개요
프로세스 추상화는 Isolation, Protection, 그리고 실행의 추상화이다. 메모리 분리, 권한 분리, 그리고 여러 다른 프로그램의 동시 실행을 보장하기 위해서 Modern operating system들은 기본적으로 Process abstraction을 운영체제의 기본 설계 디자인에 포함하고 있다.
프로세스 추상화는 위의 이점을 제공하기도 하나, Context switching, IPC, Scheduler, Resource accounting과 같은 오버헤드를 동반한다. 특히 대부분의 오버헤드를 차지하는 것은 커널 소프트웨어 파트로, 하드웨어부분도 일정 오버헤드가 일어나기는 하나, 소프트웨어 파트에 비하면 크게 작다.
따라서 컴퓨팅 시스템 연구에서는 Process abstraction의 한계를 극복하기 위한 다양한 연구들이 수행되고 있다. 본 문서는 이러한 연구를 정리한다.
연구 방향
Protection
Protection을 위한 방식은 크게 2가지로 분류 가능하다. Orbit에서는 추가로 Maintenance라는 Protection senario를 추가하였다.
- Extensibility: Application의 기능 확장을 하는 Extenstion을 안전하게 분리하여 실행시키기 위한 방법으로 SFI와 같은 방식이 사용된다.
- 대표적인 연구로 NaCL을 들 수 있다. E.g., User-defined function, Browser extension 등등
- Secure partition: Application의 일부분을 Main logic과 분리하여 안전하게 실행하기 위한 방법으로 분리되는 부분은 Application의 기능중 Secure sensitive한 부분이 된다.
- Maintenance (Auxiliary tasks): Application과는 독립적으로 실행되나, Application의 State를 감시하고 유지 보수하기 위해서 필요한 기능들을 분리하여 안전하게 실행시키기 위한 방법이다.
- Orbit이 제한한 개념이다. E.g., Fault Detection, Performance Monitor, Resource Management, Recovery 등등
연구 정리
| Research | Protection | Isolation | First-class | Observability | Transparent | Usages | Fault recovery | Performance overhead | Memory model |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LwC | O | O | O | X | X | Secure partition | Snapshot | Low | CoW |
| Orbit | O | O | O | O | X | Maintenance | MVCC | Low | CoW |
| Wedge | O | O | O | X | X | Secure partition | X | Low | CoW |
| Process (fork) | O | O | O | X | O | Genernal | X | None | CoW |
| Pthread | X | X | O | O | O | Genernal | X | None | Shared |
| NaCL | O | O | X | X | O | Extensibility | X | High | Sandboxing |
| Trellis | |||||||||
| SASOS | Capability | ||||||||
| Mondrix |
- Protection: 권한 분리를 통해서 서로다른 Abstraction들이 임의로 접근하거나 프로그램의 상태를 변경시키는 것을 막는가?
- Isolation: 메모리접근을 통제하여, 임의로 다른 객체의 매모리에 접근하지 못하도록 하는가?
- First-class: 스케쥴링가능한 단위인가?
- Observability: 다른 객체(혹은 다른 보호 도메인)의 내부 상태를 쉽게 모니터링/검사하고, 필요 시 변경할 수 있는가?
- Transparent: 개발자가 이미 개발한 프로그램에 명시적으로 인지하고 제어해야 하는 추가적인 부분이 있는가?
- Fault recovery: 만약 한 객체의 작동이 잘못되었을 경우, 잘못되기 전으로 프로그램의 State를 복구 가능한가?