PDF de programación - Sistema de Computación para un Sistema Operativo Orientado a Objetos basado en una Máquina Abstracta Reflectiva Orientada a Objetos

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Departamento de Informática

TESIS DOCTORAL

Sistema de Computación para un Sistema Operativo
Orientado a Objetos basado en una Máquina Abstracta

Reflectiva Orientada a Objetos

Presentada por

Lourdes Tajes Martínez

para la obtención del título de Doctora en Informática

Dirigida por el

Profesor Doctor D. Juan Manuel Cueva Lovelle

Oviedo, en un futuro no muy lejano

J

Tabla de Contenidos

TABLA DE CONTENIDOS

PRESENTACIÓN DE LA TESIS

1

DISTRIBUCIÓN DE LOS CONTENIDOS

1.1

1.1.1
1.1.2
1.1.3

1.2

1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.2.5
1.2.6

1.3
1.4

Antecedentes

Interoperabilidad
Integración de la Computación en el entorno OO
Sistemas Relevantes

Solución

SIOO: Máquina Abstracta Orientada a Objetos + Sistema Operativo Orientado a Objetos
Entorno de Computación Orientado a Objetos en el SIOO
Modelo de Objetos para la Computación
Integración de SOOO y MAOO: Reflectividad
MAOO
SOOO
Prototipo
Conclusiones

CAPÍTULO I LOS SISTEMAS OPERATIVOS Y EL PARADIGMA DE LA ORIENTACIÓN A
OBJETOS

EL PARADIGMA DE ORIENTACIÓN A OBJETOS COMO TECNOLOGÍA DE DESARROLLO

1.1

Modelo de Objetos Estándar

1.1.1
1.1.2
1.1.3

Encapsulación
Herencia
Polimorfismo

1.2

Razones para migrar a un entorno OO

SISTEMAS OPERATIVOS ORIENTADOS A OBJETO: UNA PLATAFORMA NECESARIA

2.1

2.1.1
2.1.2

Integración no Completa del paradigma de la OO

Adopción Parcial
Adopción No Uniforme

2.2

2.2.1
2.2.2

Problemas de la adopción No completa del paradigma OO

Problema de la desadaptación de impedancias o salto semántico
La interoperabilidad entre distintos modelos de objetos

2.3

2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.5
2.3.6

Soluciones Parciales a los problemas de interoperabilidad

Corba
SOM
DSOM. Distributed SOM
COM
Ventajas de la solución
Inconvenientes

2.4

SO + OO: Una buena pareja

SO OO: PRIMER OBJETIVO

3.1
interoperabilidad

COMPUTACIÓN EN SISTEMAS ORIENTADOS A OBJETOS

Ventajas de la construcción de un SOOO para solucionar los problemas de desadaptación e

CAPÍTULO II TECNOLOGÍAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA OPERATIVO

1

2

3

4

2

3

1 MICRONÚCLEOS

Organización del Sistema Operativo
Definición y Funciones
Ventajas e Inconvenientes de los micronúcleos

1.3.1
1.3.2
SISTEMAS OPERATIVOS ESPECÍFICOS DE LAS APLICACIONES

Ventajas
Limitaciones de los micronúcleos

1.1
1.2
1.3

2.1
2.2

Organización
Ventajas e Inconvenientes

2.2.1
2.2.2
FAMILIAS DE PROGRAMAS

Ventajas
Inconvenientes

3.1
3.2

3.2.1

Definición
Organización

Diseño guiado por la aplicación

1

3.2.2

Orientación a Objetos

Tabla de Contenidos

3.3

Ventajas e Inconvenientes

3.3.1
3.3.2
ORIENTACIÓN A OBJETOS

Ventajas
Inconvenientes

4.1
4.2
4.3

Definición
Aproximaciones Orientadas a Objeto en los Sistemas Operativos
Ventajas de la estructuración con objetos del sistema.

4

5

6

5.1
5.2

5.3
5.4

4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.3.4
4.3.5
4.3.6
REFLECTIVIDAD: IMPLANTACIÓN ABIERTA

Reutilización.
Portabilidad
Separación Interfaz/Implantación
Adaptabilidad
Facilidad para evolucionar
Optimización Estructurada

Necesidad de una Implantación Abierta: Dilemas, Conflictos y Decisiones
El Modelo de Implantación Abierta
Interfaz base versus Meta Interfaz
Ventajas de la división nivel base / meta nivel

