DragonFly BSD es un sistema operativo gratuito y de código abierto similar a Unix bifurcado de FreeBSD 4.8. Matthew Dillon , desarrollador de Amiga a finales de los 80 y principios de los 90 y desarrollador de FreeBSD entre 1994 y 2003, comenzó a trabajar en DragonFly BSD en junio de 2003 y lo anunció en las listas de correo de FreeBSD el 16 de julio de 2003. [4]
Dillon inició DragonFly con la creencia de que las técnicas adoptadas para subprocesamiento y multiprocesamiento simétrico en FreeBSD 5 [5] conducirían a problemas de rendimiento y mantenimiento deficientes. Buscó corregir estos problemas anticipados dentro del proyecto FreeBSD. [6] Debido a conflictos con otros desarrolladores de FreeBSD sobre la implementación de sus ideas, [7] su capacidad para cambiar directamente el código base fue finalmente revocada. A pesar de esto, los proyectos DragonFly BSD y FreeBSD siguen trabajando juntos, compartiendo correcciones de errores, actualizaciones de controladores y otras mejoras.
Concebido como la continuación lógica de la serie FreeBSD 4.x, DragonFly se ha diferenciado significativamente de FreeBSD, implementando subprocesos de kernel ligeros (LWKT), un sistema de paso de mensajes en el kernel y el sistema de archivos HAMMER . [8] Muchos conceptos de diseño fueron influenciados por AmigaOS . [9]
El subsistema de mensajería del kernel que se está desarrollando es similar a los que se encuentran en microkernels como Mach , aunque su diseño es menos complejo. El subsistema de mensajería de DragonFly tiene la capacidad de actuar de forma sincrónica o asincrónica e intenta utilizar esta capacidad para lograr el mejor rendimiento posible en cualquier situación determinada. [10]
Según el desarrollador Matthew Dillon , se están logrando avances para proporcionar capacidades de mensajería tanto de entrada/salida del dispositivo (E/S) como de sistema de archivos virtual (VFS) que permitirán cumplir el resto de los objetivos del proyecto. La nueva infraestructura permitirá migrar muchas partes del kernel al espacio de usuario; aquí serán más fáciles de depurar ya que serán programas más pequeños y aislados, en lugar de ser pequeñas partes entrelazadas en un fragmento más grande de código. Además, la migración de código kernel seleccionado al espacio de usuario tiene la ventaja de hacer que el sistema sea más robusto; Si un controlador de espacio de usuario falla, no bloqueará el kernel. [11]
Las llamadas al sistema se dividen en versiones de usuario y de kernel y se encapsulan en mensajes. Esto ayudará a reducir el tamaño y la complejidad del kernel al mover variantes de llamadas estándar al sistema a una capa de compatibilidad del área de usuario y ayudará a mantener la compatibilidad hacia adelante y hacia atrás entre las versiones de DragonFly. Linux y otros códigos de compatibilidad con sistemas operativos similares a Unix se están migrando de manera similar. [9]
Como el soporte para múltiples arquitecturas de conjuntos de instrucciones complica el soporte del multiprocesamiento simétrico (SMP), [7] DragonFly BSD ahora limita su soporte a la plataforma x86-64 . [12] DragonFly originalmente se ejecutaba en la arquitectura x86 , sin embargo, a partir de la versión 4.0 ya no es compatible. Desde la versión 1.10, DragonFly admite subprocesos de usuario 1:1 (un subproceso del núcleo por subproceso de usuario), [13] que se considera una solución relativamente simple y fácil de mantener. [9] Heredado de FreeBSD, DragonFly también admite subprocesos múltiples. [14]
En DragonFly, cada CPU tiene su propio programador de subprocesos. Tras su creación, los subprocesos se asignan a procesadores y nunca se cambian de forma preventiva de un procesador a otro; solo se migran mediante el paso de un mensaje de interrupción entre procesadores (IPI) entre las CPU involucradas. La programación de subprocesos entre procesadores también se logra mediante el envío de mensajes IPI asíncronos. Una ventaja de esta limpia compartimentación del subsistema de subprocesos es que las cachés integradas de los procesadores en sistemas multiprocesador simétricos no contienen datos duplicados, lo que permite un mayor rendimiento al darle a cada procesador del sistema la capacidad de usar su propia caché para almacenar diferentes cosas en las que trabajar. [9]
El subsistema LWKT se emplea para dividir el trabajo entre múltiples subprocesos del kernel (por ejemplo, en el código de red hay un subproceso por protocolo por procesador), lo que reduce la competencia al eliminar la necesidad de compartir ciertos recursos entre varias tareas del kernel. [7]
Para ejecutarse de forma segura en máquinas multiprocesador, el acceso a recursos compartidos (como archivos, estructuras de datos) debe serializarse para que los subprocesos o procesos no intenten modificar el mismo recurso al mismo tiempo. Para evitar que varios subprocesos accedan o modifiquen un recurso compartido simultáneamente, DragonFly emplea secciones críticas y tokens de serialización para evitar el acceso simultáneo. Mientras que tanto Linux como FreeBSD 5 emplean modelos mutex detallados para lograr un mayor rendimiento en sistemas multiprocesador , DragonFly no lo hace. [7] Hasta hace poco, DragonFly también empleaba spls , pero estos fueron reemplazados por secciones críticas.
