QNX - Architettura e funzionamento
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Oggi una buona parte degli utenti di personal computer ignora del tutto
il significato stesso del termine "sistema operativo". Usano il
loro computer e basta, senza chiedersi altro. Alcuni utenti appena
piu' smaliziati sanno che il loro sistema operativo si chiama Windows
e che prima c'era l'MS-DOS. Di solito ignorano del tutto l'esistenza
di altri sistemi operativi. In realta' i sistemi operativi che sono
stati scritti fino ad oggi sono cosi' numerosi che per elencarli tutti
non basterebbe questa pagina. Molti di questi sono del tutto sconosciuti,
frutto del lavoro di qualche oscuro ricercatore in una oscura universita'.
Lo studio dei sistemi operativi e' una scienza antica quasi quanto
l'informatica stessa. Da allora sono state scoperte tantissime solunzioni
tecniche che affrontano i vari problemi che si incontrano nella stesura
di un OS e molte di queste vengono comunemente applicate ai sistemi
operativi attuali. Tenendo conto di tutta la ricerca che e' stata fatta
in questo campo, e' difficile non provare la sensazione che ormai non sia
rimasto piu' niente da inventare e che, tutto sommato, gli OS che nasono
oggi non siano altro che un impasto fatto sempre con gli stessi ingredienti.
Ovviamente mi riferisco all'architettura interna del sistema, non all'aspetto
"esteriore". Chi si discosta troppo dalle tecniche ben studiate e ben
collaudate finisce spesso per produrre un sistema non ottimale. Ovviamente
esiste ancora dello spazio per le innovazioni, ma sono pochi gli sviluppatori
abbastanza abili da introdurre migliorie sostanziali.

AmigaOS e' piuttosto peculiare nel suo design. Si discosta notevolmente
dagli OS tipici per il suo sistema di comunicazione tra processi (IPC),
il suo sistema di librerie condivise, i device, il sottosistema BOOPSI
e cosi' via. I vantaggi e gli svantaggi di queste scelte sono tuttora
argomento di discussione tra i programmatori Amiga. AmigaOS si puo'
considerare un sistema operativo real-time, anche se probabilmente il termine
e' stato coniato a qualche anno di distanza dall'introduzione di Amiga.
Exec, il microkernel di Amiga, fu progettato per consentire un efficiente
scambio di messaggi tra i processi, che e' poi stato usato con saggezza un
po' ovunque nel resto sistema operativo. Questo e' il segreto alla base
della ben nota efficienza di AmigaOS. Purtroppo un'architettura di questo
tipo rende quasi impossibile l'introduzione della memoria protetta ed
ostacola non poco la creazione di un sistema di memoria virtuale.
Sono caratteristiche molto comuni in tutti i sistemi operativi moderni ed
e' per questo che gli utenti Amiga ne sentono cosi' tanto il bisogno.
La questione si potrebbe anche vedere da un punto di vista opposto: a causa
della memoria protetta e paginata, gli altri sistemi non possono raggiungere
facilmente le prestazioni real-time di AmigaOS.

Il microkernel di QNX presenta alcune analogie con Exec, ma
l'implementazione appare radicalmente diversa. Entrambi i
sistemi sono costruiti da diversi moduli indipendenti tra loro.
In QNX, la comunicazione tra questi moduli avviene esclusivamente
attraverso lo scambio di messaggi (IPC), mentre in AmigaOS alcuni
moduli sono librerie condivise che espongono delle strutture pubbliche.
Una di queste e' la struttura Message, gestita da alcune funzioni
contenute in exec.library (SendMessage(), GetMessage(), ReplyMessage()).
Message rappresenta un messaggio generico, da cui derivano i diversi
tipi di messaggi utilizzati nel sistrema: gli "IntuiMessage" che Intuition
invia alle finestre, i "DosPacket" che servono a controllare gli handler,
le IORequest che costituiscono l'interfaccia dei device.

 Un task puo' ricevere messaggi creando una struttura MessagePort. Quando
un altro task invia un messaggio, questo viene accodato ad una lista gestita
dalla MessagePort e successivamente viene prelevato dal task ricevente,
che puo' elaborarlo e rispondere. La trasmissione del messaggio non comporta
alcuna copia di dati da un task all'altro perche' AmigaOS utilizza un modello
a memoria condivisa. In realta' SendMessage() si limita a manipolare
alcuni puntatori nella lista della MessagePort per accodare il messaggio.
Questo meccanismo e' senza dubbio molto efficiente, ma, come abbiamo gia'
detto, impedisce l'introduzione della memoria protetta in AmigaOS.

