OSDI 2014 paper reading

OSDI 2014 Accepted Paper Summary

1. Arrakis: The operating system is the control plane

最近的硬件促进网络服务器操作系统（network server operating system）产生了一种新的设计方法。在传统的操作系统中，kernel缓解了通过服务器应用访问装备硬件来迫使进程独立，保证网络和硬盘的安全。这篇文章设计实现了一个新的操作系统——Arrakis，讲传统的kernel的角色一分为二。应用有直接权限访问virtualized I/O devices,允许大多数I/O操作跳过整个kernel，而kernel被重新构造以便提供网络和硬盘保护，而不需要每个操作中kernel的调节。这篇文章介绍了为了利用这种新的抽象而对硬件和软件做的改变，在2-5 × \times in latency 和 9 × \times in throughput 的比较流行的持久的NoSQL 存储上的一些改善。

减少操作系统进程抽象的开支是系统设计的长期目标。Reducing the overhead of the operating system process abstraction has been a longstanding goal of systems design.

高速的以太网和低潜伏持续的内存极大地提高了I/O密集型软件的efficiency bar。许多服务器花费了大量的时间执行操作系统代码： delivering interrupts, demultiplexing(反多路复用), copying network packets, maintaining file system meta-data。服务器上的应用通常执行非常简单的功能，比如key-value table lookup and storage，traverse the OS kernel multiple times per client request。

本文对将kernel从几乎所有I/O操作的数据路径移除的影响进行探索。这个必须提供与传统设计相同安全模型的应用；很容易通过延伸trusted computing base 至包含application code来得到很好的性能，比如允许应用无过滤地直接访问网络或硬盘。主要贡献是：

给出了设备硬件，kernel和无特权进程的直接网络和硬件I/O的运行时间之间的分配。呈现了对不完全支持虚拟化的I/O设备上如何高效地模仿我们的模型。
我们实现了开源Barrelfish operating system的改进。