Uma framework para a geração de sistemas operativos orientados à aplicação

Abstract

Esta tese centra-se na geração de sistemas operativos à medida das aplicações, no âmbito de ambientes de recursos limitados, nomeadamente sistemas embebidos e de tempo real. A adaptação de sistemas operativos permitida por esta abordagem, minimiza a utilização de recursos, o que vai ao encontro das necessidades dos ambientes com restrições de hardware. De forma a operacionalizar a geração destes sistemas, foi criada uma framework que define as estratégias e mecanismos necessários, sob a forma de ferramentas de software, para que se possam criar sistemas operativos específicos. Grande parte das abordagens existentes para a adaptação de sistemas operativos visam sistemas genéricos, permitindo a alteração de um número limitado de funcionalidades na fase de execução, com possível penalização do desempenho. Outras abordagens focam-se na criação de sistemas específicos para ambientes com restrições de recursos, contudo, abordam problemas específicos ou recorrem a técnicas que não facilitam a gestão da variabilidade. Propõe-se neste trabalho, a utilização da noção de componente para a criação de sistemas operativos orientados à aplicação. Para o efeito, foram identificadas as abstracções fundamentais do kernel, bem como estudada a sua variabilidade e modularidade, factores importantes para a reutilização na geração de diferentes sistemas. Foram, ainda, identificadas dependências não funcionais que frequentemente são transversais aos componentes. Assim, consegue-se a separação dos componentes relativamente às características não funcionais, aumentando a flexibilidade do conjunto e tornando-as factores de variabilidade da arquitectura. A framework desenvolvida agrupa os componentes numa base de dados a partir da qual é feita a sua selecção e composição para a criação do sistema especializado. Foi também implementado um mecanismo de bookmarks que, para além de permitir a incorporação de propriedades não funcionais nos sistemas a criar, permite uma adaptação mais ampla, contribuindo para a geração de sistemas mais adaptados. Os mecanismos de variabilidade usados na implementação dos componentes, na noção de interface e na implementação dos bookmarks, não introduzem custos no sistema gerado. Através desta infra-estrutura, torna-se possível alcançar uma elevada flexibilidade na criação de sistemas operativos, evitando overheads em termos de execução e código gerado, com claras vantagens para as aplicações onde serão utilizados.

The focus of this thesis is on the generation of application specific operating systems in the scope of embedded and real-time systems. The operating systems adaptation provided by this approach minimizes resource usage, an important property for resource constrained environments. To achieve this goal, a framework was developed comprising the mechanisms and policies needed to create specific operating systems. Most of the existing approaches towards operating systems adaptation aim general purpose systems, allowing changes in a limited set of functionalities at runtime, incurring in overhead. Other approaches focus on restricted resources environments, but targeting specific problems, or using techniques that do not promote variability management. This thesis uses the notion of components to the generation of application specific operating systems. To build the components, the fundamental kernel abstractions were identified, as well as studied its variability and modularity, as important factors to promote reuse. Furthermore, a set of orthogonal non-functional properties were also identified, allowing higher modularization and as a consequence, more flexibility in the system generation. The developed framework gathers components in a database, allowing the selection and composition of the most appropriate, for the generation of a particular specialized operating system. The framework also supports a bookmark mechanism that allows the inclusion of non-functional properties in the system. This mechanism also extends the notion of adaptation, since it is possible to make data adaptation and even control the way the system is created, in a certain extent. The variability mechanisms used in components, interfaces and bookmarks, do not induce any costs in the generated system. Concluding, this framework allows operating systems generation in a flexible way according the application needs, avoiding code and execution overheads.