고급 언어 기반 OS가없는 이유는 무엇입니까? 저수준 언어가 더 효율적입니까?

뻔뻔스럽지 않게, 나는 당신이 이것의 가능성을 고려하고 싶습니다. 오늘날 대부분의 OS는 저수준 언어 (주로 C / C ++)를 기반으로합니다. Android와 같은 새로운 언어조차 JNI를 사용하고 기본 구현은 C로되어 있습니다.

실제로 (개인 관찰) C로 작성된 많은 프로그램이 높은 수준의 프로그램보다 훨씬 빠르게 실행됩니다 (예 : 전송 (Ubuntu의 bittorrent 클라이언트)는 Vuze (Java) 또는 Deluge (Python)보다 훨씬 빠릅니다. ). PyPy는 예외이지만 파이썬 컴파일러조차 C로 작성되었습니다.

특별한 이유가 있습니까? 훌륭한 "OOP"개념을 가진 소위 "고수준 언어"를 모두 견고한 OS를 만드는 데 사용할 수없는 이유는 무엇입니까?

그래서 기본적으로 두 가지 질문이 있습니다.

1. 저수준 언어로 작성된 응용 프로그램이 HLL 응용 프로그램보다 더 효율적인 이유는 무엇입니까? 저수준 언어가 저수준이고 기계 코드로 쉽게 번역되기 때문에 저수준 언어가 더 잘 수행됩니까?
2. 전적으로 고급 언어를 기반으로 한 본격적인 OS가없는 이유는 무엇입니까?

특이점을 살펴보면 Microsoft는이 방향으로 매우 흥미로운 연구를 수행했습니다.

http://research.microsoft.com/en-us/projects/singularity/

또한 Mothy Roscoe 등은 Eclipse 제약 조건 프로그래밍 언어를 OS 서비스로 사용하여 모든 종류의 OS 관리 및 리소스 할당 문제를 정리하는 Barrelfish를 연구하고 있습니다.

http://www.barrelfish.org/

저수준 언어와 고급 언어 사이의 구분에 따라 달라집니다. 예를 들어, 다른 사람들은 C ++과 같은 언어를 그 구분의 다른 측면에 두는 경향이 있습니다.

당신의 질문에 관하여 :

1. 저수준 언어와 고수준 언어 사이에는 차이가 없다고 생각하지만 통역 언어와 기본 명령어로 컴파일되는 언어 사이에는 차이가 더 큽니다.

   그러나 저수준 언어를 사용하는 사람들이 선택한 (디자인) 선택의 성능 측면에 더 초점을 맞추는 프로그래머들 사이의 문화에 차이가있을 수도 있습니다.

2. C ++을 고급 레벨로 간주하면 고급 언어로 작성된 OS가 하나 이상 있습니다 (Symbian OS는 C ++로 작성 됨). 대부분의 고급 언어로 OS를 작성하지 못하게하는 것은 다음 두 가지입니다.

   • OS는 메모리 및 하드웨어에 대한 저수준 액세스가 필요하며 더티 트릭을 수행합니다. 이러한 종류의 액세스는 일반적으로 응용 프로그램 수준의 프로그램에서는 안전하지 않은 것으로 간주되므로 많은 고급 언어에서는 허용하지 않습니다.
   • 운영체제와 같은 지원 소프트웨어가 없어도 OS를 실행해야합니다. 따라서 기본 명령어로 쉽게 컴파일 할 수없는 언어로 OS를 작성하기가 매우 어렵습니다.

이에 대한 여러 가지 이유가 있습니다.

오늘의 저급 언어는 어제의 고급 언어였습니다

예, 한때 C조차도 고급 언어로 여겨졌습니다. ~ 20 년 전에도 "중급"언어로 묘사되는 것을 볼 수있을 정도로 일반적이었습니다. OO가 오늘날처럼 인기를 끌기 전, Java는 존재하지 않았고 C #도 존재하지 않았으며 C ++도 아직 제대로 표준화되지 않았습니다.

역사적 관성

오늘날 사용하는 운영 체제는 역사에 깊은 뿌리를두고 있습니다. Windows는 80 년대 초반 중반으로, Unix는 70 년대 초반 중반으로 돌아갑니다. 운영 체제에는 많은 오래된 작업 코드가 있으며 일반적으로 오래된 작업 코드를 다시 작성하고 싶지 않습니다.

