操作系统与透明计算

操作系统与透明计算张尧学2005.10.15一操作系统简介二操作系统发展变化观三操作系统与透明计算目录一、操作系统简介网络计算普适计算多样化人本化网络化高速化……主机：FMS（FortranMonitorSystem）、IBSYS、UNIX、MAC…操作系统与计算机同在：C/S：DosWindowsWindows95/98/2000/XPLonghorn(Vista)不同的计算机对应于不同的操作系统（批处理、分时、实时等）UNIX为主Windows为主C/N,C/VE:Client手机：Symbian（摩托罗拉等）WindowsMobile（微软）PalmOS（32位嵌入式）Linux群雄逐鹿PDA：WindowsCE，等Server：SunONE（Sunsoft）WebSphere（IBM）.NET（Microsoft）OpenView（HP）什么是普适计算时代的操作系统？对传统操作系统的继承和发展服务：主动化个性化共享：网络化软件：构件化安全：结构化（服务、共享、效率、安全、管理）谁拥有普适计算时代的操作系统，谁将成为下一轮信息技术发展中的主导者国内外研发新操作系统的努力从来没有停住过。永远的梦，永远的痛！UNIX：机器如何高效执行、共享？（1983年，1990年图灵奖）Macintosh：人机界面如何友好（服务）？二、操作系统的发展变化观分时系统UNIX和Macintosh奠定了现代操作系统的基础（服务、共享、效率、安全、管理）大世界还是小世界？简单还是复杂？开放还是封闭？合作还是竞争？现代操作系统发展中的几种有趣现象网络共享效率更高管理更方便安全性更高服务更主动三、操作系统与透明计算普适计算的操作系统：虚拟环境，能共享不同设备减少overhead（最好是只运转需要执行的那部分指令）安装，维护等（最好是像电视机那样）防止病毒、防止偷数据，合适的人、合适的地点、合适的信息友好的界面、提供用户需要的可重构服务透明计算(1)客户端不装操作系统还原为裸机用户可以从服务器上任意选择自己需要的OS操作系统与客户端硬件分离服务器OS动态调度到客户端执行效率更高资源管理存储全部在服务器上管理维护更加容易客户端只需内存、CPU和接口成本更低新的体系结构安全、防病毒透明计算(2)实现：操作系统体系结构中间件应用程序开放层下移开放界面开放OS与主板的接口应用接口主板标准界面进一步开放网络速度连续、高速（有线、无线）如何发现不同的BOOT区，引导下载？多OS远程启动协议如何发现多服务器上的OS、程序、资源？多OS、多服务器远程启动如何解决本地执行与VE上的指令存储？虚拟存储管理方法如何解决资源的共享与安全？透明计算文件系统等等。技术难题实现示例我们已在以太网环境下成功实现拓扑图：TransCTransCTransC……Server2NATNAT:NetworkAddressTranslationInetrnetServer1Server3…Win2000Win98Linux1）支持多操作系统的远程启动协议MRBP实现技术解决不同操作系统从服务器到端系统的下载问题:LinuxWin98Win2000端系统端系统改写Int13中断搜索BOOT区识别BOOT区移交控制权确认传送确认2）虚拟交换与调度端系统中无硬盘和程序代码，通过网络从服务器中交换或调度，解决计算和存储的分布式一体化问题CPUCache数据指令内存端系统服务器内存服务器硬盘交换区服务器CPU网络请求调页（网络）本地硬盘3）预防病毒提出和实现了专用文件系统接口、自动地址配置、重置引导区等技术，可防御目前已知的主要病毒；Boot块FileSystem块i节点文件1文件2…原文件卷MultiBoot区4）多用户地址配置自动配置MMNC客户端的计算机名和内部IP地址，实现多内部IP地址到单一外部IP地址的映射，从而有效隔离内部网络与外部网络。