home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Danny Amor's Online Library / Danny Amor's Online Library - Volume 1.iso / html / faqs / faq / os-research / part1 next >
Encoding:
Text File  |  1995-07-25  |  45.7 KB  |  1,008 lines

  1. Subject: Comp.os.research: Frequently answered questions [1/3]
  2. Newsgroups: comp.os.research,comp.answers,news.answers
  3. From: bosullvn@tcd.ie (Bryan O'Sullivan)
  4. Date: 1 Nov 1994 09:59:04 GMT
  5.  
  6. Archive-name: os-research/part1
  7. Version: $Revision: 1.17 $
  8. Last-Modified: $Date: 1994/08/29 14:15:33 $
  9.  
  10.         Answers to frequently asked questions
  11.           for comp.os.research: part 1 of 3
  12.  
  13.                Copyright (C) 1993, 1994
  14.                Bryan O'Sullivan
  15.  
  16.  
  17.  
  18.               TABLE OF CONTENTS
  19.  
  20.  
  21. 1.     Introduction
  22. 1.1.   How to read this article
  23. 1.2.   Reader contributions and comments
  24. 1.3.   Acknowledgments and caveats
  25.  
  26. 2.     Recurrent discussions
  27. 2.1.   Microkernels, macrokernels, and the in-betweenies
  28. 2.2.   Threads
  29. 2.2.1. Distinguishing features
  30. 2.2.2. Characterising implementations of multithreading
  31. 2.2.3. The history of threads
  32.  
  33. 3.     File systems
  34. 3.1.   Extent-based versus log-structured file systems
  35.  
  36. 4.     Mobile and disconnected computing
  37. 4.1.   Constraints on software
  38. 4.2.   Communications protocols
  39. 4.3.   Access to files
  40. 4.4.   Power management
  41. 4.5.   Other issues
  42. 4.6.   An introductory mobile computing bibliography
  43.  
  44. 5.     Operating systems teaching
  45. 5.1.   What good undergraduate-level texts are available?
  46. 5.2.   Graduate-level texts
  47. 5.3.   Do any texts cover the implementation of specific operating systems?
  48. 5.4.   What instructional operating systems can I use?
  49. 5.5.   Where can I find the canonical list of OS papers for grad courses?
  50.  
  51.  
  52.  
  53. ------------------------------
  54. Subject: [1] Introduction
  55. From: Introduction
  56.  
  57. This posting consists of answers to many of the questions most
  58. frequently asked and summaries of the topics most frequently covered
  59. on comp.os.research, the Usenet operating systems research discussion
  60. group.  The purpose of this posting is to circulate existing
  61. information, and to avoid rehashing old topics of discussion and
  62. questions.  Please read both parts of this document before posting to
  63. this newsgroup.
  64.  
  65. This newsgroup is moderated; the moderator is Darrell Long
  66. <darrell@cse.ucsc.edu>.  A companion posting to the FAQs, `Welcome to
  67. comp.os.research', briefly covers the moderation policy and guidelines
  68. for posting to comp.os.research.  It can be found in either
  69. comp.os.research or news.answers, and is posted regularly.
  70.  
  71. Due to its size, the FAQ is split up into two parts; each is posted once a
  72. month.  The welcome posting is posted fortnightly.  The FAQ is also
  73. available in hypertext form on the World-Wide Web, at
  74. http://www.maths.tcd.ie/scrg/os-faq.html.  You may prefer to browse the
  75. FAQ on the Web rather than on Usenet, as it contains many useful
  76. hyperlinks.
  77.  
  78. Note: chunks of text of the form [92-02-12-21-20.29] indicate the
  79. original posting from which a section of this article was inspired,
  80. snarfed, or just plain copied wholesale.  The FAQ as available on the
  81. Web has hyperlinks to the relevant articles.  Other chunks in square
  82. brackets are comments and reminders to myself.  These latter sections
  83. of text will be removed as appropriate material is added, but the
  84. attributions will remain.
  85.  
  86. ------------------------------
  87. Subject: [1.1] How to read this article
  88. From: Introduction
  89.  
  90. This article is posted in digest format; using the `G%' command from
  91. within the `nn' newsreader should split it up into separate
  92. sub-articles which you can browse through.
  93.  
  94. To skip to a particular question numbered n.m, use `/: \[n\.m\]' from
  95. most pagers.  From within GNU Emacs, you can use `C-s [n.m]'.  This
  96. article is treated as an outline when edited by GNU Emacs.
  97.  
  98. ------------------------------
  99. Subject: [1.2] Reader contributions and comments
  100. From: Introduction
  101.  
  102. Your contributions, comments, and corrections are welcomed; mail sent
  103. to <os-faq@cse.ucsc.edu> will be dealt with as quickly as I can
  104. manage.  Generally, performing a reply or followup to this article
  105. from within your newsreader should do the Right Thing.
  106.  
  107. While I am more than happy to include submissions of material for the
  108. FAQ if they seem appropriate, it would make my life a lot easier if
  109. such text were proof-read in advance, and kept concise.  I don't have
  110. as much time as I would like to digest 15K text files and summarise
  111. them in three paragraphs for inclusion here.  If you are interested in
  112. contributing material, please see the to-do list at the end of part 3
  113. of the FAQ.
  114.  
  115. ------------------------------
  116. Subject: [1.3] Acknowledgments and caveats
  117. From: Introduction
  118.  
  119. Although this FAQ has been the result of a co-operative effort, any
  120. blame for inaccuracies and errors lies entirely with my edits.  I
  121. would like to thank the following people for their part in
  122. contributing to this article:
  123.  
  124. Arindam Banerji        <axb@cse.nd.edu>
  125. Surendar Chandra    <surendar@cs.duke.edu>
  126. Steve Chapin        <sjc@cs.purdue.edu>
  127. Crispin Cowan        <crispin@csd.uwo.ca>
  128. Dan Hildebrand        <danh@qnx.com>
  129. Gordon Irlam        <gordoni@home.base.com>
  130. Alan Judge        <amjudge@dsg.cs.tcd.ie>
  131. Darrell Long        <darrell@cse.ucsc.edu>
  132. Chris Maeda        <cmaeda@cs.washington.edu>
  133. Peter Magnusson        <psm@sics.se>
  134. Craig Partridge        <craig@bbn.com>
  135. Tom Van Vleck        <tom_van_vleck@taligent.com>
  136. Robert Walsh        <rjwalsh@maths.tcd.ie>
  137.  
