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DragonFly BSD
sistema operativo De Wikipedia, la enciclopedia libre
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DragonFly BSD es un sistema operativo similar a Unix Software libre y de código abierto derivado de FreeBSD 4.8. Matthew Dillon, desarrollador de Amiga a finales de los 80 y principios de los 90 y desarrollador de FreeBSD entre 1994 y 2003, comenzó a trabajar en DragonFly BSD en junio de 2003 y lo anunció en las listas de correo de FreeBSD el 16 de julio de 2003.[3][4]
El objetivo inicial del proyecto fue reescribir toda la gestión de concurrencia, SMP y la mayoría de los subsistemas del núcleo.
Dillon inició DragonFly con la creencia de que las técnicas adoptadas para subprocesos y multiprocesamiento simétrico en FreeBSD 5[5] conducirían a un bajo rendimiento y problemas de mantenimiento. Trató de corregir estos problemas anticipados dentro del proyecto FreeBSD.[6] Debido a conflictos con otros desarrolladores de FreeBSD sobre la implementación de sus ideas,[7] su capacidad para cambiar directamente la base de código finalmente fue revocada. A pesar de esto, los proyectos DragonFly BSD y FreeBSD aún funcionan juntos, compartiendo correcciones de errores, actualizaciones de controladores y otras mejoras.
Diseñado como la continuación lógica de la serie FreeBSD 4.x, DragonFly se ha desviado significativamente de FreeBSD, implementando Subprocesos de núcleo ligeros, (en inglés) Light Weight Kernel Threads, LWKT, un sistema de paso de mensajes en el núcleo y el sistema de archivos HAMMER.[8] Muchos conceptos de diseño fueron influenciados por AmigaOS.[9]
Una de sus características es que posee un instalador propio, y adaptado por otras distribuciones BSD, llamado BSD Installer.
La mascota del proyecto es una libélula, Dragonfly, (en inglés).[10]
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Diseño del sistema
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Núcleo
El subsistema de mensajería del núcleo que se está desarrollando es similar a los que se encuentran en micronúcleos como Mach, aunque su diseño es menos complejo. El subsistema de mensajería de DragonFly tiene la capacidad de actuar de forma síncrona o asíncrona, e intenta utilizar esta capacidad para lograr el mejor rendimiento posible en cualquier situación dada.[11]
Según el desarrollador Matthew Dillon, se está avanzando para proporcionar capacidades de mensajería de entrada/salida (E/S) de dispositivo y sistema de archivos virtual (VFS) que permitirán cumplir el resto de los objetivos del proyecto. La nueva infraestructura permitirá migrar muchas partes del núcleo al espacio de usuario; aquí serán más fáciles de depurar, ya que serán programas más pequeños y aislados, en lugar de ser partes pequeñas entrelazadas en una porción más grande de código. Además, la migración del código del kernel seleccionado al espacio de usuario tiene la ventaja de hacer que el sistema sea más sólido; si un controlador de espacio de usuario falla, no bloqueará el núcleo.[12]
Las llamadas al sistema se dividen en versiones de kernel y de usuario y se encapsulan en mensajes. Esto ayudará a reducir el tamaño y la complejidad del kernel al mover variantes de llamadas de sistema estándar a una capa de compatibilidad de usuario, y ayudará a mantener la compatibilidad hacia adelante y hacia atrás entre las versiones de DragonFly. El código de compatibilidad con Linux y otros sistemas operativos similares a Unix se está migrando de manera similar.[13]
Subproceso (Threading)
Dado que la compatibilidad con varias arquitecturas de conjuntos de instrucciones complica la compatibilidad con el multiprocesamiento simétrico (SMP),[14] DragonFly BSD ahora limita su compatibilidad con la plataforma x86-64.[15] DragonFly se ejecutó originalmente en la arquitectura x86; sin embargo, a partir de la versión 4.0 ya no es compatible. Desde la versión 1.10, DragonFly admite subprocesos de área de usuario 1:1 (un subproceso de núcleo por subproceso de área de usuario),[16] que se considera una solución relativamente simple que también es fácil de mantener.[9] Heredado de FreeBSD, DragonFly también es compatible con subprocesos múltiples.[16]
En DragonFly, cada CPU tiene su propio planificador de subprocesos. Tras la creación, los subprocesos se asignan a los procesadores y nunca se cambian de manera preventiva de un procesador a otro; solo se migran mediante el paso de un mensaje de interrupción entre procesadores (IPI) entre las CPU involucradas. La programación de subprocesos entre procesadores también se logra mediante el envío de mensajes IPI asíncronos. Una ventaja de esta clara compartimentación del subsistema de roscado es que los cachés integrados de los procesadores en los sistemas multiprocesador simétricos no contienen datos duplicados, lo que permite un mayor rendimiento al dar a cada procesador en el sistema la capacidad de usar su propio caché para almacenar diferentes cosas en las que trabajar.[9]
El subsistema LWKT se emplea para dividir el trabajo entre varios subprocesos del kernel (por ejemplo, en el código de red hay un subproceso por protocolo por procesador), lo que reduce la competencia al eliminar la necesidad de compartir ciertos recursos entre varias tareas del kernel.[17]
Protección de recursos compartidos
Para ejecutarse de manera segura en máquinas multiprocesador, el acceso a los recursos compartidos (como archivos, estructuras de datos) debe serializarse para que los subprocesos o procesos no intenten modificar el mismo recurso al mismo tiempo. Para evitar que múltiples subprocesos accedan o modifiquen un recurso compartido simultáneamente, DragonFly emplea secciones crítica y serializa tokens para evitar el acceso simultáneo. Mientras que tanto Linux como FreeBSD 5 emplean modelos mutex detallados para lograr un mayor rendimiento en sistemas multiprocesador, DragonFly no lo hace.[14] Hasta hace poco, DragonFly también empleaba spls, pero estos fueron reemplazados por secciones críticas.
