Holé strojové výpočty - Bare machine computing

Holé strojové výpočty (BMC) je paradigma programování založené na holé stroje. V paradigmatu BMC běží aplikace bez podpory jakékoli operační systém (OS) nebo centralizované jádro, tj. Před spuštěním aplikací se na holý počítač nenačte žádný zprostředkující software. Aplikace, které se nazývají aplikace s holým strojem nebo jednoduše aplikace BMC, nepoužívají žádné trvalé úložiště ani pevný disk a místo toho se ukládají na odpojitelné velkokapacitní paměťové zařízení, například na jednotku USB flash. Program BMC se skládá z jedné aplikace nebo malé sady aplikací (aplikační sada), které běží jako jeden spustitelný soubor v jednom adresním prostoru. Aplikace BMC mají přímý přístup k potřebným hardwarovým prostředkům. Jsou to samostatné, samostatně spravované a sebekontrolované entity, které se spouštějí, načítají a spouštějí bez použití jakýchkoli dalších softwarových komponent nebo externího softwaru. Aplikace BMC mají díky svému designu inherentní zabezpečení. Neexistují žádné chyby zabezpečení související s operačním systémem a každá aplikace obsahuje pouze nezbytnou (minimální) funkčnost. V systému BMC neexistuje žádný privilegovaný režim, protože aplikace běží pouze v uživatelském režimu. Kód aplikace je také staticky kompilován - neexistují žádné prostředky k dynamické změně toku programu BMC během provádění.

Dějiny

V počátcích práce na počítači počítačové aplikace přímo komunikovaly s hardwarem. Jak se aplikace zvětšovaly a zahrnovaly různé domény, byly vynalezeny operační systémy. Sloužily jako middleware poskytující aplikacím hardwarové abstrakce. Operační systémy nesmírně vzrostly ve své velikosti a složitosti, což mělo za následek pokusy snížit režii OS a zlepšit výkon včetně Microkernel, Exokernel , Tiny-OS, OS-Kit,[1] Palacios a kotě,[2] IO_Lite,[3] holý kov Linux, IBM-Libra a další štíhlá jádra. Kromě výše uvedených přístupů, v vestavěné systémy jako jsou chytré telefony, malá a vyhrazená část operačního systému a daná sada aplikací jsou úzce integrovány s hardwarem. Existuje také nesčetné množství průmyslových ovládacích a herních aplikací, které běží přímo na hardwaru. Ve většině těchto systémů není hardware otevřen pro spouštění aplikací pro všeobecné účely.

Holé strojové výpočty vznikly na základě konceptu aplikačního objektu (AO) vynalezeného Karnem na Towson University.[4] V průběhu let se vyvinul do rozptýlených operačních systémů (DOSC),[5] a nakonec do paradigmatu BMC.

Ve srovnání s konvenčními počítači

V mnoha ohledech se paradigma BMC liší od konvenčních výpočtů. Během provádění aplikací BMC není spuštěno žádné centralizované jádro ani operační systém. Holý stroj v paradigmatu BMC také nemá žádné vlastnictví ani neukládá cenné zdroje; a lze jej použít ke spouštění výpočetních aplikací pro všeobecné účely. Takové vlastnosti se nenacházejí v konvenčních výpočetních systémech včetně vestavěných systémů a systém na čipu (SOC). Koncept BMC je navíc minimalistický přístup k dosažení jednoduchosti, menších velikostí kódu a zabezpečení.[6]

Aplikace a výzkum

Paradigma BMC bylo použito k implementaci webových serverů,[7] split servery,[8][9] VoIP,[10] SIP server,[11] e-mailem,[12] webmail,[13] Textový prohlížeč,[14] bezpečnostní protokoly,[15][16] souborové systémy,[17][18][19] NÁLET,[20] transformovaná holá SQLite.,[21][22] middleware pro rozhraní síťových karet (NICS),[23] a ethernet BONDING na BMC webovém serveru s duálními NIC,[24] Úspěch v transformaci konvenčních aplikací pro Windows nebo Linux tak, aby fungovaly jako aplikace BMC, připraví půdu pro nové využití paradigmatu BMC.[25]