  138. ------------------------------
  139. Subject: [2] Recurrent discussions
  140. From: Recurrent discussions
  141.  
  142. A number of topics tend to appear with regularity in comp.os.research.
  143. This section attempts to go over some of the most commonly-covered
  144. ground.  I haven't made the list of topics covered exhaustive by any
  145. means.
  146.  
  147. ------------------------------
  148. Subject: [2.1] Microkernels, macrokernels, and the in-betweenies
  149. From: Recurrent discussions
  150.  
  151. A recurrent topic of discussion in this newsgroup has been the
  152. comparison between microkernel (for example Mach and QNX) and
  153. `macrokernel' (traditional Unix) operating systems.  The basic notion
  154. of a microkernel consists of devolving as much functionality as
  155. possible into processes rather than the kernel itself; different
  156. systems take different approaches to implementing this.
  157.  
  158. For example, some systems (such as Mach) leave device drivers in the
  159. kernel, and place higher-level services (such as file systems)
  160. outside; others (such as QNX) move device drivers outside of the
  161. kernel.
  162.  
  163. However, anecdotal evidence [93-03-03-07-56.52] suggests that the
  164. distinction between microkernel and monolithic architectures is
  165. becoming more blurred as time goes on, as the two advance.  For
  166. example, most modern monolithic kernels now implement multiple threads
  167. of execution and fine-grained parallelism.  Architecturally, this
  168. approach begins to appear similar to a microkernel with several
  169. kernel-space processes working from shared memory.
  170.  
  171. As an aside, people often complain that the Mach system can't be a
  172. `real' microkernel, because it is so large (at least, this is the
  173. argument most frequently cited).  However, I have been told that
  174. automatically-generated code stubs contribute very significantly to
  175. the size of the kernel, and that some size reduction would be likely
  176. if MIG (the stub generator) produced better code.  [Can someone from
  177. CMU comment on this?]  As mentioned above, the leaving of device
  178. drivers in the kernel also contributes to Mach's size.
  179.  
  180. Debating microkernels versus monolithic kernels on the basis of kernel
  181. size misses the central, architectural point.  In the same way as the
  182. point of a RISC processor is not to minimise the instruction count,
  183. but rather to make a different tradeoff between what is implemented
  184. in the processor instruction set and what is implemented in other
  185. ways, the microkernel architectural issue is to determine which
  186. services are implemented in the microkernel, and which services are
  187. implemented external to that microkernel.  By making appropriate
  188. choices here, the goal is to enhance various OS attributes in a manner
  189. that might not be addressable with a monolithic kernel OS.  System
  190. attributes such as performance, flexibility, realtime, etc. are all
  191. variables which are taken into account.
  192.  
  193. Some history:
  194.  
  195. Ira Goldstein and Paul Dale were the coiners of the term `microkernel'
  196. back around 1989.
  197.  
  198. ------------------------------
  199. Subject: [2.2] Threads
  200. From: Recurrent discussions
  201.  
  202. The exact meaning of the term `thread' is not generally agreed upon.
  203. One of the more common usages denotes a `lightweight' process
  204. (sequential flow of control) which shares an address space and some
  205. other resources with others, and for which context switching time is
  206. lower than for `heavyweight' (i.e. kernel-supported) processes.
  207.  
  208. Throughout the following material, when we refer to `processes', this
  209. can be taken as meaning heavyweight processes.
  210.  
  211. ------------------------------
  212. Subject: [2.2.1] Distinguishing features
  213. From: Recurrent discussions
  214.  
  215. Some of the features which distinguish different approaches to
  216. threading are listed below:
  217.  
  218. - Number of *concurrent* flows of control: generally, threads may
  219.   potentially make use of multiple processors in order to allow
  220.   several to execute concurrently.  That is, the model usually takes
  221.   into consideration the possibility that there may be more than one
  222.   flow of control active at any time.
  223.  
  224. - Scheduling policy: a thread scheduler may be pre-emptive, in which
  225.   case a thread is put to sleep either when it waits upon some
  226.   resource or runs for the full duration of its time quantum, or
  227.   non-pre-emptive, in which case individual threads continue to run
  228.   until they relinquish the processor themselves (either through
  229.   waiting on a resource or calling the analogue of a sleep()
  230.   function).
  231.  
  232. Systems which are non-pre-emptive and may only ever have a single
  233. active flow of control (regardless of the number of processors
  234. available) are referred to as coroutine systems.  Coroutine
  235. programming requires quite a different approach from threads-based
  236. programming, as many of the synchronisation and resource-sharing
  237. problems which occur in threaded environments need never trouble the
  238. coroutines programmer.
  239.  
  240. ------------------------------
  241. Subject: [2.2.2] Characterising implementations of multithreading
  242. From: Recurrent discussions
  243.  
  244. An important distinction may be made between user-level threads and
  245. kernel-supported threads.  A user-level thread maintains all its state
  246. in user space.  A consequence of this is that no kernel resources need
  247. to be allocated per thread, and switching between threads can be done
  248. without changing address space.  A disadvantage is that user level
  249. threads cannot execute while the kernel is busy, for instance, with
  250. paging or I/O.  This would require some knowledge and participation on
  251. the part of the kernel.
  252.  
  253. It is possible to combine both methods, as is done in SunOS 5.x (aka
  254. Solaris 2.x).  Here, one or more light weight processes (LWPs)
  255. multitask one or more user-level threads, which in turn are
  256. implemented using user-space libraries.
  257.  
  258. Some issues which characterise thread implementations, and which
  259. determine the uses to which a threads package may be put, include:
  260.  
  261. - How much by way of kernel resources does a thread require?  This
  262.   will typically limit the number of threads that can be started by a
  263.   process.
  264.  
  265. - Under what circumstances will the entire process hang?  For
  266.   instance, if some thread gets a page fault, may another thread in
  267.   that process be dispatched?
  268.  
  269. - Does switching threads require a full system call (as on the SPARC),
  270.   or may context switches between threads be performed entirely at
  271.   user level?
  272.  
  273. - How are signals handled?  Can signals be masked individually per
  274.   thread?  Is there a `broadcast' signal?
  275.  
  276. - How are stacks handled?  Will the stacks shrink/grow dynamically on
  277.   a per thread basis?
  278.  
