferno работали некоторые модели аппаратов для SIP-телефонии, в частности Philips IS2630 и Alcatel Webtouch.
  • Некоторые исследовательские центры и университеты выбирают Inferno в качестве платформы для grid-вычислений: Cambridge Crystallography Data Centre (CCDC), The University of York Department of Biology, Rutgers University Libraries, Evotec OAI AG (Deutsche Boerse EVT; TecDAX 30), Montclair State University.

Inferno, LuaJIT, libuv и все-все-все

Итак, Node9 - это симбиоз низкоуровневой части hosted-версии (работающей поверх другой ОС) Inferno, быстрого JIT-компилятора LuaJIT и библиотеки асинхронной обработки событий libuv, изначально разработанной для Node.js, а теперь используемой и другими проектами. Что все это дает стороннему разработчику? Ну, во-первых, это, конечно же, весь тот комплекс фирменных технологий Inferno / Plan 9 с возможностью писать софт на достаточно распространенном и очень простом в освоении языке Lua, снабженном эффективным JIT-компилятором LuaJIT.

В-вторых, это простая многопоточная модель, реализованная внутри самой платформы. В Node9 все процессы и потоки работают внутри одного процесса нижележащей ОС. Это значит, что для переключения между потоками не потребуется переключение контекста, а это может дать серьезный выигрыш в производительности. Ну и плюс ко всему уже обсуждавшаяся ранее модель CSP на основе функций, каналов и файлов, привязанных к каналам. CSP намного эффективнее традиционных реализаций многопоточности и, по сути, решает почти все проблемы распараллеленных приложений. Потоки здесь не делят одно адресное пространство (область видимости потока = области видимости функции), они не получают доступ к одним и тем же данным, а вместо этого используют синхронные сообщения (нет проблемы блокировок), их очень просто синхронизировать.

В-третьих, эффективная система асинхронной обработки событий (I/O, TCP, UDP, TTY), не погружающая программиста в callback hell, известный любому разработчику на Node.js. Node9 опирается на libuv во всем, что касается обработки ввода-вывода. Поэтому даже системные вызовы (если их можно так назвать в контексте «ОС, работающей поверх ОС») здесь реализованы через «событийный цикл». Работает это так. Планировщик Node9 последовательно передает управление каждому работающему потоку до тех пор, пока один из них не сделает системный вызов. В этот момент запускается примерно такая функция (в данном случае функция read):

Function S.read(vp, s_read, fd, buf, nbytes) s_read.fd = fd s_read.buf = buf s_read.nbytes = nbytes n9.sysreq(vp, n9.Sys_read) coroutine.yield() return s_read.ret end

Она помещает системный вызов в очередь libuv (функция n9.sysreq()), затем приостанавливает исполнение текущего потока и возвращает управление обратно. После этого планировщик передает управление следующему потоку, а по исчерпании очереди потоков запускает один проход событийного цикла libuv (проверка, получены ли запрошенные данные, в данном случае с диска или по сети, Node9 не делает различий). Затем все начинается сначала. Если же в ходе цикла libuv обнаруживает получение данных, управление возвращается сделавшему системный вызов потоку. Вдумчивый читатель может сказать, что все это сильно напоминает идею так называемых зеленых потоков , реализованную в Smalltalk, Tcl, Erlang, и будет абсолютно прав. Как и ее родоначальница Inferno, Node9 полностью основана на этой модели, но с привлечением возможностей libuv и языком Lua вместо Limbo. Реализация программной платформы на основе «зеленых потоков» уже неоднократно доказывала свою эффективность, и она почти не проигрывает событийной модели, применяемой в Node.js и nginx. Однако в отличие от последних она позволяет «просто писать код» и не переиначивать свое мышление в пользу callback-ориентированного программирования, что чревато ошибками и сильным запутыванием кода.

Благодаря тому что Node9 построена вокруг протокола 9P, ее приложения очень просто связать с приложениями на любых других языках, для которых есть библиотека с реализацией 9P. А таких языков много, это чистый си, Go, Java и множество других. И да, все они будут доступны удаленно.