Reference

  1. ^ „Projekt OS Kit“. Salt Lake, Utah: School of Computing, University of Utah. Červen 2002.
  2. ^ J. Lange a kol., „Palacios and Kitten: New high performance operating systems for scalable virtualized and native supercomputing,“ 24. IEEEInternational Paral-lel and Distributed Processing Symposium (IPDPS), 2010, str. 1-12
  3. ^ Pai, V. S .; Druschel, P .; Zwaenepoel, W. (únor 2000). „IO-Lite: Unified I / O Buffering and Caching System“ (PDF). Transakce ACM v počítačových systémech. 18 (1): 37–66. doi:10.1145/332799.332895. S2CID  5280787.
  4. ^ Karne, R. K. (prosinec 1995). „Objektově orientované počítačové architektury pro novou generaci aplikací, novinky z počítačové architektury“. 23 (5): 8–19. doi:10.1145/218328.218332. S2CID  880971. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  5. ^ Karne, R.K, Venkatasamy, K (Karthick Jaganathan), Ahmed, T. Dispersed Operating System Computing (DOSC), Onward Track, OOPSLA 2005, San Diego, CA, říjen 2005.
  6. ^ Soumya, S .; Guerin, R .; Hosanagar, K. (září 2011). „Platformy bohaté na funkčnost vs. minimalistické: oboustranná analýza trhu“. Recenze počítačové komunikace ACM. 41 (5): 36–43. doi:10.1145/2043165.2043171. S2CID  890141.
  7. ^ He, L., Karne, R. K., Wijesinha, A.L. a Emdadi, A. Design and Performance of a Bare PC Web Server, International Journal of Computers and their Applications (IJCA), June 2008.
  8. ^ B. Rawal, R. K. Karne a A. L. Wijesinha. Rozdělení požadavků HTTP na dva servery, Třetí mezinárodní konference o komunikačních systémech a sítích: COMSNETS 2011, leden 2011, Bangalore, Indie.
  9. ^ B. Rawal, R. K. Karne a A. L. Wijesinha. „Klastry mini webového serveru pro rozdělení požadavků HTTP,“ IEEE International Conference on High-Performance Computing and Communications (HPCC), str. 94-100.
  10. ^ GH Khaksari, AL Wijesinha, RK Karne, L. He a S. Girumala, „„ Peer-to-peer holá PC VoIP aplikace “, 4. konference IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC), 2007, str. 803-807 .
  11. ^ A. Alexander, R. Yasinovskyy, A. Wijesinha a R. Karne, „SIP Server Implementation and Performance on a Bare PC“, International Journal in Advances on Telecommunications, sv. 4, č. 1 a 2, 2011.
  12. ^ Ford, GH, Karne, RK, Wijesinha, AL a Appiah-Kubi, P. Design and Implementation of Bare PC Email Server, 33. výroční mezinárodní konference o počítačovém softwaru a aplikacích IEEE (COMPSAC 2009), Seattle, Washington, červenec 2009 , str. 480-485.
  13. ^ P. Appiah-kubi, R. K. Karne a A. L. Wijesinha. Návrh a výkon webového serveru Bare PC Webmail, 12. mezinárodní konference IEEE o vysoce výkonných počítačích a komunikacích, AHPCC 2010, 1. - 3. září 2010, Melbourne, Austrálie, p521-526.
  14. ^ S. Almautairi, R. K. Karne a A. L. Wijesinha, Bare PC Text Based Browser, 2019 Workshop on Computing, Networking and Communications (CNC), Honolulu, Hawaii, únor 2019
  15. ^ N. Kazemi, A. L. Wijesinha a R. Karne. Design and Implementation of IPsec on a Bare PC, 2nd International Conference on Computer Science and its Applications (CSA), 2009.
  16. ^ A. Emdadi, R. K. Karne a A. L. Wijesinha. Implementace protokolu TLS na holém počítači, ICCRD2010, 2. mezinárodní konference o počítačovém výzkumu a vývoji, Kaula Lumpur, Malajsie, květen 2010.
  17. ^ WV Thompson, H. Alabsi, RK Karne, S. Linag, AL Wijesinha, R. Almajed a H. Chang, Mass Storage System for Bare PC Applications using USBs, International Journal on Advances in Internet Technology, sv. 9, č. 3 and 4, year 2016. p63-74.
  18. ^ W. Thompson, R. Karne, A. Wijesinha, H. Alabsi a H. Chang, Implementing USB File System for Bare PC Applications, ICIW 2016: The Eleventh International Conference on Internet and Web Applications and Services, p58-63.
  19. ^ S.Liang, R. K. Karne a A. L. Wijesinha., Lean USB File System For Bare Machine Applications, The Proceedings of the 21st International Conference on Software Engineering and Data Engineering, ISCA, June 2012, pp.191-196.
  20. ^ H. Z. Alabsi, W. V. Thompson, R. K. Karne, A. L. Wijesinha, R. Almajed, F. Almansour, A Bare Machine RAID File System for USBs, SEDE 2017: 26th International Conference on Software Engineering and Data Engineering, pp 113-118.
  21. ^ W. Thompson, R. K. Karne a A.L. Wijesinha, Interoperable SQLite for a Bare PC, 13. mezinárodní konference Beyond Database Architectures and Structures (BDAS'17), 2017, str. 177-188.
  22. ^ U. Okafor, R. K. Karne, A. L. Wijesinha a B. Rawal Transforming SQLITE to Run on a Bare PC, In Proceedings of the 7th International Conference on Software Paradigm Trends, strany 311-314, Řím, Itálie, červenec 2012.
  23. ^ F. Almansour, R. K. Karne, A. L. Wijesinha, H. Alabsi a R. Almajed, Middleware pro NIC v aplikacích Bare PC, 26. mezinárodní konference o počítačové komunikaci a sítích (poster), ICCCN2017, Vancouver, Kanada, 2017.
  24. ^ F. Almansour, R. K. Karne, A. L. Wijesinha, B. S. Rawal „Ethernet Bonding on a Bare PC Web Server with Dual NICs“, 33. ACM Symposium On Applied Computing SAC 2018, duben 2018, Pau, Francie.
  25. ^ Peter, A .; Karne, R .; Wijesinha, A .; Appiah-Kubi, P. (4. – 7. Dubna 2013). Transformace holé aplikace pro PC na běh na zařízení ARM. IEEE SoutheastCon. Jacksonville, Florida.