  279. Several systems today (QNX and Plan 9, for instance) take the stance
  280. that threads `fix the symptom, but not the problem'.  Rather than
  281. using threads because the OS context switch time is too slow, a better
  282. approach, according to the architects of these systems, is to fix the
  283. OS.  It's ironic, now that even PC-hosted desktop OSes provide
  284. MMU-protected multitasking, the fashionable programming model has
  285. become multiple threads running in a common address space, making
  286. debugging difficult, and also making it more difficult to generate
  287. reliable code.  With fast context switching, existing OS services like
  288. explicitly allocated shared memory between a team of cooperating
  289. processes can create a `threaded' environment, without opening the
  290. Pandora's box of problems that a fully shared memory space entails.
  291.  
  292. ------------------------------
  293. Subject: [2.2.3] The history of threads
  294. From: Recurrent discussions
  295.  
  296. [93-04-21-13-32.11] [92-01-27-17-05.54] The notion of a thread, as a
  297. sequential flow of control, dates back to 1965, at least, with the
  298. Berkeley Timesharing System.  Only they weren't called threads at that
  299. time, but processes [Dijkstra, 65].  Processes interacted through
  300. shared variables, semaphores, and similar means.  Max Smith did a
  301. prototype threads implementation on Multics around 1970; it used
  302. multiple stacks in a single heavyweight process to support background
  303. compilations.
  304.  
  305. Perhaps the most important progenitor of threads is the programming
  306. language PL/I, from about the 1965 time frame.  The language as
  307. defined by IBM provided a `CALL XXX (A, B) TASK;' construct, which
  308. forked a thread for XXX.  It is not clear whether any IBM compiler
  309. ever implemented this feature, but it was examined closely while
  310. Multics was being designed; it was decided that the TASK call as
  311. defined didn't map onto processes, since there was no protection
  312. between the threads of control.  So Multics took a different
  313. direction, and the TASK feature was removed from PL/I by IBM in any
  314. case, along with the ABNORMAL attribute and lots of other weird stuff.
  315.  
  316. Then came Unix, in the early 1970s.  The Unix notion of a `process'
  317. became a sequential thread of control *plus* a virtual address space
  318. (incidentally, the Unix notion of a process derived directly from the
  319. Multics process design [Saltzer, 66]).  So `processes', in the Unix
  320. sense, are quite heavyweight machines.  Since they cannot share memory
  321. (each has its own address space), they interact through pipes,
  322. signals, etc).  Shared memory (also a rather ponderous mechanism) was
  323. added much later.
  324.  
  325. After some time, Unix users started to miss the old processes that
  326. could share memory.  This led to the `invention' of threads: old-style
  327. processes that shared the address space of a single Unix process.
  328. They also were called `lightweight', by way of contrast with
  329. `heavyweight' Unix processes.  This distinction dates back to the very
  330. late 70s or early 80s, i.e. to the first `microkernels' (Thoth
  331. (precursor of the V-kernel and QNX), Amoeba, Chorus, the
  332. RIG-Accent-Mach family, etc).
  333.  
  334. On a side note, threads have been in continuous use in
  335. telecommunications applications for quite a long time.
  336.  
  337. See also:
  338.  
  339. [Cheriton, 79]
  340.   Cheriton, D. R., `Multi-process structuring and the Thoth operating
  341.     system', Ph.D. Thesis, University of Waterloo, 1979.
  342.  
  343. [Daley & Dennis, 68]
  344.   Daley, R. C., Dennis, J. B., `Virtual memory, processes, and
  345.     sharing in Multics', Comm, ACM 11, 306-312, May 1968.
  346.  
  347. [Dennis & van Horn, 66]
  348.   Dennis, J. B., van Horn, E. C., `Programming semantics for
  349.     multiprogrammed computations', MAC-TR-21, 1966.
  350.  
  351. [Dijkstra, 65]
  352.   Dijkstra, E. W., `Cooperating sequential processes', in `Programming
  353.     Languages', Genuys, F. (ed.), Academic Press, 1965.
  354.  
  355. [Saltzer, 66]
  356.   Saltzer, J. H., `Traffic control in a multiplexed computer system',
  357.     MAC-TR-30 (Sc.D. Thesis), July, 1966.
  358.  
  359.  
  360. ------------------------------
  361. Subject: [3] File systems
  362. From: File systems
  363.  
  364. This field is discussed both here and in the comp.arch.storage
  365. newsgroup.  This section needs fleshing out at the moment; it will
  366. grow over time (hopefully!).
  367.  
  368. ------------------------------
  369. Subject: [3.1] Extent-based versus log-structured file systems
  370. From: File systems
  371.  
  372. [92-11-18-10-57.53] [92-11-22-10-16.26] A general definition for a
  373. log-structured storage system might be the following: logging is an
  374. append-only storage semantics.  The unit of logging is the record.
  375. Write accesses append records to the end of the log.  A log record may
  376. become obsolete.  Useless records are compacted out of the log when
  377. possible.  Other write accesses are forbidden.
  378.  
  379. An extent-based file system is another candicate for better filesystem
  380. performance.  The approach used under QNX, for example, is to have
  381. files exist as an array of extents on disk, where each is extent is as
  382. many contiguous blocks as could be allocated at that location.  By
  383. using a bitmap for space allocation, files can also grow `in-place',
  384. if adjacent free space on disk exists.  This approach allows the unit
  385. of disk space allocation to remain 512 bytes, which is also the
  386. smallest unit of physical I/O.  The potential performance bottleneck
  387. of this approach does not happen because the filesystem code passes
  388. I/O requests to the disk drivers in units of extents, not 512 byte
  389. blocks.  The filesystem also heuristically modifies the size of the
  390. pre-read requests based on the historical access pattern to the
  391. file.  This approach provides the performance advantages of larger
  392. physical disk block sizes, without the wasted disk space that results
  393. from unused portions of large blocks, or the complexity of trying to
  394. allocate space from partially unused blocks.
  395.  
  396.  
  397. ------------------------------
  398. Subject: [4] Mobile and disconnected computing
  399. From: Mobile and disconnected computing
  400.  
  401. The subject of operating systems for mobile and
  402. frequently-disconnected computers has become a recurrent topic in this
  403. newsgroup.  This section attempts to give an overview of issues in
  404. this area.  [Text by Arindam Banerji.]
  405.  
