库操作系统 LibOS

库操作系统(Library Operating System,简称 LibOS)是根据某类应用的特殊需求,由某一高级编程语言将原本属于操作系统内核的某些资源管理功能,如文件磁盘 I/O、网络通信等,按照模块化的要求,以库的形式提供给应用程序的特殊操作系统。

它能代替操作系统内核合理地管理和控制所涉及的计算机资源,并将所涉及的计算机资源直接暴露给应用程序,让应用程序直接访问底层(虚拟)硬件,以便应用程序能够高效地运行。特别地,它与应用程序在编译时被链接到一起,形成一个只有单地址空间的二进制文件并工作在应用层,是构建 Unikernel 的一个必不可少的系统组件。

相对于 Container/VM 等共享内核技术,LibOS 更加轻量、运行资源消耗更少,并提供了内核定制能力。LibOS 有更好的隔离性,能够给每个应用都提供独立的 OS,从而让应用可以在不同的平台上运行。

库操作系统 LibOS 具有如下基本特点:

  • 模块化(modularization)

    将操作系统的功能结构化,按模块划分,以类库(library)来实现和封装系统的基本功能。模块化可以抽象出软件内部的实现细节,限制单个源代码更改的范围,并方便对各个部分做出修改和重用,满足其专业定制的需求,灵活组装出精简、优化的库操作系统。

  • 专用化(customization)

    开发人员可以根据自己对应用服务的特殊需求改写库,实现自定义抽象,省略不必要的抽象,跨设备驱动程序和应用逻辑执行全系统优化,剔除不需要的系统组件,从而构建出高度专业化的操作系统,满足其安全性和高效性。

  • 单地址空间(single address space)

    应用程序与特定的驱动、核心库运行在一起,共享同一内存页表,不存在运行时状态上下文切换的额外开销,因此可以提高程序的运行速率,实现更高效的应用服务。

库操作系统 LibOS 的通用系统架构:

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