어느 시점에서 하드웨어로 내려 가야합니다

커널에서 발생하고 드라이버에서 발생하며 메모리 관리 하위 시스템에서 발생하며 파일 시스템에서 발생합니다. 물론 그 위에 고급 언어를 계층화 할 수는 있지만 하위 언어가 제공하는 하드웨어에 더 직접 액세스 할 수 있어야합니다.

이식성

오늘날보다 일반적으로 이해되는 다른 하드웨어 나 다른 OS 로의 이식성을 의미하지는 않습니다. 이것은 더 미묘합니다. 무언가를위한 C 기반 인터페이스를 제공하는 것의 한 가지 주요 이점이 있습니다. 그것이 존재하는 거의 모든 다른 언어가 C에 링크 될 수 있다는 사실입니다. Windows API조차도 요즘 여전히 C 기반 API입니다.

개인 취향

어떤 사람들은 이런 방식으로 프로그래밍하는 것을 선호하는데, 이것이 중요한 요소가 될 수 있습니다. 예를 들어, Linus Torvalds는 C ++에 대해 유명한 rant를 가지고 있습니다. 이 논의와 관련이 없으며, rant가 존재한다는 사실만으로도 충분합니다).

이 두 가지를 종합하면 운영 체제가 이전에 C와 같이 원래 작성된 이유와 오늘날에도 매우 중요한 부분이 왜 그렇게 남아 있는지 분명히 밝혀야합니다.

운영 체제에서 C를 지배하는 주된 이유는 Windows와 같은 현재 주류 운영 체제 및 모든 형태의 Unix (BSD, Solaris, HP-UX, MacOS X 등 ... Linux와 같은 복제본) OO와 다른 "높은 수준"구조가 주류가되기까지 오랜 시간이 걸렸습니다.

성능 외에 운영 체제의 핵심에는 하드웨어 명령어에 대해 매우 구체적으로 설명해야하며 C와 같은 언어가 잘 수행하는 메모리를 완전히 제어해야합니다.

임베디드 시스템의 경우 시스템의 더 많은 부분을 위해 더 높은 수준의 언어를 사용하는 운영 체제가있는 경우가 있습니다. 주목할만한 예로 Sun의 JavaOS 가 있습니다.

널리 사용되는 운영 체제의 경우 C를 사용하지 않는 주목할만한 예는 MacOS X 이전의 고전적인 MacOS 입니다. 파스칼 의 방언으로 작성된 일부 부분이 객체 지향의 형태를 허용했습니다.

먼저 부트 스트랩 문제가 있습니다. 고급 언어를보다 쉽게 ​​만드는 대부분의 기능은 커널이 제공해야하는 추상화를 기반으로합니다. 메모리 관리자가 필요한 언어로 메모리 관리자를 어떻게 작성합니까? 언어의 멋진 I / O 표준 라이브러리를 사용하지 않고 어떻게 I / O 드라이버를 작성합니까? 언어 라이브러리를 사용하지 않고 스레딩 및 동기화 프리미티브를 어떻게 작성합니까?

둘째, 특정 메모리 위치에 변수를 할당 할 수 있도록 운영 체제를 작성할 때 매우 유용하고 읽기 쉽습니다. 이것은 C에서 쉬우 며 모든 C 프로그래머는 그것을하는 방법을 알고 있습니다. 더 높은 수준의 언어로도 가능하다면, 전문가 만이 그 방법을 알고있는 경우는 거의 없습니다.

다시 말해, 모든 제한 사항과 수정 사항을 고려할 때 C와 C ++가 훨씬 더 쉽게 보이기 시작합니다.

우선 부트 스트랩을하려면 최소한 작은 부품을 조립품 또는 이와 동등한 것으로 작성해야합니다.

둘째, 틀림없이 HLL- Lisp Machine으로 작성된 OS 가 있었습니다 . (상업적으로 실패했다는 사실은 다른 하드웨어가 더 저렴 해지고 더 빠르며 Worse 의 승리 는 철학이나 디자인의 결함보다 더 좋습니다.)

셋째, C ++은 객체 지향적이고 수준이 높기 때문에 다른 사람들이 지적했듯이 Symbian OS 가 또 다른 예입니다.

넷째, 현재로서는 새로운 OS가 거의 필요하지 않습니다. 우리는 이미 거의 모든 하드웨어에서 실행되는 꽤 많은 Linux 및 bsd 특징을 가지고 있으며 새로운 OS를 처음부터 새로 만드는 것은 상당히 비쌉니다.

