Mac OS X Felipe Gomes Lacerda Pedro Garcia Freitas 23 de novembro de 2009

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Ágata Cesário Carreiro
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2 Modelo do kernel Microkernel: Uso mínimo de espaço de kernel Fornece apenas os mecanismos básicos; as políticas ficam a cargo do usuário Kernel: IPC baixo nível, gerenciamento de memória, escalonamento, tratamento de interrupções Usuário: sistema de arquivos, drivers, rede, segurança, IPC alto nível Mac OS X: Camadas: BSD e Mach BSD: camada Unix-like Roda em modo kernel (apenas por razões de eficiência) Mach: serviços básicos de um microkernel 2 / 21

interrupções Usuário: sistema de arquivos, drivers, rede, segurança, IPC alto nível Mac OS X: Camadas: BSD e Mach

3 Estrutura App App App libc BSD sistema de arquivos User mode rede segurança /dev Kernel mode Mach interrupções escalonador gerenciador de memória comunicação entre processos Hardware 3 / 21

4 Estrutura App App App User mode libc Kernel mode BSD sistema de arquivos rede segurança /dev Mach interrupções escalonador gerenciador de memória comunicação entre processos Hardware 4 / 21

5 Estrutura user libc kernel BSD syscalls Unix (fork(), open() etc) processo POSIX signal VFS sockets /dev thread syscalls Mach task thread exceção Msg Mach Mach escalonador gerenciador de memória IPC interrupt handler 5 / 21

thread syscalls Mach task thread exceção Msg Mach Mach

6 Processos, tasks e threads Processo: PID, arquivos abertos, lista de pai/filhos, credenciais do usuário, limites do processo, e a task correspondente Task: espaço de endereçamento, lista de threads, prioridade base e máxima, estruturas para IPC, e o endereço do processo correspondente Thread: prioridade, fila de execução, fila de espera, estatísticas de uso do processador, estado, estruturas para IPC 6 / 21

prioridade base e máxima, estruturas para IPC, e o endereço do processo correspondente Thread:

7 Escalonador Escalona threads, não processos Algoritmo: filas múltiplas com prioridade (uma fila para cada prioridade) Banda de prioridade Características Faixa Normal prioridade padrão para aplicações 0-63 de nível de usuário Prioridade alta de sistema threads do sistema que não estão na camada Mach Modo kernel threads criadas dentro do kernel que precisam executar a uma prioridade mais alta Tempo real threads que precisam de tempo de resposta bem-definido / 21

alta de sistema threads do sistema que não estão na 64-79 camada Mach Modo kernel threads criadas dentro do kernel que

8 IPC Passagem de mensagens Canais de comunicação: portas Não só entre processos: threads no mesmo processo, threads em processos diferentes e threads no kernel Serviços: pipes, signals, exceções, passagem de descritor de arquivo, POSIX IPC MIG: traduz syscalls e RPCs em mensagens 8 / 21

threads no kernel Serviços: pipes, signals, exceções, passagem de

9 Portas Base do IPC no Mac OS X Cada porta mantém uma fila de mensagens Direitos: Cada task tem os direitos de recebimento das suas portas Ela pode fornecer direitos de envio às outras tasks Cada task tem uma porta para se comunicar com o kernel Syscall é traduzida (via MIG) em uma mensagem A mensagem é enviada para essa porta 9 / 21

de envio às outras tasks Cada task tem uma porta para se comunicar com o kernel

10 Modelo de memória virtual Pmap Task Espaço de endereçamento VM Map VM Map links Pager VM object Páginas residentes Shadow objects Memory object Pager control VM Map links (lista de regiões) VM Map entry Proteção VM object Tamanho Disco 10 / 21

