Mac OS X. MAC 424 Sistemas Operacionais. Prof. Alan Durham Fernando Augusto de Carvalho Rogério Manente

Transcrição

1 Mac OS X MAC 424 Sistemas Operacionais 2004 Prof. Alan Durham Fernando Augusto de Carvalho Rogério Manente 1

2 Lançado em 2001 Introdução Consiste de duas partes: Darwin e Aqua GUI Conhecido pela alta performance multimedia Benefícios UNIX Incorporação do Mach kernel e BSD ao NeXTSTEP -Darwin é o núcleo do sistema. Aqua é a GUI -Muito usado pelos profissionais de multimedia -Benefícios UNIX: estabilidade e compatibilidade com muitos softwares UNIX -História do Steve Jobs: O Mac OS X é a incorporação do Mach kernel e BSD ao NeXTSTEP. O NeXTSTEP era um sistema operacional orientado a objetos desenvolvido pela empresa do Steve Jobs depois que ele saiu da Apple em 85. Depois disso Steve Jobs foi recontratado pela Apple e chefiou o projeto conhecido como Rhapsody que evoluiu ao Mac OS X. 2

3 Arquitetura do kernel -Cocoa é uma coleção bibliotecas orientada a objetos -Carbon é uma coleção de bibliotecas em C compatíveis com as versões anteriores do Mac OS e que tiram proveito das funções avançadas do Mac OS X -Darwin é um SO completo que integra as partes de BSD e kernel (Mach) do Mac OS X. É Open Source. Ele existe para as plataformas Apple PowerPC e Intel, embora existam muito poucos drivers para a architetura Intel 3

4 XNU Microkernel: Kernel com responsabilidade reduzida Demais responsabilidades ficam com BSD Essa estrutura tende a ser lenta pelas trocas de contexto Solução é um kernel híbrido baseado numa mistura de Mach e FreeBSD funcionalidades do BSD são inseridas no kernel -XNU = Sigla recusriva para XNU is not Unix -Microkernel: Ao invés de ter todo o código do SO num grande programa (kernel) a maior parte do código fica localizada em programas menores chamados servidores que rodam como qualquer outro programa. O trabalho do kernel é reduzido de ser o SO para administrar os servidores e escalonar seu acesso ao hardware. -XNU é um kernel híbrido porque ele inclui muitas das funções do BSD (que roda como um servidor) ao próprio kernel. Isso é feito porque um microkernel geralmente é muito lento. Isso porque toda chamada de uma aplicação de usuário requer que a mensagem seja enviada ao kernel (uma operação custosa chamada mudança de contexto), que então seria enviada à biblioteca Unix com outra mudança de contexto. Essa operação seria ainda repetida para a resposta! -História: Quando o Mach foi desenvolvido, ao invés de desmembrar o BSD em pedaços e criar diversos servidores, eles simplesmente rodaram o BSD inteiro como um único servidor. Isso funcionou, embora fosse muito lento. 4

5 Memory Managment Paginação sob demanda External Memory Managment Interface (EMMI) Named Memory Entries Lazy Evaluation de Memória Copiada. (Shadows Objects) Memory Maps Herança de Named Regions UPLs -Memory Objects: Dados potencialmentes persistentes. Contém named entrys e regions. -Paginação sob demanda: Mapeamento de Memória Virtual para real na primeira tentativa de acesso. -Todo tipo de data no espaço de memória é provido através dos Memory Objects. Mach pede ao owner do M.O. (um pager) pelo conteúdo e retorna a ele possíveis modificações nos dados. -Pagers:Existem os default-pagers (lida com memória não-persistentes, ou memória-anonima. Só existem durante a vida de uma task) e os vnode-pagers (Mapeia arquivos em Memory Objects). -O interessante, é que o Mach exporta um interface para esse Memory Objects, permitindo contribuição de varias tarefas modo-usuário em seu conteúdo.(emmi) -Named Entries: Handle para objetos compartilhados ou submapas. Permite ao owner mapear o objeto de memória virtual, ou então, passar o direito de mapea-lo. Mapear uma Named Entry em 2 tasks diferentes resulta em Memória Compartilhada. -Quando se cria uma nova task, elas são clonadas do pai, e sua porção mapeada da memória pode ser herdada como uma cópia, como compartilhada, ou nenhum desses, basadas nos atributos associados ao mapeamento. - Lazy Evaluation:A copia é protegida com read-only access para as duas task que compartilham memória. Quando ambas tentam acessar a mesma porção, esta é copiada nessa hora. Isso permite simplificações em diversas áreas, notavelmente nas messagings APIs. -Memory Maps: Lista ordenada Duplamente Ligada. Cada objeto contém lista de páginas e shadowreferences a estes objetos. -Named Regions podem ser herdadas, não só como um grupo de objetos de memória, mas também toda a relação de mapeamento entre eles. -Named Region é como uma named entry, mas ao invés de conter virtual mem. objects, contém um fragmento de mapa virtual. -UPLs: Universal Page Lists. (Data structure) Informações de caching, permissões, mapeamentos, e etc.. -Shadow Objects: Qdo um objeto de memória virtual é duplicado, (e.g. Um processo chamou fork), é criado um Shadow Object. Ele é inicialmente vazio, apenas com uma referência a outro objeto. Quando uma página é modificada, ele é copiada do pai (referência) pra ele, e então modificado. Ao ler dados, se ela não existe no Shadow Object lê do pai. Isto cham-se Shadow-chain. -Como fork normalmente vem seguido de exec, cadeias longas são raras (todo o material é substituído). -Existe garbage-collector para os shadow objects não mais referenciados. 5