Gran parte del núcleo del sistema, incluido el subsistema LWKT , el subsistema de mensajería IPI y el nuevo asignador de memoria del kernel, no tienen bloqueo, lo que significa que funcionan sin utilizar mutex y cada proceso opera en una sola CPU. Las secciones críticas se utilizan para proteger contra interrupciones locales, individualmente para cada CPU, lo que garantiza que un subproceso que se está ejecutando actualmente no será reemplazado. [13]
Los tokens de serialización se utilizan para evitar accesos simultáneos desde otras CPU y pueden ser retenidos simultáneamente por varios subprocesos, lo que garantiza que solo uno de esos subprocesos se esté ejecutando en un momento dado. Por lo tanto, los subprocesos bloqueados o inactivos no impiden que otros subprocesos accedan al recurso compartido, a diferencia de un subproceso que contiene un mutex. Entre otras cosas, el uso de tokens de serialización evita muchas de las situaciones que podrían resultar en interbloqueos e inversiones de prioridad al usar mutex, además de simplificar enormemente el diseño y la implementación de un procedimiento de muchos pasos que requeriría compartir un recurso entre múltiples hilos. El código del token de serialización está evolucionando hacia algo bastante similar a la función " Leer-copiar-actualizar " ahora disponible en Linux. A diferencia de la implementación actual de RCU de Linux, la de DragonFly se está implementando de manera que solo se ven afectados los procesadores que compiten por el mismo token, en lugar de todos los procesadores de la computadora. [15]
DragonFly cambió al asignador de losas seguro multiprocesador , que no requiere mutex ni operaciones de bloqueo para las tareas de asignación de memoria. [16] Finalmente fue portado a la biblioteca C estándar en el área de usuario, donde reemplazó la implementación malloc de FreeBSD. [17]
Desde la versión 1.8, DragonFly tiene un mecanismo de virtualización similar al modo de usuario de Linux , [18] que permite a un usuario ejecutar otro kernel en el área de usuario. El kernel virtual ( vkernel ) se ejecuta en un entorno completamente aislado con interfaces de almacenamiento y red emuladas, lo que simplifica las pruebas de los subsistemas del kernel y las funciones de agrupación en clústeres. [9] [11]
El vkernel tiene dos diferencias importantes con respecto al kernel real: carece de muchas rutinas para lidiar con la administración de hardware de bajo nivel y utiliza funciones de la biblioteca estándar C (libc) en lugar de implementaciones en el kernel siempre que sea posible. Como tanto el kernel real como el virtual se compilan a partir de la misma base de código, esto significa efectivamente que las rutinas dependientes de la plataforma y las reimplementaciones de funciones libc están claramente separadas en un árbol de código fuente. [19]
El vkernel se ejecuta sobre abstracciones de hardware proporcionadas por el kernel real. Estos incluyen el temporizador basado en kqueue , la consola (asignada al terminal virtual donde se ejecuta vkernel), la imagen del disco y el dispositivo Ethernet del kernel virtual ( VKE ), que canaliza todos los paquetes a la interfaz tap del host . [20]
El software de terceros está disponible en DragonFly como paquetes binarios a través de o desde una colección de puertospkgng nativos : DPorts . [21]
DragonFly originalmente usó la colección FreeBSD Ports como su sistema oficial de administración de paquetes , pero a partir de la versión 1.4 cambió al sistema pkgsrc de NetBSD , que fue percibido como una forma de disminuir la cantidad de trabajo necesario para la disponibilidad de software de terceros. [6] [22] Finalmente, mantener la compatibilidad demostró requerir más esfuerzo de lo que se anticipó inicialmente, por lo que el proyecto creó DPorts, una superposición sobre la colección de FreeBSD Ports . [23] [24]pkgsrc
La implementación inicial del Protocolo común de redundancia de direcciones (comúnmente conocido como CARP ) finalizó en marzo de 2007. [25] A partir de 2011, el soporte CARP está integrado en DragonFly BSD. [26]
Además del sistema de archivos Unix , que suele ser el sistema de archivos predeterminado en los BSD, DragonFly BSD admite los sistemas de archivos HAMMER y HAMMER2 . HAMMER2 es el sistema de archivos predeterminado a partir de la versión 5.2.0.