Gran parte del núcleo del sistema, incluido el subsistema LWKT, el subsistema de mensajería IPI y el nuevo asignador de memoria del kernel, no tienen bloqueo, lo que significa que funcionan sin usar mutexes, con cada proceso operando en una sola CPU. Las secciones críticas se utilizan para proteger contra interrupciones locales, individualmente para cada CPU, lo que garantiza que un subproceso actualmente siendo ejecutado no será reemplazado.[16]
Los tokens de serialización se utilizan para evitar accesos simultáneos desde otras CPUs y pueden ser retenidos simultáneamente por varios subprocesos, lo que garantiza que solo uno de esos subprocesos se esté ejecutando en un momento dado. Por lo tanto, los subprocesos bloqueados o inactivos no impiden que otros subprocesos accedan al recurso compartido, a diferencia de un subproceso que tiene un mutex. Entre otras cosas, el uso de tokens de serialización evita muchas de las situaciones que podrían generar interbloqueos e inversiones de prioridad al usar mutexes, además de simplificar enormemente el diseño y la implementación de un procedimiento de muchos pasos que requeriría compartir un recurso entre múltiples hilos. El código del token de serialización está evolucionando hacia algo bastante similar a la función "Leer-copiar-actualizar" ahora disponible en Linux. A diferencia de la implementación RCU actual de Linux, DragonFly se está implementando de tal manera que solo los procesadores que compiten por el mismo token se ven afectados en lugar de todos los procesadores en la misma computadora.[18]
DragonFly cambió a un asignador de bloques seguro multiprocesador, que no requiere mutex ni operaciones de bloqueo para las tareas de asignación de memoria.[19] Eventualmente fue portado a la biblioteca C estándar en la zona de usuarios, donde reemplazó la implementación malloc de FreeBSD.[20]
Núcleo virtual
Véase también: Núcleo Virtual
Desde la versión 1.8, DragonFly tiene un mecanismo de virtualización similar al Modo de Usuario Linux,[21] que permite a un usuario ejecutar otro kernel en el espacio del usuario. El núcleo virtual (vkernel) se ejecuta en un entorno completamente aislado con interfaces de red y almacenamiento emuladas, lo que simplifica las pruebas de los subsistemas del núcleo y las funciones de agrupación.[9][22]
El vkernel tiene dos diferencias importantes con el kernel real: carece de muchas rutinas para manejar la administración de hardware de bajo nivel y utiliza funciones de biblioteca estándar C (libc) en lugar de implementaciones en el kernel siempre que sea posible. Dado que tanto el kernel real como el virtual se compilan a partir de la misma base de código, esto significa que las rutinas dependientes de la plataforma y las reimplementaciones de las funciones libc están claramente separadas en un árbol de código fuente.[23]
El vkernel se ejecuta sobre una capa de abstracciones de hardware, proporcionadas por el kernel real. Estos incluyen el temporizador basado en kqueue, la consola (asignada a la virtual terminal donde se ejecuta vkernel), la imagen de disco y el dispositivo Ethernet de kernel virtual (VKE), canalizando todos los paquetes a la interfaz tap, a los dispositivos de red virtual del núcleo, del host.[24]
Gestión de paquetes
El software de terceros está disponible en DragonFly como paquetes binarios a través de pkgng o de una colección de Ports nativos: DPorts.[25]
DragonFly usó originalmente la colección FreeBSD Ports como su sistema oficial de gestión de paquetes, pero a partir de la versión 1.4 cambió al sistema pkgsrc de NetBSD, que se percibió como una forma de disminuir la cantidad de trabajo necesario para la disponibilidad de software de terceros.[6][26] Eventualmente, mantener la compatibilidad con pkgsrc requería más esfuerzo del previsto inicialmente, por lo que el proyecto creó DPorts, una superposición sobre la colección FreeBSD Ports.[27][28]
Soporte CARP
La implementación inicial del Protocolo de Redundancia de Dirección común (comúnmente conocido como CARP, Common Address Redundancy Protocol (en inglés), finalizó en marzo de 2007.[29] A partir de 2011, la compatibilidad con CARP está integrada en DragonFly BSD.[30]
Sistema de archivos HAMMER
Junto con el sistema de archivos Unix, que suele ser el sistema de archivos predeterminado en BSD, DragonFlyBSD es compatible con los sistemas de archivos HAMMER y HAMMER2. HAMMER2 es el sistema de archivos predeterminado a partir de la versión 5.2.0.