 QNX utilizza un modello di memoria protetta classico, cioe' simile a quello
di UNIX. Ogni processo utente possiede uno spazio di indirizzamento privato,
inaccessibile a tutti gli altri processi. In molte incarnazioni di UNIX, tra
cui amche NetBSD e Linux, una grossa parte del sistema costituisce il kernel
e ha accesso privilegiato a tutta la memoria del sistema. Fanno parte del
kernel anche tutti i driver delle periferiche, i servizi di rete ed i filesystem.
Un tipico kernel UNIX contiene infatti da 1 a 4MB di codice. I moduli in esso
contenuti comunicano tra loro semplicemente chiamando delle funzioni. Ne risulta
che un bug in uno qualsiasi di questi moduli puo' bloccare l'intero sistema.
La nota stabilita' di UNIX ha pero' dimostrato che questo non rappresenta
un problema per gli utenti. Tuttavia gli sviluppatori di driver e di componenti
del kernel sono costretti a riavviare il sistema numerose volte durante il test
del proprio lavoro. L'architettura di QNX risolve questo problema perche' prevede
un microkernel di dimensioni ridottissime che implementa soltanto il multitasking
e le primitive IPC. Tutto il resto del sistema, compresi i driver dell'hardware,
viene eseguito in modo utente, cioe' con uno spazio di indirizzamento protetto.

Ovviamente un'interfaccia basata sullo scambio di messaggi in un sistema con
memoria protetta e' meno efficiente rispetto ai metodi tradizionali per l'accesso
ai servizi del sistema operativo (chiamate a funzione o interrupt), ma rispetto a
questi ha il vantaggio di garantire una robustezza ed una modularita' superiore.
Inoltre il sistema IPC di QNX consente la comunicazione trasparente tra processi
che risiedono su computer diversi. Recentemente il modello funzionale utilizzato
da QNX e' divenuto piuttosto popolare tra gli sviluppatori: ormai sono numerosi
i sistemi operativi che si basano sullo stesso principio, ma QNX ha il merito di
essere un OS gia' molto maturo e ben supportato.

 Photon, il windowing system proprietario di QNX, possiede molte caratteristiche
interessanti. Volendo fare un parallelo con X11, Photon appare decisamente piu'
flessibile e, soprattutto, meno pesante. Il cuore di Photon e' costituito da
un innovativo sistema di gestione dell'input (mouse, tastiera, etc.) e dell'output
(dispositivi grafici) che permette di ottenere un'elevata scalabilita' e
configurabilita' in cambio di un overhead contenuto. In pratica Photon e' un
"microkernel" che ha il compito di gestisce un certo numero di oggetti di forma
rettangolare tenendo conto della loro sovrapposizione. Ogni rettangolo deve essere
in grado di ricevere degli eventi di input, elaborarli e, eventualmente, produrre
un output. L'output puo' quindi diventare l'input dei rettangoli che si trovano
al di sotto. I rettangoli non devono necessariamente corrispondere con le finestre
visibili sullo schermo. In questo scenario il driver della scheda grafica sarebbe
associato ad un rettangolo grande quanto tutto lo schermo che riceve in input tutti
i comandi di disegno prodotti dai rettangoli che stanno al di sopra. I problemi di
clipping grafico che ogni sistema a finestre deve affrontare, in Photon si risolvono
praticamente da soli grazie all'architettura utilizzata.

Per capire cosa e' possibile fare con questo approccio e' necessario fare
qualche esempio. Un programma potrebbe creare un rettangolo sovrapposto ad una
finestra che ha l'effetto di filtrare tutto l'input prodotto dal mouse alterandone
lo spostamento in modo da accelerare il movimento del puntatore limitatamente alla
finestra in questione. Un desktop potrebbe estendesi su due schermi affiancati,
ognuno gestito da una scheda grafica, semplicemente accostando due rettangoli.

Potra' sembrare lapalissiano, ma e' spesso vero: le cose semplici tendono
sempre a funzionare meglio di quelle complicate.  QNX trae la propria forza
dalla semplicita' e dall'omogeneita' della propria architettura, proprio come
AmigaOS. Dal momento che il sistema operativo e' la base sulla quale si possono
costruire delle applicazioni, una base solida e ben progettata e' un requisito
indispensabile per sorreggere applicazioni di qualita'.

 Rimane aperto un unico grande interrogativo. In che modo Amiga Inc. intende
integrare i due sistemi operativi. Sradicare Exec da AmigaOS per appoggiare
il tutto sopra QNX e' un'operazione tutt'altro che banale, che richiede progettisti
molto abili ed esperti. Altrimenti il risultato rischia di diventare un ibrido
deforme. Windows NT ne e' un triste esempio: un buon kernel UNIX fu incastrato
malamente con l'API Win32, creata per l'occasione dando una rispolverata
all'API di Windows 3.1. Il risultato e' un sistema leggermente instabile,
dotato di scarsa sicurezza e mostruosamente assetato di risorse che,
nonostante gli sforzi della piu' grande software house del mondo, stenta
tuttora ad affermarsi.