HAMMER fue desarrollado específicamente para DragonFly BSD para proporcionar un análogo rico en funciones pero mejor diseñado del cada vez más popular ZFS . [9] [11] [27] HAMMER admite historial del sistema de archivos configurable, instantáneas , suma de verificación , deduplicación de datos y otras características típicas de los sistemas de archivos de este tipo. [18] [28]
HAMMER2, el sucesor del sistema de archivos HAMMER, ahora se considera estable, se utiliza de forma predeterminada y es el foco de un mayor desarrollo. Los planes para su desarrollo se compartieron inicialmente en 2012. [29] En 2017, Dillon anunció que la próxima versión de DragonFly BSD (5.0.0) incluiría una versión utilizable, aunque aún experimental, de HAMMER2, y describiría las características del diseño. [30] Con el lanzamiento posterior a 5.0.0, versión 5.2.0, HAMMER2 se convirtió en el nuevo sistema de archivos predeterminado.
En 2007, DragonFly BSD recibió un nuevo sistema de archivos de dispositivos (devfs), que agrega y elimina dinámicamente nodos de dispositivos, permite acceder a los dispositivos mediante rutas de conexión, reconoce las unidades por números de serie y elimina la necesidad de una jerarquía de sistemas de archivos precargada /dev. Se implementó como un proyecto de Google Summer of Code 2009. [31]
DragonFly BSD admite la función de aplicaciones residentes estilo Amiga : toma una instantánea del espacio de memoria virtual de un programa grande y vinculado dinámicamente después de la carga, lo que permite que instancias futuras del programa se inicien mucho más rápido de lo que lo habrían hecho de otra manera. Esto reemplaza la capacidad de previnculación en la que se estaba trabajando anteriormente en la historia del proyecto, ya que el soporte residente es mucho más eficiente. Los programas grandes como los que se encuentran en KDE Software Compilation con muchas bibliotecas compartidas serán los que más se beneficiarán de este soporte. [32]
Al igual que con FreeBSD y OpenBSD , los desarrolladores de DragonFly BSD están reemplazando lentamente el código C estilo prototipo previo a la función con equivalentes ANSI más modernos . Al igual que otros sistemas operativos, la versión DragonFly de GNU Compiler Collection tiene una mejora llamada Stack-Smashing Protector (ProPolice) habilitada de forma predeterminada, que proporciona protección adicional contra ataques basados en desbordamiento de búfer . A partir del 23 de julio de 2005 , el kernel ya no cuenta con esta protección de forma predeterminada. [32][actualizar]
Al ser un derivado de FreeBSD, DragonFly ha heredado un sistema de compilación integrado fácil de usar que puede reconstruir todo el sistema base desde el código fuente con solo unos pocos comandos. Los desarrolladores de DragonFly utilizan el sistema de control de versiones Git para gestionar los cambios en el código fuente de DragonFly . A diferencia de su padre FreeBSD, DragonFly tiene versiones estables e inestables en un único árbol de fuentes, debido a una base de desarrolladores más pequeña. [7]
Al igual que los otros núcleos BSD (y los de la mayoría de los sistemas operativos modernos), DragonFly emplea un depurador de núcleo integrado para ayudar a los desarrolladores a encontrar errores del núcleo. Además, a partir de octubre de 2004 [actualizar], se instala de forma predeterminada un kernel de depuración, que hace que los informes de errores sean más útiles para rastrear problemas relacionados con el kernel, a expensas de una cantidad relativamente pequeña de espacio en disco. Cuando se instala un nuevo kernel, a la copia de seguridad del kernel anterior y sus módulos se les quitan sus símbolos de depuración para minimizar aún más el uso de espacio en disco.
El sistema operativo se distribuye como un Live CD y Live USB que arranca en un sistema DragonFly completo. [18] [31] Incluye el sistema base y un conjunto completo de páginas de manual, y puede incluir código fuente y paquetes útiles en versiones futuras. La ventaja de esto es que con un solo CD los usuarios pueden instalar el software en una computadora, usar un conjunto completo de herramientas para reparar una instalación dañada o demostrar las capacidades del sistema sin instalarlo. Las instantáneas diarias están disponibles en el sitio maestro para aquellos que quieran instalar las versiones más recientes de DragonFly sin compilar desde el código fuente.
Al igual que los demás BSD gratuitos y de código abierto, DragonFly se distribuye según los términos de la versión moderna de la licencia BSD .
HAMMER parece ser un sistema de archivos BSD muy interesante. Aunque no es tan rápido como el sistema de archivos ZFS en BSD, pero también es un sistema de archivos original del proyecto DragonFlyBSD en lugar de ser un puerto de OpenSolaris. HAMMER no sólo es generalmente más rápido que el sistema de archivos UFS común, sino que también tiene un conjunto de características mucho mayor.
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