HAMMER fue desarrollado específicamente para DragonFly BSD para proporcionar un sistema de archivos análogo, rico en características, pero mejor diseñado que el cada vez más popular ZFS.[9][31][32] HAMMER admite el historial del sistema de archivos configurable, instantáneas (snapshots), suma de verificación, duplicación de datos y otras características típicas de los sistemas de archivos de este tipo.[21][33]
HAMMER2, el sucesor del sistema de archivos HAMMER, ahora se considera estable, se usa de forma predeterminada y es el foco de un mayor desarrollo. Los planes para su desarrollo se compartieron inicialmente en 2012.[34] En 2017, Dillon anunció que la próxima versión de DragonFly BSD (5.0.0) incluiría una versión utilizable, aunque todavía experimental, de HAMMER2, y describió las características del diseño.[35] Con el lanzamiento de la versión 5.2.0, HAMMER2 se convirtió en el nuevo sistema de archivos predeterminado.
devfs
En 2007, DragonFly BSD recibió un nuevo sistema de archivos de dispositivos (devfs), que agrega y elimina dinámicamente nodos de dispositivos, permite acceder a dispositivos por rutas de conexión, reconoce unidades por números de serie y elimina la necesidad de una jerarquía de sistema de archivos /dev rellenada previamente. Se implementó como un proyecto Google Summer of Code 2009.[36]
Instantáneas de la aplicación
DragonFly BSD es compatible con la función de aplicaciones residentes estilo Amiga: toma una instantánea del espacio de memoria virtual de un programa vinculado dinámicamente después de la carga, lo que permite que futuras instancias del programa se inicien mucho más rápido de lo que lo habría hecho de otra manera. Esto reemplaza la capacidad de vinculación previa en la que se estaba trabajando anteriormente en la historia del proyecto, ya que el soporte residente es mucho más eficiente. Los programas grandes como los que se encuentran en KDE con muchas librerías compartidas se beneficiarán más de este soporte.[37]
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Desarrollo y distribución
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Al igual que con FreeBSD y OpenBSD, los desarrolladores de DragonFly BSD están reemplazando lentamente el código C estilo prototipo previo a la función con equivalentes ANSI más modernos. Similar a otros sistemas operativos, la versión de DragonFly de GNU Compiler Collection tiene una llamada realzada el Stack-Smashing Protector (ProPolice) habilitada de forma predeterminada, que brinda protección adicional contra ataques basados en desbordamiento de búfer. A partir del 23 de julio de 2005, el núcleo ya no se compila con esta protección de forma predeterminada.[37]
Debido a que es un derivado de FreeBSD, DragonFly ha heredado un sistema de compilación integrado fácil de usar que puede reconstruir todo el sistema base desde el origen con solo unos pocos comandos. Los desarrolladores de DragonFly utilizan el sistema de control de versiones Git para gestionar los cambios en el código fuente de DragonFly. A diferencia de FreeBSD, DragonFly tiene versiones estables e inestables en un solo árbol fuente, debido a una base de desarrolladores más pequeña.[7]
Tal como otros kernels BSD (y los de la mayoría de los sistemas operativos modernos), DragonFly emplea un depurador de kernel incorporado para ayudar a los desarrolladores a encontrar errores en el kernel. Además, a partir de octubre de 2004, se instala de forma predeterminada un kernel de depuración, que hace que los informes de errores sean más útiles para rastrear problemas relacionados con el kernel, a expensas de una cantidad relativamente pequeña de espacio en disco. Cuando se instala un nuevo kernel, la copia de seguridad del kernel anterior y sus módulos se eliminan de sus símbolos de depuración para minimizar aún más el uso del espacio en disco.
Medios de distribución
El sistema operativo se distribuye como Live CD y Live USB que arranca en un sistema DragonFly completo.[21][38] Incluye el sistema base y un conjunto completo de páginas de manual, y puede incluir código fuente y paquetes útiles en futuras versiones. La ventaja de esto es que con un solo CD los usuarios pueden instalar el software en una computadora, usar un conjunto completo de herramientas para reparar una instalación dañada o demostrar las capacidades del sistema sin instalarlo. Las instantáneas diarias están disponibles en el sitio maestro para aquellos que desean instalar las versiones más recientes de DragonFly sin compilar desde el origen.
Al igual que los otros BSD libres y de código abierto, DragonFly se distribuye bajo los términos de la versión moderna de la Licencia BSD.
Historial de Versiones
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Véase también
- Distribuciones BSD
- Distribuciones basadas en DragonFly BSD
- Anexo:Comparación de los sistemas operativos BSD
- Anexo:Comparación de los sistemas operativos libres y de código abierto
- Comparison of operating system kernels - Wikipedia (en inglés)
- Lumina (entorno de escritorio)
- FreeBSD Ports
Referencias
Enlaces externos
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