5.2.1
5.2.2

Sistemas Reflectivos
Ventajas e Inconvenientes de estos sistemas

5.4.1
5.4.2
OO + REFLECTIVIDAD: UNA COMBINACIÓN PROMETEDORA

Ventajas
Inconvenientes

CAPÍTULO III ENTORNOS DE COMPUTACIÓN DEFINIDOS POR LOS SISTEMAS
OPERATIVOS

NECESIDAD DE UN ENTORNO DE COMPUTACIÓN ADECUADO PARA UN SISTEMA ORIENTADO A

1
OBJETOS

1.1

El entorno de computación como aislante del hardware

El entorno de computación como proveedor de abstracciones

1.1.1

1.2

El sistema operativo como gestor de recursos

2

REQUISITOS DE DISEÑO DE UN ENTORNO DE COMPUTACIÓN

2.1

Requerimientos funcionales
Abstracciones adecuadas
Concurrencia en el Modelo
Comunicación y sincronización
Planificación

2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4

2.2

2.2.1
2.2.2
2.2.3

Requerimientos no funcionales
Abstracción única y sencilla
Flexibilidad del entorno
Eficiencia

3 MODELO DE PROCESOS TRADICIONAL

3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6

3.6.1
3.6.2

Abstracciones
Concurrencia
Comunicación entre procesos
Planificación de Procesos
Interfaz del sistema operativo
Ventajas e Inconvenientes del modelo de procesos

Ventajas
Inconvenientes

3.7

3.7.1
3.7.2

Integración de la OO con el Modelo de Procesos

Un Proceso contiene un objeto.
Un proceso encapsula múltiples objetos.

4 MODELO DE TAREAS E HILOS

1.1
1.2

Comunicación entre hilos
Posibles Modelos de Hilos

1.2.1
1.2.2
1.2.3

Procesos ligeros
Hilos de Usuario
Scheduler Activations

1.3

Integración de la OO con el Modelo de Tareas/Hilos

2

PROBLEMAS DE LOS MECANISMOS DE COMPUTACIÓN TRADICIONALES

2.1

Pobre adecuación para el soporte de Objetos

2

2.2
2.3
2.4

Demasiadas Abstracciones
Falta de Uniformidad
Inflexibilidad

Tabla de Contenidos

3 MODELO OBJETO/HILO

3.1
3.2

Objetos e Hilos
Ventajas e Inconvenientes del Modelo

CAPÍTULO IV VISIÓN GENERAL DE ALGUNOS SISTEMAS OPERATIVOS RELEVANTES

CHOICES: UN SISTEMA OPERATIVO ORIENTADO A OBJETOS BASADO EN LA REUSABILIDAD

1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8

Arquitectura del Sistema
Abstracciones de Choices
Computación en Choices
Planificación
Manejo de Excepciones
Semáforos
Jerarquía de marcos: Reutilización del Código
Crítica

Separación usuario / sistema: sólo flexibilidad estática
Uso restringido al C++
Falta de uniformidad en la Orientación a Objetos
Mecanismo de computación tradicional no Orientado a Objetos: Abundancia de Abstracciones y

1.8.1
1.8.2
1.8.3
1.8.4
falta de integración con los objetos
1.8.5

1.9

Características interesantes

Código de Sincronización en los clientes

1.9.1
CLOUDS: SISTEMA OPERATIVO DISTRIBUIDO

Jerarquía de clases de implementación y con interfaz OO para el usuario

1

2

4

5

2.2

2.2.1
2.2.2

Computación en Clouds
Modelo Objeto/Hilo
Control de la Concurrencia y Consistencia del estado

2.1

Arquitectura del Sistema

2.1.1
2.1.2
2.1.3

El kernel RA
Objetos del sistema
Objetos del usuario

2.3

2.3.1
2.3.2

2.4

Crítica

Falta de adaptación
Modelo Objeto/Hilo
Cuestiones Interesantes

2.4.1
2.4.2
2.4.3
2.4.4
SPIN: MICROKERNEL EXTENSIBLE PARA SISTEMAS OPERATIVOS ESPECÍFICOS PARA LA

Uniformidad Objetos Usuario/Sistema
Ofrece la interfaz OO
Soporte para el control de la concurrencia
No está restringido a ningún lenguaje concreto

3
APLICACIÓN

3.1
3.2
3.3

3.4

4.1
4.2
4.3
4.4

Extensibilidad de grano fino
Mecanismos de Computación en Spin
Crítica

Falta de uniformidad para la extensión

Características interesantes

3.3.1

3.4.1
3.4.2
3.4.3
AEGIS: APROXIMACIÓN A UN SISTEMA OPERATIVO EXTENSIBLE

Extensibilidad dinámica por código de usuario
Seguridad en la extensibilidad
Eficiencia

