ACM SIGOPS名人堂(第四期)

本文转自 CNSys

在本期SOSP名人堂中,作者将向大家介绍2008年当选的四篇文章,它们分别是:

  1. Grapevine: an exercise in distributed computing
  2. Scale and performance in a distributed file system
  3. Disco: running commodity operating systems on scalable multiprocessors
  4. Machine-independent virtual memory management for paged uniprocessor and multiprocessor architectures

这四篇文章中,前三篇分别选自第8届(1981年)、第11届(1987年)和第16届(1997年)SOSP,第四篇选自第2届(1987年)ASPLOS。这些入选名人堂的文章,讲述的都是经过工业界和学术界检验的极其优秀的工作,下面我们依次对各篇文章进行简单的回顾。

“Grapevine: an exercise in distributed computing”

Andrew D. Birrell, Roy Levin, Roger M. Needham, Michael D. Schroeder(从左至右)

本文介绍的第一篇文章是由Andrew D. Birrell, Roy Levin, Roger M. Needham和Michael D. Schroeder四人共同撰写的,文章提出了基于Internet的分布式系统——Grapevine,该系统主要用于邮件发送,后发展成人们熟知的Grapevine邮件系统。

Grapevine项目的提出主要是为了实现一个实用的分布式系统,并在此基础上研究系统架构与实际应用需求之间的关系。Andrew D.Birrell等人选择信息传递作为目标应用,并综合考虑了信息传递的内容无关性、及时性、去中心化管理,应用系统的可靠性、安全性、稳定性,最终设计实现了Grapevine分布式系统,前后总共花费了大约3年时间。Grapevine项目的研发经历也使他们更加肯定了通过设计真实系统来验证想法的价值。

本文的第一作者Andrew的另一篇工作RPC,也被选入了2007年的SIGOPS名人堂,之前的第二期对该项工作进行了介绍,值得一提的是,这两项工作都是作者就职于Xerox PARC期间完成的,此外,Andrew还拥有25项发明专利。

本文的第二作者Roy Levin也曾就职于Xerox PARC,目前是微软的高级研究员,在15年,16年连续获得IBM公司颁发的“杰出技术成就奖”,而他获得的一系列专利涉及包括机器学习、数据管理和性能优化在内的不同领域。

本文的第三作者Roger M. Needham绝对是系统安全领域的泰斗级人物,他的主要成就包括提出了Needham-Schroeder安全协议,用于进行身份认证的BAN逻辑系统,参与设计了XTEA加密算法和Tiny加密算法。因为杰出的工作,Roger先后被授予法拉第奖章(Faraday Medal)和大英帝国司令勋章(CBE)。不过令人遗憾的是,Roger于2003年不幸去世,享年68岁,但是他在系统安全领域所做出的伟大贡献,足以被历史铭记。

本文的第四作者Michael D. Schroeder研究领域涉及计算机安全、分布式系统和操作系统,曾和Andrew是Xerox PARC的同事。他最著名的工作就是和Roger一起提出了Needham-Schroeder安全协议,此外,Miachael在2001年与他人共同成立了微软研究硅谷实验室,并分别于2006年、2007年获得ACM SIGSAC授予的“杰出创新奖”和NIST/NSA授予的“国家计算机系统安全奖”。

“Scale and Performance in a Distributed File System”

John H. Howard, Michael L. Kazar, Sherri G. Menees, David A. Nichols, M.Satyanarayanan, Robert N.Sidebotham (从左至右)

本文介绍的第二篇文章由M. Satyanarayanan撰写,介绍了卡耐基梅隆大学(CMU)的科研团队在大规模部署Andrew分布式文件系统过程中,针对性能瓶颈所进行的优化工作,文中所涉及的都是在构筑大规模分布式系统过程中的关键问题。