Пробуем

В данный момент Node9 находится в стадии пре-бета. Работать она работает, софт запускать позволяет, планировщик планирует, libuv обрабатывает, однако многие функции Inferno до сих пор остаются нереализованными. Например, пока что нет возможности создать файловый сервер (в терминологии Plan 9 / Inferno это приложение, экспортирующее собственные интерфейсы через файлы), невозможно смонтировать каталоговую структуру удаленной машины, но можно открыть для монтирования для Plan 9 машин. Тем не менее с платформой уже есть смысл познакомится хотя бы для оценки ее возможностей в текущем состоянии (веб-приложение для нее можно написать уже сейчас).

Итак, Node9 доступна на GitHub и в данный момент умеет работать только в OS X и Linux, а после полного перевода системы на libuv заявлена поддержка множества других систем. Устанавливаем git и клонируем репозиторий:

$ git clone https://github.com/jvburnes/node9.git $ cd node9

Сборка системы осуществляется с помощью приложения premake , а для сборки LuaJIT понадобится еще и automake. Все остальные инструменты сборки стандартные, поэтому установки пакета build-essential в Ubuntu и его аналогов в других дистрибутивах будет достаточно. После этого просто запускаем сборочный скрипт и ждем:

$ ./rebuild.sh

После успешного завершения компиляции запускаем систему (любители белых яблочек заменяют LD_LIBRARY_PATH на DYLD_LIBRARY_PATH):

$ export LD_LIBRARY_PATH=./lib $ bin/node9

На экран должно вывалиться приглашение командной строки. Это местный шелл, возможностей у него кот наплакал: стандартные cd, ls, cat и несколько команд, которые ты найдешь в каталоге fs/appl. Сама система будет заперта в песочнице, корнем которой будет каталог fs внутри каталога с установленным Node9. Предварив команду пробелом, ее можно превратить в Lua-выражение. Никаких стандартных для UNIX пайпов и перенаправления ввода-вывода пока нет, только три команды, только хардкор.


Для запуска своего Lua-скрипта просто кладем его в fs/appl, а затем запускаем как обычную команду, опустив расширение (.lua). API здесь отличается от стандартного Lua. Базовые «системные вызовы» включены в модуль sys. Чтобы ознакомиться с ними, можно почитать исходник appl/syscall.lua. Модуля для сетевого взаимодействия нет вообще, вместо него, как и положено, файлы, в данном случае каталог /net. Чтобы узнать, как с ним работать, можно почитать исходники в каталоге fs/appl. Также в состав включена Lua-библиотека Penlight с набором функций для манипуляции с разными типами данных. В остальном ничего экстраординарного. Обычный проект в своей постначальной стадии развития. Готовый каркас, который осталось только допилить и завернуть в красивую упаковку.



Выводы

Node9 - более чем интересный проект. Его разработчики решили исправить то, чем Inferno всегда отпугивала программистов. Я сильно сомневаюсь, что эта система когда-нибудь приобретет большую известность, хотя бы потому, что Lua у многих программистов не ассоциируется с чем-то серьезным (даже если таковым является). Но свою нишу она вполне способна занять, благо большая часть работ по разработке платформы уже выполнена.

As a demonstration, Inferno also ran as a plug-in under Internet Explorer version 4.

Each Inferno system presents an identical environment to the applications, irrespective of the underlying host OS or architecture, allowing the developer to work with a truly homogeneous environment across multiple different platforms.

Portable Applications
Inferno applications are written in Limbo® , a modern, safe, modular, concurrent programming language with C-like syntax. It is more powerful than C but considerably easier to understand and debug than C++ or Java. It is easy to express the concurrency in the physical world directly in Limbo"s syntax. Any Inferno application will run identically on all Inferno platforms.

Portable Code
Limbo code is compiled into architecture independent code for the Dis® Virtual Machine , with a compact representation. Dis can be interpreted directly (saving space), or compiled on the fly for a given target processor (saving time). The choice can be made at run-time, per module. The Dis architecture was carefully designed to make on-the-fly code generation straightforward. Its instructions are easy to implement.

Transparent Resources
Inferno offers complete transparency of resources and data using a simple but powerful "namespace" system. By representing resources as files and having one standard communication protocol — 9P (Styx®) — resources such as data stores, services and external devices can easily be shared between Inferno systems. A resource interface may be imported to the local system and used by the applications without them knowing, or needing to know, whether it is local or remote.