Arquitectura del sistema
Abstracción para la Computación en Aegis
Planificación en Aegis
Crítica

4.4.1
4.4.2

Mecanismo Complejo de Bajo Nivel para implementar la planificación
Mecanismo de muy bajo nivel, demasiado complejo para la mayor parte de las aplicaciones

4.5

Cuestiones Interesantes

4.5.1
4.5.2
APERTOS

Flexibilidad
Eficiencia

5.1

Crítica

3

5.1.1
5.1.2
5.1.3

Complejidad de estructura
Falta de uniformidad por la separación espacio/meta-espacio de objetos
No existe mecanismo de seguridad uniforme en el sistema

Tabla de Contenidos

5.2

5.2.1

Características interesantes

Reflectividad para la flexibilidad

6 MÁQUINA VIRTUAL JAVA

6.1
6.2

6.2.1
6.2.2
6.2.3
6.2.4

6.3

6.3.1
6.3.2

6.4

6.4.1
6.4.2
6.4.3
6.4.4

Subsistema de Carga de Clases
Runtime Data Areas
Área de Métodos
Heap
Pila
Registros

Execution Engine en Java

Planificación
Sincronización

Características Interesantes

Independencia de la plataforma
Soporte Básico a los objetos
Soporte básico a la Computación
Máquina Multihilo

6.5

Crítica

6.5.1
la máquina

Falta de Definición de una Relación clara y estable entre los objetos y el entorno de ejecución de

CAPÍTULO V UN SISTEMA INTEGRAL ORIENTADO A OBJETOS
SISTEMA INTEGRAL ORIENTADO A OBJETOS COMO SOLUCIÓN GLOBAL

1

1.1
1.2
1.3

Entorno Integral Orientado a Objetos
Soporte al Objeto en el Sistema Integral
Sistema = Mundo de Objetos

REQUISITOS DE DISEÑO DE UN SISTEMA INTEGRAL ORIENTADO A OBJETOS

2.1

Modelo de objetos Uniforme.

2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
2.1.5
2.1.6
2.1.7
2.1.8
2.1.9

Abstracción y Encapsulamiento: Clases
Jerarquía. La relación “es-un” (herencia). La relación “es-parte-de” (agregación)
Modularidad
Tipos y polimorfismo
Excepciones
Concurrencia
Persistencia
Distribución
Seguridad

2.2
2.3

Homogeneidad
Simplicidad

ARQUITECTURA DEL SISTEMA INTEGRAL

CAPÍTULO VI EL SISTEMA OPERATIVO ORIENTADO A OBJETO: EL CEREBRO DEL
SISTEMA INTEGRAL

2

3

1
2

3

EL PARADIGMA DE OO Y LOS SISTEMAS OPERATIVOS. ¿FALACIA O REALIDAD?
SOPORTE AL CONCEPTO DE OBJETO
Uniformidad en torno a la OO

2.1.1

Abstracción única

Modelo de Objetos único intencionadamente estándar
Abstracción Homogénea

2.1

2.2
2.3

2.3.1
ESTRUCTURACIÓN E IMPLANTACIÓN DEL SISTEMA COMO UN CONJUNTO DE OBJETOS

Modo de trabajo exclusivamente orientado a objetos

3.1
3.2
3.3

Diseño del Sistema Operativo como un marco OO
Sistema Operativo como conjunto de objetos en tiempo de ejecución
Interfaz oo
4 MULTILINGUAL
5

FLEXIBILIDAD

5.1
5.2

Flexibilidad: Nuevo Reto en el Diseño de Sistemas Operativos
Falta de flexibilidad. Causas y Consecuencias

5.2.1
5.2.2

Las Causas
Las Consecuencias

4

5.3

5.3.1
5.3.2

Distintas aproximaciones a la flexibilidad

Flexibilidad estática: Sistemas personalizables
Flexibilidad dinámica

Tabla de Contenidos

5.4

6.1

6

7

Flexibilidad en los Sistemas Operativos

REFLECTIVIDAD. ARQUITECTURA PARA UN SISTEMA FLEXIBLE

OO: Necesaria, pero no suficiente

6.1.1
6.1.2

Necesaria ...
... Pero no Suficiente

6.2

Separación Objeto – Meta-objeto

6.2.1
VENTAJAS DERIVADAS DE UN SISTEMA OPERATIVO OO

Meta-Objetos: Objetos

7.1
7.2
7.3
7.4
7.5

Economía de Conceptos
Rendimiento
Sistemas Personalizables
Adaptabilidad
Extensibilidad: Soporte para interfaces adaptables

CAPÍTULO VII DISEÑO DE UN ENTORNO DE COMPUTACIÓ