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.
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.
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.
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.
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.
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.
;
3. Установка системы и приложения (Вы читаете данный раздел).
От теории - к практике. Операционная система Inferno поставляется в виде исходных текстов, которые можно скачать с официального сайта (http://www.vitanuova.com/inferno/downloads.html) или получить через систему контроля версий Mercurial (в этом случае вы получите более новую и, вероятно, менее стабильную версию системы).
Короткая инструкция по сборке находится в файле INSTALL, а за более детальным описанием можно обратиться к русскоязычной статье: http://inferno.execbit.ru/wiki.wsgi/Установка. К слову, в другом сетевом материале (http://habrahabr.ru/blogs/os inferno/42998) описан не только процесс инсталляции из исходников, но и некоторые первичные настройки, а сайт производителя предлагает подробную документацию (http://www.vitanuova.com/inferno/docs.html) уже на английском языке: полное руководство пользователя, обзор протокола Styx, описание процесса разработки приложений для ОС, документация по Limbo и т.п.
Доступность исходников позволила энтузиастам скомпилировать и запустить Inferno на платформах, поддержка которых официально не заявлена - например, на Android и Nintendo DS (см. рис. ниже).
Запуск Inferno на Nintendo DS
Для Inferno созданы текстовые редакторы, ряд серверов, клиент электронной почты, браузеры, полный пакет инструментов для разработки ПО, включающий компилятор языка Limbo и библиотеки для него, ассемблер и дизассемблер кода для виртуальной машины Dis, отладчик, профилировщик, генератор синтаксических анализаторов и прочее. Существуют даже несколько простых игр, таких как «Сапер», «Тетрис» и «Змейка».
С довольно подробным списком существующего для Inferno софта (как системного, так и прикладного) можно ознакомиться в Википедии: http://en.wikipedia.org/wiki/List of Inferno applications.
Централизованного хранилища программ для Inferno не существует, да и вообще отмечу, что сторонние приложения для Inferno - явление редкое. Однако, покопавшись на тематических ресурсах, можно кое-что отыскать.
Например, мне удалось найти VNC-просмотрщик, альтернативный менеджер окон, клиент для СУБД MySQL, клиент и сервер NFS, модули поддержки разных файловых систем, компиляторы и интерпретаторы разных языков программирования.
Некоторые разработчики создали серверы с собственным ПО для Inferno, пример тому -ресурс www.ueber.net/code (автор - Mechiel Lukkien).
Выводы
Несмотря на малую популярность, в чисто техническом плане Inferno - это, возможно, одна из самых «правильно» реализованных платформ. Причины низкой распространенности банальны: изначально не нацеленная на массы маркетинговая политика, скудный выбор программного обеспечения (и сложность портирования софта, существующего на других платформах), ограниченная поддержка оборудования и многие другие факторы. Впрочем, все это не мешает компании Vita Nuova продавать решения на основе Inferno производителям электроники, разработчикам кластеров и бизнес-приложений.
В общем, Inferno - это, безусловно, интересный проект, демонстрирующий свой взгляд на многие, казалось бы, привычные вещи. Однако существующее программное обеспечение позволяет воспринимать Inferno скорее как платформу для исполнения некоторых специфичных программ или как среду разработки, но не как ОС для повседневного использования.
Поэтому сегодня Inferno вызывает интерес лишь у компьютерных энтузиастов, программистов и редких компаний. Кроме того, Inferno - ценный источник идей, которые могут быть заимствованы для использования в более масштабных и «прикладных» проектах.