CMU于1983年开始研发Andrew分布式文件系统,预期目标是校区内每个人都拥有自己独立的工作站,因此Andrew的规模将被扩展到超过5000个节点,而规模的增大复杂化了系统的操作,影响了系统的性能。为了保证大规模下Andrew文件系统的性能,Howard等人对一系列Benchmarks的数据流进行了跟踪分析。实验证明客户端频繁的正确性检验操作,服务器端的上下文交换,急剧上升的网络流量,不均匀的服务器负载分配都是影响系统性能的瓶颈。针对上述问题,CMU研究团队从缓存管理、名称解析、通信/计算结构和底层存储实现四个方面开展了相应的优化工作,性能提升效果明显。

AFS文件系统之后被IBM公司商业化,发展为今天广泛使用的OpenAFS,此外还影响了后续的NFS标准以及当今云文件存储技术的发展,AFS研发团队也因此获得了2016年IBM公司颁发的ACM软件系统奖。

本文的撰写者M. Satyanarayanan是移动计算和普适计算研究工作的先驱,也是普适计算的原创主编,设计了Odyssey和Coda文件系统。Coda的核心思想后面被微软所采纳,并应用到Windows 2000的智能镜像和Outlook 2003的缓存交换机制中。虽然Satya是本文的第五作者,但在IBM的颁奖名单上Satya是排在第一位的。

本文的第三作者Sherri G. Menees在科研领域算不上硕果累累,她只以共同作者的身份发表过三篇文章,其中两篇均与AFS相关,但文章的数量并不影响Sherri G. Menees成为一名杰出的科学家,她也实至名归地获得了2016年的ACM软件系统奖。值得一提的是,Sherri是该科研团队中唯一的女性。

“Disco: running commodity operating systems on scalable multiprocessors”

Edouard Bugnion (左), Scott Devine (中), and Mendel Rosenblum (右)

本文回顾的第三篇文章是由斯坦福大学的Mendel Rosenblum、Edouard Bugnion和Scott Devine共同完成的“Disco”,Disco通过采用虚拟机技术,在操作系统和硬件层之间引入额外的软件层HAL(Hardware Abstraction Layer), 需对原有的商业操作系统做一些简单的修改,就可实现不同类型的商用操作系统在同一硬件平台上的并行,从而保证了商用操作系统的可靠性和可用性。此外,HAL为硬件平台提供了更好的容错性,当在虚拟机中运行的软件系统发生故障时,并不会影响到整个物理机的正常运行。HAL也为操作系统提供了可移植性,使得同一个操作系统可以在不同的硬件平台上运行。HAL还透明化地实现了细粒度的资源共享,从而多个虚拟机在并行执行的过程中可以共享现有的硬件资源。

在Disco发表后的第二年,本文的三位作者和Diane Greene, Edware Wang一起成立了VMWare公司,并随后推出VMWare Workstation 1.0,他们五人也因为该项工作获得了2009年颁发的ACM软件系统奖。

本文的一作Edouard Bugnion在VMWare公司担任首席架构师直到2004年,期间参与了NetTop的研发工作,NetTop是提供给美国国安局使用的安全台式电脑。之后Bugnion以虚拟化商业部门副总裁和首席技术顾问的身份加入了Cisco公司,又于2011年辞去在Cisco职务并返回Stanford大学攻读博士学位,2012年博士毕业后在EFPL的计算机科学系任教。Bugnion还是一位天使投资人,参与了Cumulus Networks公司的投资。

Mendel Rosenblum一直在VMWare公司担任首席科学家,但在他的妻子Diane Greene,公司的另一位创始人,辞去CEO职务之后,他也很快于2008年辞职。由于在虚拟机领域所做出的突出贡献,Rosenblum于2002年获得了 ACM 颁发的Mark Weiser奖,于2008年成为ACM会士。

“Machine-independent virtual memory management for paged uniprocessor and multiprocessor architectures”

Richard Rashid, Avadis Tevanian, David Golub and William Bolosky (从左至右)