  406. ------------------------------
  407. Subject: [4.1] Constraints on software
  408. From: Mobile and disconnected computing
  409.  
  410. System software for mobile computing is impeded by four distinct
  411. constraints:
  412.  
  413. - Compared to stationary computers, mobile computers will always be
  414.   resource poor [Satyanarayan, 93].  Although currently available PDAs
  415.   (Personal Digital Assistants) compare favourably with the
  416.   stand-alone workstations of a few years ago [Marsh, 93], they'll
  417.   most probably lag behind in compute capabilities, available power,
  418.   storage availability and communication bandwidth, for some time to
  419.   come.
  420.  
  421. - Mobility entails computation amid fluctuating resource availability
  422.   and constraints [Banerji, 93].  Communication bandwidth may be
  423.   available at discrete intervals, an available resource may suddenly
  424.   become unreachable or an otherwise in-expensive communication link
  425.   may be randomly replaced by an expensive alternate in transit.
  426.  
  427. - Security threats to both mobile computational elements as well as
  428.   the data accessed by them are greatly increased [Satyanarayan, 93].
  429.   Not only is it easier to lose, damage or be robbed of a carry-along
  430.   PDA, but it is often easier to tap into the data transferred (as is
  431.   well-known to much of the cellular communication industry).  Very
  432.   little work, except for that undertaken by the cellular
  433.   communication industry, has been done in the area of addressing the
  434.   specific security needs of mobile computing (as far as I know).
  435.  
  436. - User needs and their application requirements may not be the same as
  437.   those in stationary systems [Weiser, 91].  As mobile computers
  438.   become ubiquitous (this phrase coined by Mark Weiser), the number of
  439.   computer users will most probably increase exponentially.  Most or
  440.   many of these users will be far less computer literate than the
  441.   average computer user of today.  In addition, shopping, information
  442.   browsing and entertainment may be the typical use of such mobile
  443.   units, as opposed to traditional scientific computing, database
  444.   support or word processing.
  445.  
  446. - With the presence of PCMCIA slots in a PDA, it also becomes
  447.   necessary for an OS to be able to mount and dismount entire OS
  448.   subsystems on the fly [Hildebrand, 94].  Operating systems need to
  449.   be able to treat networking, filesystems, and other services as
  450.   facilities which may be loaded and unloaded on demand.
  451.   
  452. Based upon an amalgam of these criteria, the next few sections discuss
  453. some of the main areas of ongoing research in mobile computing.
  454.  
  455. ------------------------------
  456. Subject: [4.2] Communications protocols
  457. From: Mobile and disconnected computing
  458.  
  459. Mobile-IP [Myles & Perkins, 93] `allows packets between mobile hosts
  460. or networks and other hosts (including fixed hosts) to be delivered
  461. along close to optimal routes'.  Compatibility with existing IP
  462. implementations is one of the key problems in Mobile-IP.  For example,
  463. [Perkins et. al, 93], have suggested a scheme based upon the loose
  464. source routing option of IP packets, but most existing IP
  465. implementations do not implement this option.  Scalability is yet
  466. another important issue.
  467.  
  468. The Columbia scheme [Ioannidis et al., 91] uses IP-in-IP
  469. encapsulation, thus avoiding problems with non-conforming
  470. implementations; but it achieves only sub-optimal routing for mobility
  471. across widely distributed locations [Aziz, 94].  Some efficient
  472. implementations of IP-in-IP encapsulation capable of supporting
  473. near-optimal wide area mobile routing have been suggested [Aziz, 94],
  474. but more experimentation is required.
  475.  
  476. For resource-constrained mobile computers, hosting a full IP protocol
  477. suite may be an unacceptable resource burden.  Being able to gateway
  478. with a lightweight protocol to a network node which is hosting a
  479. `heavyweight' protocol suite is a valuable capability [Hildebrand,
  480. 94].  Lightweight protocols can also make better use of the bandwidth
  481. limitations of wireless communications.
  482.  
  483. Apart from this, architectures and implementations that handle the
  484. impact of mobility at higher layers have also been proposed -- such as
  485. the connection-oriented services discussed by Katz [Keeton et. al.,
  486. 93], and the mobile socket interface discussed by Casey [Casey, 93].
  487. Current trends would appear to suggest that some form of Mobile-IP
  488. will soon become standard, whereas connection maintenance and caching
  489. in higher-level protocols still needs to be resolved.
  490.  
  491. ------------------------------
  492. Subject: [4.3] Access to files
  493. From: Mobile and disconnected computing
  494.  
  495. File access in a mobile computing environment, where the communication
  496. link to a file server is not guaranteed, has been a major area of
  497. study.  Coda [Satyanarayan, 90], a descendant of the Andrew File
  498. system (AFS), pioneered support for disconnected operations in
  499. file-systems.  Coda increases file availability by replicating a
  500. single volume at multiple server locations.  Disconnected operations
  501. occur when the set of accessible servers for a particular volume
  502. becomes null.  Coda supports disconnected operations by pre-caching
  503. the files a user is most likely to need and then allowing all
  504. operations on cached copies of these files, while disconnected.  Upon
  505. reconnection, reintegration occurs through reconciliation of the
  506. cached copy with the now-reachable server's copy, through the use of a
  507. replay log maintained during the disconnection.
  508.  
  509. Disconnected operations have also been implemented for AFS [Huston,
  510. 93].  The highly available peer-to-peer based Ficus [Page, 91] file
  511. system achieves similar results, although mobile computing was not one
  512. its initial applications.  Caching issues are beginning to predominate
  513. the open research topics in this area.  In between connected and
  514. disconnected states, there are many states of expensive, intermittent
  515. and unreliable connections.  Adapting caching to these varying
  516. situations is a necessity.  More importantly, as introduced by the
  517. Hoarding scheme of Coda, user control over some caching behavior is
  518. extremely beneficial, and this need for user input becomes even more
  519. important when the server connection is weak.
  520.  
  521. ------------------------------
  522. Subject: [4.4] Power management
  523. From: Mobile and disconnected computing
  524.  
  525. Current battery technology limits PDA use to only a few hours.  The
  526. conservation of power through system software is thus becoming a major
  527. area of research in mobile computing.  Two specific approaches to this
  528. problem exist.
  529.  