Security
High level security is an important part of the Inferno system. By using one standard protocol for all network communication, security can be focused on one point and provided at a system level. Inferno offers full support for authenticated, encrypted connections using a certificate based user identification scheme and variety of algorithms including:

  • IDEA, 56 bit DES, 40, 128 and 256 bit RC4 encryption algorithms
  • MD4, MD5 and SHA secure hash algorithms

A Complete Solution
Inferno is not only an operating system, it is also a complete development environment, providing all the tools necessary for creating, testing and debugging the applications that run within it.

  • Acme IDE: includes editor, shell, advanced pattern matching tools & more
  • Fast Compiler: with full syntax and compile time type checking
  • Graphical Debugger: with full stack trace for currently executing threads
  • Powerful Shell: with sophisticated scripting capabilities
  • UNIX like commands: including bind, grep, gzip, mount, ps, tar, yacc...
To see how Vita Nuova and Inferno can provide a solution for you, contact us or select one of the links below.

знакомство с ОС Inferno

Давно мы не расказывали вам о новых операционных системах. А ведь мир не стоит на месте, и рынок ОС вовсе не ограничивается Linux, Windows и *BSD, о которых информация – как в СР, так и в других бумажных и электронных изданиях – появляется с завидной регулярностью.
А тут как раз и повод хороший появился: в новостных лентах промелькнуло сообщение о выходе (и доступности для бесплатного скачивания) 4-й версии ОС с адским (в таком контексте обычно говорят «инфернальным», но в нашем случае выйдет тавтология:) названием Inferno. Но поскольку мы уверены, что по крайней мере половина наших читателей отродясь не слышала об этой ОС, и по сему не знают – радоваться такой новости или нет, мы решили посвятить Inferno целый «полноформатный» материал, за основу которого была взята статья разработчиков этой системы. Кстати, посмотрите на список авторов в конце статьи, уверены -- вы будете приятно удивлены;)

вступление

Операционная система Inferno разработана Центром по Компьютерным Исследованиям Bell Labs, научно-исследовательским подразделением Lucent Technologies. В дальнейшем ее разработку продолжили другие подразделения Lucent, а на сегодняшний день эксклюзивные права на эту систему принадлежат английской софтверной компании Vita Nuova.
Основное назначение системы - создание аппаратно-независимых распределенных вычислительных систем и использование во встраиваемых устройствах.
Inferno предназначена для использования в различном сетевом окружении, например, смартфоны, наладонные КПК, системы кабельного и спутникового телевидения, недорогие интернет-терминалы и, конечно, традиционные компьютерные системы.
Где может с успехом применяться Inferno? В сетях кабельного телевидения, прямого спутникового вещания, Интернет и любых других сетях передачи данных (и мультисервисных, конечно же).
В отличие от телефонных систем с их стандартными терминалами и сигналами, компьютерные сети разрабатываются в мире различных терминалов, сетевого оборудования и протоколов. Только хорошо разработанная, экономичная операционная система может объединить различных провайдеров контента и сервиса на различных транспортных и презентационных платформах. Как вы могли догадаться, Inferno – именно такая операционная система;)
Преимущества Inferno основываются на портируемости и гибкости в следующих направлениях:
- поддержка процессоров: в настоящее время поддерживаются Intel, Sparc, MIPS, ARM, HP PA, PowerPC, готовится поддержка других процессоров.
- поддержка различного окружения: Inferno работает как отдельная система на малых терминалах, также запускается как пользовательский процесс на Windows NT, Windows 95, Unix (Irix, Solaris, FreeBSD, Linux, AIX, HP/UX)и Plan 9. Во всех этих случаях приложения Inferno имеют одинаковый интерфейс.
- распределенная структура: идентичные окружения устанавливаются на пользовательском терминале и на сервере, каждый может импортировать ресурсы (например, доступные устройства ввода/вывода или сети) другого. Благодаря коммуникационным возможностям системы приложения могут быть легко разделены (даже динамически) между клиентом и сервером.
- минимальные требования к оборудованию: самостоятельные приложения работают на компьютере с 1 МВ памяти и не нуждаются в контроллере памяти.
- портируемость приложений: Inferno приложения написаны на типизированном языке Лимбо, и двоичное представление, генерируемое компилятором, идентично для всех платформ.
- динамическая адаптация: приложения могут, в зависимости от оборудования или других доступных ресурсов, использовать различные программные модули для выполнения специфических функций. Например, видеоплеер может использовать различные модули декодера.
В основе структуры Inferno лежит модель, предполагающая большое различие области приложений, которые должны использоваться. Многие провайдеры заинтересованы в предоставлении медиа и других сервисов: телефонный сервис, www-сервис, кабельное телевидение, торговля, различные информационные службы. Также существует много технологий связи: обычные телефонные модемы, ISDN, АТМ, Интернет, аналоговое эфирное или кабельное телевидение, кабельные модемы, цифровое видео и интерактивное телевидение.
Приложения, отвечающие текущим и будущим потребностями Lucent, связаны с управлением свитчами и маршрутизаторами. Также отметим, что внутреннюю сеть и серверы Bell Labs защищают файрволлы, основанные на Inferno.
Inferno очень бережно относится к ресурсам, что позволяет поддерживать достаточно сложные приложения на сегодняшнем оборудовании. В частности, система позволит разработчикам создавать прикладные приложения, работающие на разных устройствах. Возьмем, для примера, интерактивный покупательский каталог: возможность работы в текстовом режиме через аналоговый модем, показ картинок (возможно даже с аудио) товаров через ISDN и показ видеоклипов через цифровой канал.
Конечно, никто не заставляет вас как разработчика использовать все возможности и функции Inferno, но следует помнить - архитектура системы ограничена только требованиями и фантазиями заказчика, доступными сетевыми каналами и серверными технологиями, но не софтом.

