ETH baut am Betriebssystem der Zukunft

Die Software-Entwicklung befindet sich derzeit in einer Sackgasse. Die Programme können nicht schneller werden, weil sie die jüngsten Hardware-Entwicklungen wie die Verwendung mehrerer Prozessorkerne gar nicht ausschöpfen.

Das soll sich mit dem Betriebssystem Barrelfish ändern, das Wissenschaftler der ETH Zürich und Mitglieder des Microsoft-Forschungslabors im englischen Cambridge dereit entwickeln. In dem OS der Zukunft erhält jeder Prozessorkern einen eigenen Betriebssystemkernel. Dabei wird etwa kein gemeinsamer Speicher genutzt, wie dies in derzeitigen Systemen wie Windows und Linux der Fall ist. Vielmehr tauschen die Kernel Informationen unter einander aus, indem sie Nachrichten verschicken. Die Infos, die da hin und her flitzen, sorgen etwa dafür, dass das Betriebssystem als Ganzes einheitlich und regelmässig läuft.

"Der Austausch von Nachrichten ist wesentlich effizienter, als der gemeinsame Zugriff auf zentrale Speicherressourcen", meint Timothy Roscoe, Professor am Departement für Computerwissenschaften der ETH Zürich. Barrelfish gleicht somit mehr einem verteilten System und einem Netzwerk als einem klassischen, zentralistischen Betriebssystem.

Dieser Multikernel hat daher mindestens zwei Vorteile: Zum einen ist er eine gute Grundlage, um auch Endanwendungen schreiben zu können, die die mehrkernigen Prozessorarchitekturen ausnutzen. Diverse Firmen, darunter Microsoft, Intel und Sun, versuchen derzeit herauszufinden, wie solche parallele Applikationen geschrieben werden können. So stellt beispielsweise Apple in ihrem jüngsten Betriebssystem Mac OS X 10.6 Snow Leopard parallele Verfahren über die Programmierbibliothek Grand Central Dispatch (GCD) zur Verfügung. Damit lassen sich dann Programme schreiben, die die Möglichkeiten von Multi-Core-Prozessoren besser ausschöpfen. "Dies alles ist allerdings auf das Mac OS aufgepfropft und nicht das Kernstück des Betriebssystems selbst", sagt Roscoe.

Zum anderen ist Barrelfish durch seine Bauweise weitestgehend getrennt von der darunterliegenden Hardware. Dadurch ist es auch auf künftiger Hardware lauffähig, ohne dass es gross umgeschrieben werden muss. "Für uns Betriebssystemforscher wird das Innere eines Computers künftig ziemlich anders aussehen als vor fünf Jahren", gibt Roscoe zu bedenken. Barrelfish sei vom Design her aber sehr flexibel und könne auch mit künftigen Hardware-Entwicklungen mithalten.

Erste Früchte der Forschungsarbeit haben die Wissenschaftler dieser Tage veröffentlicht. Einerseits ist der Code von Barrelfish unter einer Open-Source-Lizenz verfügbar. Andererseits präsentiert das Forschungsteam in einem wissenschaftlichen Paper seine Arbeit.

"Derzeit wenden wir uns mit dem Barrelfish-Code in keiner Weise an Endanwender", gibt Roscoe zu bedenken. Der von Grund auf neu geschriebene Quelltext in C und Assembler, der von der Homepage des Forschungsteam gratis heruntergeladen werden kann, sei noch nicht "besonders robust". Er läuft auf 64-Bit-Plattformen mit x86er Chips. Neben dem Betriebssystem haben die Wissenschaftler noch einen Webserver und ein paar Grafik- und Visualisierungstool geschrieben. Allerdings darf man nicht erwarten, dass man etwa Microsofts Office ausführen kann.

Homepage des Barrelfish-Entwicklungsteam an der ETH

Wissenschaftliches Paper zur Funktionsweise eines Multikernel-Betriebssystems