  530. - Some researchers [Greenawalt, 93] are attempting to analyse the effects
  531.   of application type, user input and operating system implementations on
  532.   device power consumption.  Based upon simulation data, several power
  533.   consumption models have been proposed for disks [Greenawalt, 93]
  534.   [Douglis & Marsh, 93].  Work in characterising and analysing the power
  535.   consumption problem is still ongoing.
  536.  
  537. - Several industry-led efforts, on the other hand, have focussed on
  538.   building system support for dynamic power-saving mechanisms.  The
  539.   Advanced Power Management standard presents an interface and structure
  540.   for manipulating power consumption.  The Nomadic System Group at Sun
  541.   Microsystems has integrated similar support into SVR4 [Bender et. al,
  542.   93]; these facilities are also available in QNX.
  543.  
  544. Complete analysis of peripheral device power usage and experimentation
  545. with different strategies for implementing power management will certainly
  546. be useful.
  547.  
  548. ------------------------------
  549. Subject: [4.5] Other issues
  550. From: Mobile and disconnected computing
  551.  
  552. Two significant aspects of mobile computing give applications in this
  553. environment a very different flavour.
  554.  
  555. - The dynamic nature of the environment forces applications to handle
  556.   changes in the availability and allocation of software resources.
  557.   Dynamic changes to environment variables [Schlitt, 93], change in
  558.   the available version of a library [Goldstein, 94] and the ability
  559.   to lookup and retrieve objects from remote locations [Theimer, 93]
  560.   are all required to solve this problem.  For the very same reasons,
  561.   user interfaces add on an extra dimension, an issue which very few
  562.   have addressed so far [Landay & Kaufmann, 93]. All this has caused
  563.   certain vendors to move towards interpreted environments, based on
  564.   scripting(??) languages as such as Script-X (Kaleida) and Open
  565.   Scripting Architecture (Apple).
  566.  
  567. - Money will be a constituent of many of the transactions and
  568.   applications that mobile computers will typically be used for.
  569.   Hence, many pieces of system software will be required to handle,
  570.   understand and optimise the use of money [Kulkarni, 94].  As
  571.   mentioned by Ed Frank at the ICDCS '93 panel discussion on mobile
  572.   computing, transaction involving `money and sex' may well become the
  573.   biggest uses of the mobile computer.  Some initial forays into
  574.   reviewing policies for pricing Internet services [Shenker, 93] may
  575.   prove to be very useful and so will the experience of current
  576.   consumer service providers such as CompuServe and America Online.
  577.   This area will perhaps show the biggest divergence in the years to
  578.   come, since applications will be far more customer-needs driven than
  579.   technology-driven, as they have been in the past.
  580.  
  581. Finally, aspects of hardware support are critical to positioning any
  582. discussion on mobile computing.  The most ambitious system is perhaps
  583. the ParcTab system [Schlitt, 93] under development at Xerox PARC.  The
  584. ParcTab is a PDA that communicates via infrared data packets to a
  585. network of infrared transceivers.  The network, designed for use
  586. within a building, designates each room as a communication cell.  This
  587. infrastructure has the responsibility for providing reliable service
  588. as the ParcTab user moves from room to room.  More general purpose but
  589. less ambitious PDAs are currently available from AT&T (EO), Apple
  590. (Newton), IBM (Simon) etc.  Almost all recognise some alternate form
  591. of input, such as handwriting.  The capabilities of these PDAs are
  592. sure to increase in the coming years, and hopefully their prices will
  593. not follow a similar trend.
  594.  
  595. ------------------------------
  596. Subject: [4.6] An introductory mobile computing bibliography
  597. From: Mobile and disconnected computing
  598.  
  599. [Marsh, 93]
  600.   Marsh, B., Douglis, F. & Caceres, R., `System issues in mobile
  601.     computing', Technical Report, Matsushita Information Technology
  602.     Laboratory, ITL-TR-50-93
  603.  
  604. [Satyanarayanan, 93]
  605.   Satyanarayanan et. al, `Experience with disconnected operation in a
  606.     mobile computing environment', Proceedings of Mobile and
  607.     Location-Independent Computing Symposium, August 93, pp. 11-28
  608.  
  609. [Banerji, 93]
  610.   Banerji, A., Cohn, D. & Kulkarni, D., `Mobile computing personae',
  611.     Proceedings of Fourth Workshop on Workstation Operating Systems,
  612.     October 93, pp. 14-20
  613.  
  614. [Weiser, 91]
  615.   Weiser, M., `The computer for the 21st century', Scientific
  616.     American, September 91, pp. 94-104
  617.  
  618. [Myles & Perkins, 94]
  619.   Myles, A. & Perkins, C., Internet Draft, September, 93
  620.  
  621. [Perkins et. al, 93]
  622.   Bhagwat, P. & Perkins, C., `A mobile networking system based on IP',
  623.     Proceedings of Mobile and Location-Independent Computing
  624.     Symposium, August 93, pp. 69-82
  625.  
  626. [Ioannidis et. al, 91]
  627.   `IP based protocols for mobile internetworking', Proceedings of the
  628.     SIGCOMM-91 conference: Communications, Architectures and
  629.     Protocols, September 91, pp. 235-245
  630.  
  631. [Aziz, 94]
  632.   Aziz, A., `A scalable and efficient intra-domain tunneling mobile-IP
  633.     scheme', ACM SIGCOMM-Computer Communications Review, Vol 24.,
  634.     No. 1, January 94, pp. 12-20
  635.  
  636. [Keeton et al., 93]
  637.   Keeton, K. et al., `Providing connection oriented network services
  638.     to mobile hosts', Proceedings of Mobile and Location-Independent
  639.     Computing Symposium, August 93, pp. 83-102
  640.  
  641. [Casey, 94]
  642.   Casey, M., `Application and communication support for mobile
  643.     computing', Dissertation Proposal, University of Notre Dame,
  644.     January 94
  645.  
  646. [Satyanarayanan, 90]
  647.   Satyanarayanan, M., et al., `Coda: A highly available File-system
  648.     for a distributed workstation environment', IEEE Transactions on
  649.     Computers 39(4), April 90
  650.  
  651. [Huston, 93]
  652.   Huston, L. & Honeyman, P., `Disconnected operation for AFS',
  653.     Proceedings of Mobile and Location- Independent Computing
  654.     Symposium, August 93, pp. 1-10
  655.  
  656. [Page, 91]
  657.   Page, T. et al., `Architecture of the Ficus replicated file system',
  658.     Tech Report CSD-910005, University of California, Los Angeles,
  659.     March 91
  660.  