1、DHCP：分配内部IP地址实现与外部的隔离2、NPC：计算机名称的自动配置ProcessServerProcessClient1ProcessClient2DHCP协议NPC方法ServerClient小宝系列(深圳在线通)龙星系列(湖大远程与湘计算机)网锐系列(联想集团)已研制出三种系列：“小宝”“龙星”“网锐”应用已广泛用于军事、教育、电子政务、电子商务、金融、企业等领域；与其它产品的区别本计算机运行不同OS，不预置存储管理在服务器，计算在终端多用户，随服务器性能可扩展50个终端时为普通PC机具有抗病毒破坏能力，已通过安全部测试PC运行单OS且预置单机内，存储器大单用户不具有抗病毒破坏能力NC运行单OS且预置存储与计算都在服务器上单用户相同用户数时高于本模式不具有抗病毒破坏能力Win终端运行Windows不预置存储计算在服务器上，终端为人机界面多用户，但固定用户数相同用户数时高于本模式不具有抗病毒破坏能力无盘站运行单一OS不预制存储在服务器，计算在终端多用户，但固定用户数相同用户数时高于本模式(每个用户需要一个拷贝)具有抗部分病毒破坏能力OS程序存储与计算支持用户数对服务器性能要求抗病毒能力系统演示在同一终端设备上自主选择启动多个操作系统及其应用2、启动Win2000系统，并演示Word文字处理、IPTV等应用;3、启动Linux（Redhat）系统，并演示上网等应用。1、启动Win98系统;演示视频（点击播放）演示脚本：透明计算的特点：1、实现网格计算的一种方法：计算像电流、像自来水2、成本降低3、使用方便，像开电视机4、形成新的产业链,为国产CPU和软件发展提供机会5、防止病毒直接成本：硬件、软件间接成本：管理维护成本、升级成本、使用成本、安全成本、等小结进一步研究方向：不同设备不同网络相关理论……小结谢谢！世界上的一切事物都是由小世界构成的小世界：相对独立、经常联系的小圈子操作系统：大世界从汤普森和里奇开始：强调可移植性即把一个OS放到各种计算机上X86RISC嵌入式芯片等如何发展小世界？OS大世界与小世界复杂化导致了微内核技术的失败（小内核与大内核）简单化造就了UNIX，Linux和Dos的成功“KeepitSimple,Stupid.”汤普森“实用有限目标简单设计”Linus的Linux三原则简单与复杂开放与封闭世界上很少有完全的封闭系统，Open与Closed是一个相对概念，开放是向上兼容的，是与标准连在一起的。最早的开放是程序的开放，例如Fortran只要支持Fortran编译，什么样的机器都可以执行Fortran之后是API的开放(UNIX)再就是体系结构的开放(OSI/ISO,TCP/IP)下一步怎么开放？孔子的中庸道教的无为现代的和谐社会合作与竞争操作系统是竞争多于合作中国的哲学思想是合作多于竞争：UXIX内部争论Window、UNIX和Linux的争论如何加强合作？操作系统与人类社会的管理在很多方面相同应用中间件协议OS应用计算管理存储ServerOS驱动Client交互协议Client驱动应用中间件协议OS|SOPCA应用计算管理存储Server驱动ClientSOPCA协议与调度Client驱动OS中间件应用应用中间件OS协议客户端不装操作系统协议原计算模式透明计算模式S:计算、存储、管理单OS成本高C:交互、通信单OS成本高S:多OS管理与存储成本低、负载轻C:无OS本地计算执行快、成本低应用计算中间件OS协议数据网络网络用户从服务器上自主选择需要的操作系统WindowsLinuxUnixWin2000WinXPWin98RedHatRedFlagAIXHP_UX使用哪个OS？用户选择端系统服务器客户端缓存服务器硬盘交换区服务器CPU虚拟页面管理缓存CPU虚拟页面管理内存服务器缺页请求数据请求服务器OS动态调度到客户端执行新体系结构硬件