интерфейсы Inferno

Роль системы Inferno заключается в создании нескольких стандартных интерфейсов для своих приложений:
1. Приложения используют различные внутренние ресурсы системы, такие, как виртуальная машина, которая запускает программы и модули библиотек для выполнения различных действий от простых, таких как манипуляция строками, до более сложных (работы с текстом, изображениями, высокоуровневыми библиотеками или видео).
2. Приложения существуют во внешнем окружении, которое содержит такие ресурсы, как файлы с данными, которыми можно манипулировать, и именованными объектами, которыми можно манипулировать подобно файлам, но более интенсивно. Устройства (пульт дистанционного управления, MPEG-декодер или сетевой интерфейс) представлены для приложений, как файлы.
3. Существуют стандартные коммуникационные протоколы для взаимодействия приложений как в рамках одного хоста, так и между разными хостами, на которых запущена Inferno. Таким образом Inferno-приложения могут эффективно кооперироваться.
В то же время Inferno использует интерфейсы, предоставляемые существующим окружением, таким как имеющееся оборудование или протоколы и системные вызовы операционной системы.
Типичный сервис, основанный на Inferno, состоит из множества относительно дешевых терминалов, на которых запущена Inferno как родная ОС и меньшего количества больших машин (серверов), где Inferno работает в качестве гостевой системы. На таких серверных машинах Inferno может предоставлять доступ к базе данных, транзакционной системе или другим ресурсам, предоставляемым родной операционной системой. Inferno-приложения могут быть запущены на клиентской системе, или на сервере, или на обоих.