  661. [Greenawalt, 93]
  662.   Greenawalt, P., `Modelling power management for hard disks',
  663.     Intl. Workshop on Modelling, Analysis & Simulation of Computer and
  664.     Telecommunication Systems, January 94
  665.  
  666. [Douglis & Marsh, 93]
  667.   Douglis, F. & Marsh, B., `Low power disk management for mobile
  668.     computers', Technical Report, Matsushita Information Technology
  669.     Laboratory, MITL-TR-53-93
  670.  
  671. [Bender et. al, 93]
  672.   Nomadic Systems Group, Sun Microsystems, `UNIX for Nomads: Making
  673.     UNIX support mobile computing', Proceedings of Mobile and
  674.     Location-Independent Computing Symposium, August 93, pp. 53-68
  675.  
  676. [Schlitt, 93]
  677.   Schlitt, B., Theimer, M. & Welch, B., `Customizing mobile
  678.     applications', Proceedings of Mobile and Location-Independent
  679.     Computing Symposium, August 93, pp. 129-138
  680.  
  681. [Hildebrand, 94]
  682.   Hildebrand, D., `QNX: microkernel technology for open systems
  683.     handheld computing', Proceedings of Pen and Portable Computing
  684.     Conference Exposition, May 1994.  Available via ftp from
  685.     ftp.qnx.com:pub/papers/qnx-pen.ps.Z.
  686.  
  687. [Goldstein, 94]
  688.   Goldstein, T. & Sloane, A., `The object binary interface -- C++
  689.     objects for evolvable shared class libraries', Proceedings of the
  690.     USENIX C++ Conference, April 94
  691.  
  692. [Theimer, 93]
  693.   Theimer, M., Demers, A. & Welch, B., `Operating system issues for
  694.     PDAs', Proceedings of Fourth Workshop on Workstation Operating
  695.     Systems, October 93, pp. 14-20
  696.  
  697. [Landay & Kaufmann, 93]
  698.   Landay, J. & Kaufmann, T., `User-interface issues in mobile
  699.     computing', Proceedings of Fourth Workshop on Workstation
  700.     Operating Systems, October 93, pp. 40-47
  701.  
  702. [Kulkarni, 94]
  703.   Kulkarni, D., Banerji, A., Cohn, D., `Operating systems and cost
  704.     management', Operating Systems Review, January 94.
  705.  
  706. [Shenker, 93]
  707.   Shenker, S., `Service models and pricing policies for an integrated
  708.     services Internet', Proceedings on Conference on Public Access to
  709.     the Internet, JFK School of Government, Harvard University, May 93
  710.  
  711. [Schlitt, 93]
  712.   Schlitt et al., `The ParcTab mobile computing system', Proceedings
  713.     of Fourth Workshop on Workstation Operating Systems, October 93,
  714.     pp. 34-39
  715.  
  716.  
  717.  
  718. ------------------------------
  719. Subject: [5] Operating systems teaching
  720. From: Operating systems teaching
  721.  
  722. This section attempts to give some useful pointers to people who teach
  723. operating systems, both at undergraduate and postgraduate level.
  724.  
  725. ------------------------------
  726. Subject: [5.1] What good undergraduate-level texts are available?
  727. From: Operating systems teaching
  728.  
  729. The comments below have been provided by a variety of people, so any
  730. `me's or `I's you encounter are not necessarily those of the
  731. maintainer!
  732.  
  733. - `Operating Systems Concepts', fourth edition, by Abraham
  734.   Silberschatz and Peter Galvin is the latest version of this popular
  735.   text.  Addison-Wesley, 1994, ISBN 0-201-50480.  This book has been
  736.   revised to include new and updated information, examples, diagrams,
  737.   and an expanded bibliography.
  738.  
  739.   I think this is the `standard' OS text, although I have a couple of
  740.   others that I also think are good, and that I draw from when I teach
  741.   OS.  Previous editions of the dinosaur book don't have the greatest
  742.   organisation, and sometimes wander when describing things.  Its
  743.   strong point lies in the copious examples.
  744.  
  745.   Speaking of the third edition (I haven't seen a copy of the fourth
  746.   edition yet):
  747.  
  748.     The first 84 pages cover operating system basics, the next 120
  749.     pages cover process management including 30 pages on deadlocks.
  750.     130 pages on storage management: memory, virtual memory, secondary
  751.     storage.  70 pages on file systems and protection.  Then 100 pages
  752.     on distributed systems.  The last part of the book has case
  753.     studies on Unix and Mach: 50 pages on Unix and 30 pages on Mach.
  754.     The last chapter gives a short 10 page historical perspective.
  755.  
  756.   Mail a message with contents `send help' to <os4e@aw.com> for
  757.   further details of the new edition.  The book gives a good (but
  758.   slightly theoretical) overview of operating system concepts.  A good
  759.   complement would be the books covering Minix or BSD, which are more
  760.   implementation-oriented.
  761.  
  762. - `Operating Systems', Harvey Deitel, Addison-Wesley, 1990, ISBN
  763.   0-201-18038-3.  Not a bad book; gives the same sort of theoretical
  764.   treatment of operating systems as the dinosaur book.  Includes case
  765.   studies on Unix, MS DOS, MVS, VM, the Macintosh OS, and OS/2.
  766.  
  767. - `An Operating Systems Vade Mecum', second edition, by Raphael
  768.   Finkel, 1988, Prentice Hall, ISBN 0-13-637950-8.  I really like this
  769.   book; it is a bit more theoretical than the dinosaur book, but is
  770.   well-written and clear.  I would accompany it with labs based on one
  771.   of the educational experimental OS's (NachOS, OSP) for hands-on
  772.   experience.
  773.  
  774.   The edition mentioned above is now out of print.  However, it may be
  775.   obtained via anonymous ftp from
  776.   ftp.ms.uky.edu:pub/tech-reports/UK/cs/vade.mecum.2.ps.Z.  Here is
  777.   the associated chunk of README:
  778.  
  779.     This textbook is out of print.  It was published by Prentice Hall.
  780.     The author now owns the copyright.  Permission is granted to copy
  781.     this text for any noncommercial purpose.  Feel free to generate
  782.     copies of the text for your students.  You may also photocopy the
  783.     original book without restriction.  Kindly send suggested upgrades
  784.     to the author: raphael@ms.uky.edu.  He is planning a new edition
  785.     sometime.