本文介绍的最后一项工作由CMU的科研团队协作完成。文章指出,伴随着内存管理架构、多处器系统和软件架构等各方面技术的进步,应当重新审视操作系统提供的虚拟内存管理技术。之前由于内存管理单元多样性所导致的移植性问题以及多处理器系统引入的一系列问题,并没能通过以往的虚拟内存管理技术得到妥善的解决,而内存管理架构可以为虚拟内存管理提供的功能支持日益增多。针对该情况,CMU团队设计实现了Mach虚拟内存管理系统,该系统具有结构独立性和先进的功能特性,同时支持多处理器系统和分布式系统。实验结果证明Mach虚拟内存管理系统的性能优于针对特定硬件结构所设计的商用内存管理系统。

本文的第一作者Richard Rashid于1979年成为CMU的课职教授,在授课的同时广泛开展研究,发表了大量的高水平文章,研究内容涉及网络、操作系统、人工智能、编程语言等,并负责了Mach kernel项目的研发。Rashid于1991年加入微软公司,1994年提拔为微软研究部门的副总裁,2000年出任资深副总裁,一直负责微软研究部门的全球业务直到2012年。他在数据压缩、网络、操作系统等领域拥有多项专利,并且是微软互动电视系统的主要研发人员。2003年当选为美国工程院院士,2008年获得IEEE颁发的Emanuel R. Piore奖,2014年获得ACM颁发的软件系统奖。

Avadis Tevanian在CMU获得计算机科学的硕士和博士学位,1987年加入NeXT公司并负责软件的研发,1996年NeXT被苹果公司收购后,Tevanian成为苹果的首席软件工程师,2003年提拔为软件工程部门的副总裁,于2006年从苹果辞职,加入了Tellme网络公司。Tevanian参与了Mach、NEXTSTEP、Darwin与Mac OS X等项目的开发。

小结

纵观第四届获奖的四篇文章,为系统领域所贡献的都是具有开创性的工作。Grapevine邮件系统研发时间长达3年,结合大规模分布式应用需求进行了架构的设计;AFS文件系统则针对超大规模服务器部署过程中的瓶颈,进行了性能优化工作,处理了分布式服务器部署过程中的关键性问题;Disco与 Mach虚拟内存管理系统的独创性等。正是这些前辈用智慧和实践总结出来的科研经验,指引着更多的后来者在系统领域的不断探索,不断创新。我们将在下一期介绍第五届的获奖文章及其背后的故事。

作者

徐叶茂,国防科技大学HiNA实验室,博士生,主要研究方向为深度学习的网络优化

参考文献:

[1] Birrell A D, Levin R, Needham R M, et al. Grapevine: An exercise in distributed computing[C]// Eighth ACM Symposium on Operating Systems Principles. ACM, 1981:178-179.

[2] Howard J, Kazar M, Menees S, et al. Scale and performance in a distributed file system[C]// Eleventh ACM Symposium on Operating Systems Principles. ACM, 1987:1-2.

[3] Bugnion E, Devine S, Govil K, et al. Disco: running commodity operating systems on scalable multiprocessors[J]. Acm Transactions on Computer Systems, 1997, 15(4):412-447.

[4] Rashid R, Young M, Baron R, et al. Machine-Independent Virtual Memory Management for Paged Uniprocessor and Multiprocessor Architectures[J]. IEEE Transactions on Computers, 1988, 37(8):896-908.

[5] https://www.sigops.org/award-hof.html

[6] http://awards.acm.org/award_winners/nichols_0736806

[7] http://dblp.uni-trier.de/pers/hd/m/Menees:Sherri_G=

[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Edouard_Bugnion

[9] https://en.wikipedia.org/wiki/Richard_Rashid

[10] http://www.math.cmu.edu/math/faculty/HrusaWilliam

转载请注明:《 ACM SIGOPS名人堂(第四期) | 我爱计算机