내가 이전에 쓴 것을 더 잘 단계 화하기 위해.

Burroughs 5xxx-6xxx 시스템에는 어셈블리 언어가 없습니다. 가장 낮은 언어는 Algol의 확장이었습니다. Algol은 하드웨어로 구현되었습니다. OS와 모든 언어는 Algol로 작성되었습니다. 그것은 당시의 모든 경쟁사 장비보다 뛰어났습니다. 또한 유지 관리가 훨씬 쉬워 진 코드가 훨씬 적었습니다. Algol과 같은 재귀 언어를 지원하는 스택 하드웨어가있었습니다.

버로우즈 운영 체제는 MCP라는 버전으로 발전했습니다. MCP는 현재 Unisys 시스템에서 실행됩니다.

언급 한 대부분의 고급 언어에는 운영 체제에 적합하지 않은 기능이 있습니다. 자동 메모리 관리. 실시간 (작은 운영 체제) 또는 최악의 하드 시스템을 작성할 때는 가비지 수집기에 의존 할 수 없습니다. Tanenbaum [i]를 인용하려면 :

C에는없는 내장 문자열, 스레드, 패키지, 클래스, 객체, 유형 안전 및 가비지 수집이 포함되지 않습니다. 마지막은 운영 체제의 쇼 스토퍼입니다. C의 모든 스토리지는 프로그래머가 정적 또는 명시 적으로 할당하고 릴리스하며 일반적으로 malloc 및 free 라이브러리 함수 를 사용 합니다. C를 운영 체제 작성에 매력적으로 만드는 명백한 포인터와 함께 후자의 속성-메모리에 대한 전체 프로그래머 제어-입니다. 운영 체제는 기본적으로 실시간 시스템이며 어느 정도는 범용 시스템입니다. 인터럽트가 발생하면 운영 체제는 몇 가지 조치 만 수행하거나 중요한 정보를 잃을 수 있습니다. 가비지 수집이 임의의 순간에 시작되는 것은 참을 수 없습니다.

이제 C ++은 수동 메모리 관리를 제공하기 때문에 좋은 후보라고 주장 할 수 있습니다. C ++은 이미 Symbian ( Bart가 언급 한 ) 및 BeOS 와 같은 일부 운영 체제에서 사용되었습니다 . 그러나 IMHO C는 여전히 특정 아키텍처의 어셈블리와 달리 많은 노력없이 많은 아키텍처에서 이식 될 수있는 가장 빠른 언어입니다.

_{[i] : 최신 운영 체제 3 판, 73 페이지}

다른 사람들이 지적했듯이 여러 운영 체제가 고급 언어로 작성되었습니다. 아마도 성공적인 대량 시장, 범용 OS가 어셈블리, C 및 C ++의 조합으로 작성되었다는 의미일까요?

대부분의 고급 언어에는 관련 성능 비용을 운반하는 유용한 기능이 많이 있습니다. 자동화 된 메모리 관리는 명백한 예입니다. 배열의 범위 검사는 또 다른 것입니다. 범용 OS를 작성하는 경우 이러한 유용한 기능의 성능 저하가 지불하고자하는 것보다 많은 상황에 처할 수 있습니다. 그 시점에서 당신은 그것들을 끌 수 있기를 원합니다. Python, C # 및 Java와 같은 언어는 해제 할 수있는 기능에 따라 다르지만이 점에서 C 또는 C ++만큼 다재다능한 것은 없습니다.

이러한 측면에서 C와 C ++는 순수한 어셈블리만큼 다재다능합니다. 10 개의 서로 다른 메모리 할당 시나리오를 다루는 10 개의 서로 다른 메모리 관리자가 필요하다고 결정한 경우 모두 C 및 C ++로 구현하고 적절하다고 판단되면로드 및 언로드 할 수 있습니다. 원하지 않는 경우 표준 C 런타임 라이브러리 또는 시작 코드에 연결할 필요조차 없습니다.

진정한 대답은 돈 입니다. 고급 언어 OS의 이점을 충분히 인식하지 못하여 리소스를 빌드 하고이를 주류로 밀어 넣는 데 정당화 할 수 는 없습니다. 예를 들어, 지원해야하는 각 하드웨어에 대해 새 드라이버를 작성하는 데는 엄청난 비용이 듭니다.

Oberon 및 Singularity 와 같은 주요 연구 목적으로 고급 언어로 작성된 다양한 OS가 있습니다 .