внешнее окружение Inferno-приложений

Назначение большинства приложений Inferno - это предоставление информации или медиа данных пользователю. Такие приложения должны обнаружить местонахождение ресурса в сети и конструировать локальное представление этих данных на пользовательском устройстве. Однако большинство информационных потоков не являются односторонними: пользовательский терминал (будь то сетевой компьютер, телевизор, персональный компьютер или видеофон) также является источником некоторой информации и должен предоставлять эту информацию приложениям. Inferno во многом повторяет структуру Plan9 (родственная операционная система, также разработанная Bell Labs) в способе представления ресурсов приложениям. Эта структура следует трем принципам:
1. Все ресурсы являются именоваными и доступны в виде файлов в дереве иерархической файловой системы;
2. Раздельные иерархии ресурсов, предоставляемые различными сервисами, объединяются в одно локальное именованое пространство;
3. Коммуникационный протокол Styx используется для унификации доступа к ресурсам, локальным или удаленным.
На практике большинство приложений видят набор файлов, организованных в дерево директорий. Некоторые файлы содержат обычные данные, другие представляют собой более активные ресурсы. Устройства представлены как файлы, драйверы устройств (таких, как модем, MPEG-декодер, сетевой интерфейс или телевизионный экран) присоединенных к системе, представлены как малые директории. Эти директории обычно содержат два файла:data и ctl, которые, соответственно, определяют операции ввода/вывода и управления устройством. Системные сервисы также доступны через именованные файлы. Например, нэймсервер может быть доступен с помощью определенного имени, скажем /net/dns; после записи в этот файл доменного имени хоста, последующее чтение возвращает соответствующий IP-адрес в цифровой нотации.
Клей, который соединяет отдельные части именованого пространства имен, - это протокол Styx. В Inferno все драйверы устройств и другие внутренние ресурсы отвечают процедурной версии Styx.
Ядро Inferno содержит так называемый «драйвер монтирования», который преобразует операции файловой системы в удаленные вызовы процедур для передачи их по сети. На другом конце соединения, сервер считывает сообщения протокола Styx и реализует соответсвующие вызовы, используя локальные ресурсы. Таким образом, становится возможным импортировать часть именованого пространства (то есть доступные ресурсы)с других машин.
Расширяя приведенный выше пример: маловероятно, чтобы конечное устройство хранило код сервера имен у себя. Вместо этого, интернет браузер импортирует ресурс /net/dns прямо в собственное пространство имен с сервеpной машины в сети.
Протокол Styx находится уровнем выше и независит от транспортного протокола; он работает поверх ТСР, РРР, АТМ или различных модемных про токолов.

внутреннее окружение приложений Inferno

Inferno-программы написаны на новом языке Limbo, который создан специально для работы в Inferno. Его синтаксис навеян С и Pascal, и он поддерживает общие для этих языков стандартные типы данных и несколько высокоуровневых типов данных, таких, как списки, кортежи, строки, динамические массивы и простые абстрактные типы данных.
Кроме того, Limbo поддерживает несколько сложных конструкций, внедренных в виртуальную машину Inferno. В частности, коммуникационный механизм, channel (канал), который используется для взаимодействия различных задач Limbo на локальной машине или через сеть. Через канал передаются данные машинонезависимым способом, таким образом сложные структуры данных, включая сами каналы, могутбыть переданы между задачами Limbo или присоединены к файлам именованого пространства для взаимодействия между компьютерами на уровне языка.
Многозадачность поддерживается непосредственно языком Limbo: могут порождаться независимые потоки и для координации канального соединения между задачами используется выражение alt (т. е. alt используется для выбора одного из нескольких каналов, готовых для взаимодействия). Путем встраивания каналов и задач в язык и его виртуальную машину, Inferno представляет легкий для использования и безопасный способ взаимодействия.
Программы Limbo состоят из модулей, которые являются упакованными контейнерами с определенным интерфейсом в виде функций/методов, абстрактных типов данных и констант, определяемых внутри модуля и доступных извне. Модули доступны динамически, то есть если один модуль хочет использовать другой, то динамически вызвается load с именем вызваемого модуля и возвращается указатель на новый модуль. Когда новый модуль больше не используется, его окружение и код будут выгружены.
Гибкостью модульной структуры обусловлены небольшие рзмеры типичного Inferno-приложения. Например, в торговом каталоге, описанном выше, основной модуль приложения динамически проверяет наличие видеоресурса, и если ресурс недоступен, то видеодекодер не подгружается.
Limbo полностью проверяет правильность типов данных во время компиляции и исполнения, например, указатели (кстати более строгие, чем в С) проверяются перед использованием. Соответствие типов подгружаемого динамически модуля проверяется при загрузке. Limbo-приложения стабильно работают на машине без аппаратной защиты памяти.
Более того, все объекты системных данных и программные объекты контролируются "мусороуборщиком", жестко встроенным в Limbo. Все такие объекты отслеживаются виртуальной машиной и выгружаются после использования. Например, если приложение создает графическое окно и заканчивает свою задачу, то такое окно автоматически закрывается после того, как будут удалены все ссылки на этот объект.
Программы Limbo скомпилированны в байт-код, который содержит инструкции для виртуальной машины Dis. Архитектура арифметической части Dis представляется собой простую 3-адресную машину, обеспеченную несколькими специализированными операциями для работы с некоторыми высокоуровневыми типами данных, такими как массивы и строки. Сбор мусора выполняется ehjdytv ниже, аналогично скрыта и планировка задач. Когда байт код подгружается в память, то он разворачивается в более эффективный для исполнения формат. Существующий компилятор на лету преобразует поток инструкций Dis в машинные инструкции для аппаратного обеспечения. Такое преобразование эффективно благодаря тому, что команды Dis очень хорошо соответствуют наборам инструкций современных архитектур. Результирующий код выполняется со скоростью, сравнимой со скоростью компилированных программ С.
Уровнем ниже, чем Dis, находится ядро Inferno, которое содержит интерпретатор и компилятор реального времени, также как менеджер памяти, планировщик, драйверы устройств, стеки протоколов и тому подобное. Ядро также содержит основу файловой системы (обработчик имен и код, преобразующий операции файловой системы в удаленные вызовы процедур через существующие коммуникационные каналы).
Наконец, виртуальная машина Inferno реализует внутри себя несколько стандартных модулей. Модуль Sys, который обеспечивает системные вызовы и небольшую библиотеку подпрограмм (создание сетевых соединений, строковые операции). Модуль Draw - это основная графическая библиотека, которая работает с растрировой графикой, шрифтами и окнами. Модуль Prefab построен на Draw для поддержки структурированных комплексов, содержащих изображения и текст внутри окна. Эти объекты могут быть прокручены, выбраны, изменены с использованием методов Prefab. Модуль Тk - это новая реализация графической библиотеки Тk и интерфейсом Limbo. Модуль Math содержит процедуры программирования математических операций.