  786.  
  787.   [It's been a few years since I've looked at this book, so I can't
  788.    remember what it contains.  Can anyone help?]
  789.  
  790. - `The Logical Design of Operating Systems', second edition, Lubomir
  791.   Bic, Alan Shaw, 1988, Prentice Hall, ISBN 0-13-540139-9.  This one
  792.   isn't as theoretical as Finkel's book, nor is it as long as the
  793.   dinosaur book.  I haven't tried to use it in a course yet, but it
  794.   looks like a fairly well-rounded text.
  795.  
  796.   [Can anyone write a paragraph on the various topics covered ... ?]
  797.  
  798. - `Operating Systems', William Stallings, Maxwell-MacMillan, 1992,
  799.   ISBN 0-02-946491-9.  I received very positive feedback from
  800.   students.  The explanations of topics were easy to understand and
  801.   complete.  An especially nice feature was that at the end of each
  802.   chapter OS/2, Unix and MVS were used to demonstrate real life
  803.   implementations of the theory talked about.  I found this tying
  804.   together of theory and practice much nicer than having the practice
  805.   lumped at the end of the book.
  806.  
  807. - `Modern Operating Systems,' Andrew Tanenbaum, 1992, Prentice Hall,
  808.   ISBN 0-13-588187-0.  This started out as a rewrite of the Minix
  809.   book, but he pulled the Minix-specific material and added seven
  810.   chapters on distributed systems.  It's a bit heavy for undergrads,
  811.   depending on how far into the distributed systems you go, but I like
  812.   Tanenbaum as an author.  He'll be bringing out a second edition of
  813.   the Minix book sometime soon; as he says, one is for `hands-on'
  814.   (Minix) and one is for `hands-off' (Modern OS).
  815.  
  816.   The book is divided into two parts: `traditional' introductory
  817.   material, taken more or less verbatim from the Minix book, and an
  818.   introduction to distributed systems.  Each parts concludes with a
  819.   case study and comparison of two well-known systems (Unix and
  820.   MS-DOS, and Mach and Amoeba).  The bibliography at the end is
  821.   organised well for more advanced coverage of the topics encountered
  822.   throughout the book.
  823.  
  824.   Topics covered in the first part include process concepts, memory
  825.   management, file system organisation and I/O, and deadlock detection
  826.   and avoidance.  The second part addresses issues such as distributed
  827.   communication, synchronisation (the section on clock synchronisation
  828.   is well put together), processes in distributed environments
  829.   (nothing on process migration), and distributed file systems (using
  830.   AFS as an example).  The second part seems more suitable for
  831.   advanced undergraduate level or introductory graduate level studies.
  832.  
  833.   This book has been translated into German; it is available from
  834.   Carl Hanser Verlag as `Moderne Betriebssysteme', ISBN 3-446-17472-9.
  835.  
  836. ------------------------------
  837. Subject: [5.2] Graduate-level texts
  838. From: Operating systems teaching
  839.  
  840. This section is still under construction.
  841.  
  842. - `Distributed Systems', second edition, by Sape Mullender,
  843.   Addison-Wesley, 1994, ISBN 0-201-62427-3.  A review is forthcoming.
  844.  
  845. - `Distributed Operating Systems -- the Logical Design', Andrzej
  846.   Goscinski, Addison-Wesley, 1991, ISBN 0-201-41704-9.  A thorough
  847.   desk reference, but reads a little too much like an encyclopedia for
  848.   use as a textbook.
  849.  
  850. - `Modern Operating Systems,' Andrew Tanenbaum, 1992, Prentice Hall,
  851.   ISBN 0-13-588187-0.  The section of this book which covers
  852.   distributed systems is suitable for use at introductory graduate
  853.   level.  See above for further details.
  854.  
  855. - `Concurrent Systems', Jean Bacon, 1992, Addison-Wesley, ISBN
  856.   0-201-41677-8.  This covers much the same material as `Modern
  857.   Operating Systems', but goes into rather more detail on databases
  858.   and languages.  The book is divided into four parts, and comes with
  859.   a separate instructor's manual (ISBN 0-201-62406-0).  The first
  860.   covers basic material, such as OS functions, and system and language
  861.   support for concurrent processes.  Part 2 deals with simple
  862.   concurrent actions, covering topics such as shared-memory IPC,
  863.   message passing, persistent data, crashes, and distributed data.
  864.   The third part of the book covers transactions, concurrency control,
  865.   and failure recovery.  The final section presents a set of case
  866.   studies, with Unix, Mach and Chorus being covered, along with some
  867.   of the work done at Cambridge over the past decade.  An interesting
  868.   emphasis is placed on language-level support for concurrency
  869.   throughout the book, and the focus on database issues is also a good
  870.   thing.
  871.  
  872.   I haven't read the book in as much detail as I would like, but it
  873.   seems to be well put together.  The cramming of so many topics under
  874.   one cover means that there is probably too much material for a
  875.   single undergraduate course, and the book perforce does not go into
  876.   as much detail as I would like on some topics (a problem I also find
  877.   with Tanenbaum's book).  Well worth a look, however.
  878.  
  879. - `Distributed Systems: Concepts and Design', second edition, George
  880.   Coulouris, Jean Dollimore, and Tim Kindberg, Addison-Wesley 1994,
  881.   ISBN 0-201-62433-8.  This text treats a wide variety of issues at a
  882.   level suitable for advanced undergraduate and postgraduate teaching.
  883.   Basic topics covered include IPC, networking and RPC, upon which
  884.   notions of distributed operation and provision of services are
  885.   built.  Coverage of distributed synchronisation leads on to a
  886.   treatment of replication, simple transactions and concurrency
  887.   control.  The final chapters include material on distributed
  888.   transactions, fault tolerance, security, and distributed shared
  889.   memory.
  890.  
  891.   Illustrative examples taken from modern `real world' systems such as
  892.   Sun RPC, the Andrew File System, and PGP are provided throughout the
  893.   book, and case studies of the Amoeba, Mach, Chorus, and Clouds
  894.   systems appear towards the end.  Exercises are presented at the end
  895.   of each chapter.  The prose is clear, and the layout pleasant.  This
  896.   is, by a narrow margin, the best distributed systems textbook I have
  897.   come across.
  898.  
