L4

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L4は第二世代マイクロカーネルファミリーで、一般的にはUnix系オペレーティングシステムの実装に使われるが他の様々なシステムにも使われる。前身のL3マイクロカーネルと同じように、ドイツのコンピュータ科学者ヨッヘン・リートケによってそれ以前のマイクロカーネルベースのオペレーティングシステムの性能の低さを解決する答えとしてL4は作られた。リートケは性能を最優先に設計したシステムであれば実用的なマイクロカーネルを作ることができるのではないかと考えた。彼のインテルi386アセンブリ言語でハードコードした最初の実装はコンピュータ産業界の関心を引いた。これを始めとしてL4はプラットフォーム非依存、セキュリティの改善、分離、堅牢性に向けた開発が行われた。

オリジナルのL4カーネルインターフェース(ABI)やその後継がいくつも再実装されている。L4KA::Pistachio(カールスルーエ工科大学), L4/MIPS(ニューサウスウェールズ大学), Fasco(ドレスデン工科大)などがある。 このためL4はリートケの最初の実装だけを指すのではなくファミリーの名前になっている。 現在ではオリジナルのL4とその改良版のカーネルインターフェースを持つマイクロカーネルファミリーが該当する。L4は広く開発が行われている。一つのバリエーションであるOKL4はen:Open Kernel Labs(現 ジェネラル・ダイナミクス・ミッション・システムズ)で開発され数十億台のモバイル機器に使われた。[1][2]

設計理念[編集]

リートケによるマイクロカーネルの一般的な設計指針は以下のようなものである

それをカーネルの外に移した場合、つまり競合の実装を許した場合にシステム必須の機能を妨げてしまう場合だけマイクロカーネルの中に入れても構わない

この考え方に基づいてL4マイクロカーネルはわずかな基本的機構を提供する

  • アドレス空間(抽象化されたページテーブルとメモリ保護の提供)
  • スレッドとスケジューリング(抽象化された実行と一時的な保護の提供)
  • プロセス間通信(分離された領域間の制御された通信)

歴史[編集]

Machのような第1世代のマイクロカーネルの性能が悪かったため、多くの開発者が1990年代半ばにマイクロカーネルの概念全体を再検討した。マッハで使用されている非同期カーネルバッファリングプロセス間通信コンセプトは、パフォーマンスの低さの主な理由の1つでした。これにより、Machベースのオペレーティングシステムの開発者は、ファイルシステムやドライバのようないくつかのタイムクリティカルなコンポーネントをカーネル内に戻すようになった。これはパフォーマンスの問題をやや改善したが、真のマイクロカーネルの最小概念 (それらの大きな利点を浪費する)。

Machのボトルネックの詳細は、ワーキングセットが大きすぎることを示している。IPCコードは、空間的なローカリティが低いことを表している。 つまり、キャッシュメモリミスが多すぎて、そのほとんどがカーネル内である。これにより、効率的なマイクロカーネルは、パフォーマンスクリティカルなコードの大部分が(第1レベル)キャッシュに乗るように十分小さくなければならないという原則が生じた。

L3[編集]

Jochen Liedtke氏は、パフォーマンスとマシン固有の(プラットフォームに依存しない)設計に細心の注意を払って、IPCレイヤーを細かく設計すれば、実際のパフォーマンスが大幅に向上することを証明した。 Machの複雑なIPCシステムの代わりに、彼のL3マイクロカーネルは単に追加のオーバーヘッドなしでメッセージを渡した。 必要なセキュリティポリシーの定義と実装は、ユーザースペースサーバーの任務とみなされた。 カーネルの役割は、ユーザーレベルのサーバーがポリシーを実施するのに必要なメカニズムを提供することだけでした。 1988年に開発されたL3は、TÜV SÜD[要出典]など長年にわたって使用されている安全で堅牢なオペレーティングシステムであることが証明された。

L4 family tree


種類[編集]

  • Hazelnut
  • Pistachio
  • Fiasco
  • Embedded

関連項目[編集]

ウィキポータル 関連ポータルのリンク
  • ウィキポータル コンピュータ
  1. ^ https://gdmissionsystems.com/cyber/products/trusted-computing-cross-domain/microvisor-products/
  2. ^ “Open Kernel Labs Software Surpasses Milestone of 1.5 Billion Mobile Device Shipments” (プレスリリース), Open Kernel Labs, (2012年1月19日), http://www.ok-labs.com/releases/release/ok-labs-software-surpasses-milestone-of-1.5-billion-mobile-device-shipments