среда Inferno

Inferno создает стандартное окружение для приложений. Одно и то же приложение может быть запущено в различных типах окружения, в том числе распределенном, и увидеть идентичные ресурсы. В зависимости от окружения, в котором запущена сама Inferno, существует несколько версий ядра, Dis/Limbo-интерпретатора, наборов драйверов устройств.
Когда Inferno запущена в качестве единственной операционной системы, ядро включает в себя все необходимые низкоуровневые части (обработчики прерываний, графические и другие драйверы), которые необходимы для воплощения высокоуровневых абстракций для приложений.
В качестве гостевой системы, например под Unix или Windows, Inferno работает, как набор обычных процессов. Вместо использования собственных возможностей для управления оборудованием, Inferno использует ресурсы, предоставляемые операционной системой, под которой работает. Например, под Unix, графическая библиотека может быть реализована с использованием ХWindow, а сетевая поддержка с использованием библиотеки сокетов. В Windows Inferno использует родную графическую систему и вызовы Winsock.
Inferno написа на на стандартном языке С и большинство ее компонентов независимы от операционных систем, которые могут хостить Inferno.

безопасность в Inferno

Inferno обеспечивает безопасность коммуникаций, использования ресурсов и системной целостности.
Через каждый внешний канал данные передаются в открытом виде вместе с цифровым дайджестом для предотвращения порчи, либо зашифроваными, для предотвращения порчи и перехвата данных. Обмен ключами происходит через стандартный механизм публичных ключей. После обмена ключами шифрование и цифровые подписи используют стандартный симметричный механизм.
Inferno обеспечивает защиту от плохо написанных приложений (с ошибками или злонамеренными «отклонениями») и предоставляет возможность защищенного взаимодействия между «подозрительными» сервис-провайдерами и клиентами. Ресурсы, необходимые программе, предоставляются эксклюзивно, только в пространстве имен программы, также доступны стандартные механизмы защиты. Это относится к данным, коммуникационным каналам и собственно исполняемым файлам и библиотекам. Критические ресурсы системы доступны только через вызов модуля, который их предоставляет, в частности, добавление новых файлов и сервисов в именованое пространство контролируется и возможно только после аутентификации. Например, если сетевой ресурс удален из именованого пространства приложения, то для него становится невозможным установить сетевое соединение.
Объектные модули могут быть подписаны для подтверждения их подлинности и действительности, эти подписи могут быть проверены системой при доступе к таким модулям.
Хотя Inferno обеспечивает большое количество механизмов аутентификации и защиты, подробно описанных ниже, немного приложений требуют их реализации, по крайней мере требовать какого-то программирования для использования их.
Чаще доступ к ограниченым ресурсам через безопасный канал заранее организуется системой, в которой запущено приложение. Например, когда клиентская система использует серверную систему и проверка доступа и шифрование доступны, серверные ресурсы будут предоставлены, как часть именованого пространства приложения. Коммуникационный канал, который предоставляет протокол Styx, может быть установлен для аутентификации или шифрования. Таким образом, использование всех ресурсов автоматически защищено.