  899. - `Advanced Concepts in Operating Systems -- Distributed,
  900.   Multiprocessor, and Database Operating Systems', Mukesh Singhal,
  901.   Niranjan G. Shivaratri, McGraw-Hill, 1994, ISBN 0-07-057572-X.  A
  902.   solid work on advanced operating systems, with some emphasis on
  903.   theoretical aspects.  Well over 2/3 of the book focuses on
  904.   distributed operating systems.  It does a good job of covering all
  905.   the bases, but at times omits vital information or obfuscates what
  906.   should be simple issues.
  907.  
  908. ------------------------------
  909. Subject: [5.3] Do any texts cover the implementation of specific operating systems?
  910. From: Operating systems teaching
  911.  
  912. Some books commonly used in conjunction with the texts listed above
  913. are:
  914.  
  915. - `The Design and Implementation of the 4.3BSD Unix Operating System',
  916.   Samuel Leffler, Kirk McKusick, Michael Karels, John Quarterman,
  917.   1989, Addison-Wesley, ISBN 0-201-06196-1.  This book describes the
  918.   kernel of 4.3BSD Unix in some detail, covering process and memory
  919.   management (the latter being heavily VAX-oriented), file system
  920.   organisation, device driver internals, terminal handling, IPC,
  921.   network communications, some details of the Internet protocols, and
  922.   system operation.  I found this book to be well-written and concise.
  923.  
  924.   Accompanying the above is the `4.3BSD Answer Book', Samuel Leffler,
  925.   Kirk McKusick, 1991, Addison-Wesley, ISBN 0-201-54629-9.  This short
  926.   book provides answers to all of the exercises found at the end of
  927.   each chapter in the daemon book.
  928.  
  929. - `The Design of the Unix Operating System', Maurice Bach, 1986,
  930.   Prentice Hall, ISBN 0-13-201757-1.  This is the authoritative
  931.   description of the internals of System V Unix.  Due to copyright
  932.   restrictions, it contains no actual code, but rather pseudo-code (I
  933.   didn't find this to be a problem).  I haven't read this book in a
  934.   few years, so I can't remember what it covers.
  935.  
  936. - `The Magic Garden Explained: The Internals of Unix System V Release
  937.   4', Berny Goodheart, James Cox, 1994, Prentice Hall, ISBN
  938.   0-13-098138-9.  This books covers the workings of SVR4 in
  939.   substantial detail; it is more detailed than either of the above
  940.   texts, and appears to be of very high quality.  While the authors
  941.   recommend the book be read in parallel with study of the original
  942.   Unix source code, sufficient pseudocode representation of the key
  943.   algorithms has been included to permit a more or less detailed study
  944.   without restricted access to the original source code.
  945.  
  946. I am not aware of any similar book which covers the implementation of
  947. a distributed system.
  948.  
  949. ------------------------------
  950. Subject: [5.4] What instructional operating systems can I use?
  951. From: Operating systems teaching
  952.  
  953. - Minix, from Amsterdam's Vrije Universiteit, was developed by Andy
  954.   Tanenbaum, and is a mostly-Unix lookalike based on a message-passing
  955.   microkernel-similar architecture.  The system is used in Tanenbaum's
  956.   `Modern Operating Systems' and its predecessor, `Operating Systems:
  957.   Design and Implementation'.  See the Minix Information Sheet, posted
  958.   regularly to comp.os.minix, for ordering information; Minix is
  959.   copyrighted and is not in the public domain.
  960.  
  961. - NachOS is an instructional OS developed at Berkeley by Tom Anderson
  962.   <tea@cs.berkeley.edu>, Wayne Christopher, Stephen Procter (and
  963.   others?).  It currently runs on DEC MIPS and Sun SPARC workstations,
  964.   HP PA-RISC, and 386BSD machines.  The NachOS system, along with
  965.   sample assignments and an overview paper which was presented at
  966.   Usenix, is available via anonymous ftp from
  967.   ftp.cs.berkeley.edu:ucb/nachos.
  968.  
  969. - OSP (current version is 1.7) is an operating systems simulator,
  970.   available via ftp from sblapis1.cs.sunysb.edu, with username ospftp,
  971.   and password as in the instructor's guide.  Used in `OSP---an
  972.   Environment for Operating Systems', Michael Kifer, Scott Smolka,
  973.   Addison-Wesley.
  974.  
  975. - SunOS Minix consists of a set of patches for Minix which allows the
  976.   Minix system to run in a single monolithic Unix process on top of
  977.   SunOS 4.x on Sun 3 and Sun 4 machines.  SunOS Minix is produced by
  978.   applying a set of patches to Mac Minix 1.5 (both 1.5.10.0 and
  979.   1.5.10.1 can be used) or PC Minix 1.5.  Also, Atari Minix has been
  980.   used as the base version by at least one person.  The latest version
  981.   (2.0) includes a preliminary attempt at a port to Solaris 2.x.
  982.   SunOS Minix is available via anonymous ftp from
  983.   csc.canterbury.ac.nz:UNIX/SMX_2_00.TAR_Z.
  984.  
  985. - VSTa is not intended as an instructional operating system, but it is
  986.   certainly small and concise enough to be tractable, and the code is
  987.   clean and provides modern microkernel features.  See part 2 of the
  988.   FAQ for further details.
  989.  
  990. - Xinu was developed at Purdue by Doug Comer and some others.  It was
  991.   designed to be small and layered, so that the code is succinct and
  992.   easily understandable.  It is intended for education, and is a
  993.   `conventional' operating system.  Xinu runs on the IBM PC, Sun-3,
  994.   SPARC, LSI, MIPS, Macintosh, and VAX architectures.  The system is
  995.   used in Comer's `Operating System Design: the Xinu Approach'.
  996.   Contact <xinu-librarian@cs.purdue.edu> or Prentice Hall for ordering
  997.   information; Xinu is copyrighted and is not in the public domain.
  998.  
  999. ------------------------------
  1000. Subject: [5.5] Where can I find the canonical list of OS papers for grad courses?
  1001. From: Operating systems teaching
  1002.  
  1003. [93-03-14-17-09.47] Darrell Long <darrell@cse.ucsc.edu> maintains a
  1004. bibliography which provides a good starting point for graduate OS
  1005. course reading lists.  This may be imported using refdbms as
  1006. ucsc.grad.os, from refdbms.cse.ucsc.edu 4117 or refdbms.cs.vu.nl 4117.
  1007.  
  1008.