6 Mach Scheduling Suporta time-sharing e fixed-priority Prioridades: Normal, System high-priority, Kernel mode only e Real-time threads Threads de prioridade Real-time geralmente são de prioridade fixa -Prioridades: Normal ; System high-priority ; Kernel Mode only (I/O por exemplo) e Real Time Threads -Threads de prioridade fixa executam por um pré-determinado período de tempo ou até que uma thread de prioridade maior queira executar. Então ela é colocada no fim da fila daquela prioridade (normal) -Real-Time Threads: Uma thread pode dizer ao agendador que ela precisa rodar por 3000 ciclos dos próximos 7000, além de dizer se precisam ser contínuos ou não. Óbviamente, longo ciclos contínuos podem ser custosos, mas também necessários. -Se uma thread real-time não respeita o tempo de processamento indicada ela é penalizada e pode até ser rebaixada a uma prioridade normal -Threads que usam muito tempo do processador recebem uma prioridade baixa para evitar que threads de prioridade alta monopolizem o processador. As de prioridade alta devem executar rapidamente e liberar o recurso 6

7 Interprocess Communication Tasks clientes acessam serviços de tasks servidoras por um canal de comunicação (ports). Tasks mantém, repassam e obtém direitos sobre os ports. -As pontas destes canais são chamadas ports. Os port-rights denotam as permissões para usar estes canais. Eles são o mecanismo fundamental de segurança no Mach. Ter um right, é ter a capacidade de acessar ou manipular um objeto. -Comunicação por: filas de mensagens, semáforos, notificações, lock sets e RPCs (Remote Procedure Calls). -Várias tasks podem manter o direito de enviar(write) mensagens para filas, mas só uma pode ter o direito de lê-la. Mensagnes podem ser dados puros, copias de memory ranges, direitos de ports, e mais... (são assíncronas). -Semáforos suportam wait, post e post all. -Lock Sets: mutex sobre uma seção crítica. 7

8 File system O Mac OS X consegue bootar dos file systems suportados de forma nativa (HFS+, UFS, ISO, NFS e UDF) Pode suportar qualquer file system através de kernel extensions e do VFS (Mac Virtual File System) Suporta Journaling no VFS (portanto para qualquer file system) -Kernel extensions são os servidores que rodam sobre o Mach -VFS é um modo genérico do Mac enxergar qualquer File system -HFS+: -Estrutura de representação de diretórios e arquivos é vnode -32 bits usados para representar um allocation block -Tamanho máximo de nome de arquivo 255 caracteres -Tamanho máximo de arquivo é 2 a 63 bytes Journaling Gravação de um arquivo ( jornal ) que contém as transações feitas no disco. Atualizações no disco são comitadas automaticamente 8

9 I/O Framework Do ponto de vista do programador é orientado a objetos Open source Diferente dos modelos do Mac OS 9 e BSD -Chamado I/O Kit -O kit é todo de código aberto, ajudando os desenvolvedores de drivers -OS modelos de drivers do BSD e Mac OS 9 não eram ricas o suficiente para as necessidades do Mac OS X -Ele precisava administrar Proteção à memória, preempção, multiprocessamento, e outras funcionalidades não presentes ou não tão pervasivas nos outros sistemas -Memória virtual não era parte fundamental do Mac OS 9 (cada desenvolvedor de driver precisava saber da VM e escrever especificamente para a VM). VM é uma parte integrante do Mac OS X -A idéia é reutilizar o máximo código possível na programação de drivers 9

10 BSD e kernel extensions BSD derivado do FreeBSD Funcionalidades do BSD implementadas no kernel ou num kernel extension (KEXT) Um código de um KEXT pode ser alocado dinamicamente no kernel, sem necessidade de recompilação KEXTs oferecem modularidade -Motivos para usar o BSD como base: -O BSD proporciona multitasking preemptivo com ajuste dinâmico de prioridades. Assim como divisão suave e justa dos recursos entre os usuários, mesmo com muita carga no sistema -Acesso multi-usuário com compartilhamento dos recursos (como impressoras ou discos rígidos) -Suporte robusto a redes e a diversos protocolos (como HTTP, FTP etc.). Assim como recursos como Firewall -Proteção de memória -Memória virtual. No Mac OS X cada aplicativo tem acesso a uma memória máxima de 4 GB -Código aberto e licença BSD -O BSD oferece as seguintes funcionalidades ao Mac OS XÇ -Processos e proteção (criação e término de processos etc.) -Gerenciamento da memória (controle de paginação etc.) -Timing e estatísticas (real time, interval time) -Descritores (arquivos, pipes, sockets) -Controle de recursos (prioridade de processos, controle e limitação do uso de recursos, quotas) -Controle de arquivos -Rede -Comunicação entre processos -Operações de entrada e saída -KEXTs são uma escolha natural a serviços não essenciais que requerem acesso às interfaces internas do kernel. Geralmente são precisos nos seguintes casos: -Um programa precisa pegar uma interrupção primária (algo no hardware precisa interromper a CPU) -Um cliente primário de um programa está dentro do kernel (por exemplo um dispositivo de bloco cujo cliente é o sistema de arquivos) -Um programa precisa de acesso especial que não está disponível fora do kernel 10

11 Conclusão Mac OS X Excelente documentação Muito flexível (KEXTs) Muito robusto (BSD) Eficiente (Funcionalidades embutidas no microkernel) Compatibilidade com as versões anteriores mantida -SO bem documentado. Existe documentação para criar qualquer componente do SO (assim como boas práticas). Existe até o código fonte da maior parte do kernel -SO muito flexível por causa das Kernel Extensions. Suporte a diversos file systems. Suporte a muitos programas já escritos para Unix -SO muito robusto porque herda as funcionalidades já muito testadas do BSD -SO muito eficiente porque muitas das funcionalidades do BSD foram embutidas no kernel 11

12 Bibliografia Wikipedia Apple Outros 12