Shadow objects Memory object Pager control VM Map links

11 Operações Page-in 1 Quando uma task é criada, é reservado a ela um espaço de endereçamento (4 GB para 32 bits, 2 PB para 64 bits) 2 Ao acessar uma nova página, a task gera uma falha de página 3 O kernel gerencia a falha de página solicitando os dados faltantes ao pager 4 O pager pega os dados da memória secundária e os fornece ao kernel, que aloca a nova página na memória e atualiza a VM object Page-out 1 O kernel escolhe, usando o algoritmo da segunda chance, a página a ser trocada 2 Ele envia uma mensagem ao pager, que salva a página na memória secundária 11 / 21

os dados da memória secundária e os fornece ao kernel, que aloca a nova página na memória e atualiza a VM object Page-out 1 O kernel escolhe,

12 Pagers Tipos: default: paginação entre memória física e área de swap device: paginação para memória de propósito específico (dispositivos) vnode: entre memória física e arquivos Roda na camada BSD A estrutura do Mach permite que o usuário escreva seus próprios pagers Mas o Mac OS X não fornece essa flexibilidade 12 / 21

memória física e arquivos Roda na camada BSD A estrutura do Mach permite que o

13 Outros recursos O kernel possui o mesmo espaço de endereçamento que aplicações normais Copy-on-write (COW): técnica de otimização para redução de overhead na cópia de páginas Fundamental para fork(), IPC 13 / 21

(COW): técnica de otimização para redução de

14 I/O Kit Modelo simplificado de abstração de hardware simulado pelo paradigma orientado a objetos (C++) Cada tipo de dispositivo é abstraído por uma classe em C++ derivada de uma família A família não usa detalhes do hardware, mas em geral encapsula informações definidas num padrão Exemplos: porta paralela SCSI, USB Drivers se comunicam usando nubs Nubs também são usados para encontrar o driver para o dispositivo Dispositivos: arquivos em /dev (Unix-like) Mas o recomendável é usar a API do I/O Kit 14 / 21

informações definidas num padrão Exemplos: porta paralela SCSI, USB Drivers se comunicam usando nubs Nubs também são usados

15 Hierarquia IONetworkStack Nub IOEthernetInterface IOEthernetController Driver Driver Driver Nub IOPCIDevice Driver IOPCIBridge 15 / 21

16 Sistemas de arquivos Suporte a diversos sistemas de arquivos: HFS+, UFS, NFS, NTFS, ISO 9660, SMB, FAT, UDF VFS: provê transparência no acesso aos dados, independente do sistema de arquivos real Usuário arquivo HFS+ arquivo UFS Kernel VFS vnode operações HFS+ dados vnode operações UFS dados cnode inode 16 / 21

independente do sistema de arquivos real Usuário arquivo HFS+ arquivo UFS

17 HFS+ Suporta arquivos de até 2 63 bytes Hierarquia representada por uma árvore B+ Extents: regiões do arquivo cujos blocos são alocados contiguamente Os primeiros oito extents do arquivo são guardados nessa árvore Arquivos pequenos com muitos extents são desfragmentados dinamicamente Suporta hard links, links simbólicos e aliases Alias: link simbólico que segue os movimentos do arquivo Permissões de acesso Unix-like e ACLs Journaling 17 / 21

Arquivos pequenos com muitos extents são desfragmentados dinamicamente Suporta hard links, links simbólicos e

18 Segurança Identificadores BSD-like: UIDs e GIDs (proteção de arquivos e processos) Direitos de Mach ports (envio/recebimento) Memória virtual encriptada (previne análise dinâmica em modo kernel) Sistema de auditoria: Log dos eventos de segurança ACLs (Access Control List) K-auth: avaliação das ACLs pelo Kernel 18 / 21

encriptada (previne análise dinâmica em modo kernel) Sistema de auditoria: Log

19 Binários universais e Rosetta 19 / 21

20 Referências Inside Mac OS X Kernel, Lucy <whoislucy@gmail.com> Mac OS X Internals: A Systems Approach, Amit Singh Mac OS X Reference Library, Conceptual/KernelProgramming/About/About.html Modern Operating Systems (primeira edição), Andrew S. Tanenbaum 20 / 21

21 Perguntas? 21 / 21

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