механизмы безопасности

Аутентификация и цифровые подписи представлены шифрованием с использованием открытых ключей. Публичные ключи сертифицирваны и подписаны приватными ключами организации, выдавшей сертификат.
Inferno использует шифрование для:
- постоянной аутентификации сторон;
- аутентификации сообщений между сторонами;
- шифрования сообщений.
Алгоритмы шифрования, предоставляемые Inferno, включают SHA, MD4, и MD5-хеши. публичные подписи и подтверждение подписей Elgamal, RC4- и DES-шифрование. Обмен пуб личными ключами основан на схеме Diffie Hellman. Подписи публичных ключей могут иметь длину до 4096 бит, по умолчанию 512 бит.
Не существует всеобщих национальных или международной организации для хранения или генерации публичных или приватных ключей шифрования. Поэтому Inferno включает инструмент для использования или создания доверенной организации, но не предоставляет такой организации самостоятельно, потому что это административная функция. Таким образом, организация используящая Inferno (или другую систему для защиты и обмена ключами) должна создать собственную систему для своих нужд и, в частности, решить, кому доверить сертификацию. Однако структура Inferno достаточно гибка и модульна для применения протоколов, используемых на практике.
Сертификационная организация, которая подписывает пользовательские публичные ключи, определяет размер ключа и алгоритм. Средства, предоставляемые Inferno, используют эти подписи для аутентификации. Для подписи и верификации Limbo-приложениям предоставляется библиотека интерфейсов.
Когда стороны обмениваются данными, они используют протокол Station to Station для идентификации сторон и для создания секретного ключа. Station to Station протокол использует алгоритм Diffie-Hellman для создания такого совместного секретного ключа. Протокол защищен от повторных атак выбором новых значений для каждого взаимодействия. Протокол безопасен для атак "man in the middle" за счет обмена сторонами сертификатами и затем подписанными ключевыми частями протокола. Для маскировки в качестве другой стороны атакующему необходимо имитировать подпись этой стороны.

безопасность линии

Сетевое взаимодействие может быть защищено от модификации или модификации и прослушивания. Для защиты от модификации Inferno может применять MD5- или SHA-хеш (называемый дайджест) -

hash(secret, message, messageid)

для каждого сообщения. Messageid - это 32 номер, который начинается с 0 и увеличивается на 1 для каждого следующего сообщения. То есть сообщение не может быть ни изменено, ни удалено, не может быть изменена очередность сообщений в потоке, только при условии наличия ключа или взлома алгоритма хеша.
Для защиты от прослушивания Inferno использует шифрование всего сеанса используя RC4 или DES (DESCBC, DESECB).
Inferno использует тот же формат инкапсуляции, что и Netscape"s Secure Sockets Layer. Возможна множественная инкапсуляция потока сообщений для предоставления различных уровней защиты.

случайные числа

Прочность криптографического алгоритма зависит, в частности, от случайных чисел, используемых для выбора ключей, параметров алгоритма Diffie Hellman, векторов инициализации и т. п. Inferno достигает этого в два этапа: медленный (от 100 до 200 бит в секунду) случайный битовый поток получается от семплирования битов низких разрядов свободно работающего счетчика с каждым тактом часов. Часы должны быть несинхронизированы, или малосинхронизированы со счетчиком. Этот генератор случайных чисел затем используется для изменения состояния быстрого генератора псевдослучайных чисел. Оба генератора были протестированы на множестве архитектур, используюя самокорреляцию, случайные ходы и повторяющиеся тесты.