КЛОС: конфигурируемая линейка операционных систем

КЛОС: конфигурируемая линейка операционных систем

Семейство операционных систем КЛОС (Конфигурируемая Линейка Операционных Систем) – технология создания микроядерных операционных систем с повышенными требованиями к безопасности и защищённости. На основе КЛОС созданы программные платформы для большинства современных архитектур AArch64, ARM, PowerPC, MIPS, RISC-V и x86, включая операционные системы с жёстким реальным временем для бортовой аппаратуры, реализующие стандарт ARINC 653.

Особенности и преимущества

КЛОС предоставляет гарантии по пространственной и временной изоляции между приложениями, а также стандартизованный механизм обработки отказов, который обеспечивает устойчивую работу приложений даже при отказе или нештатном функционировании других приложений. Данные гарантии подкреплены реализацией требований стандарта ARINC 653 в полном объёме.

Дополнительные возможности изоляции обеспечиваются за счёт принципа микроядерности, положенного в основу КЛОС. Подсистемы сопряжения с аппаратурой, в том числе eMMC, Ethernet, i2c, ONFI NAND, Parallel и SPI NOR, PCI, RTC, SATA, SpaceWire, SPI, VirtIO, ГОСТ Р 52070-2003 (МКИО), UART, SPI NOR могут быть изолированы в отдельных адресных пространствах с пониженными привилегиями, дополнительно повышая защищённость системы от внешних и внутренних угроз.

Накладные расходы со стороны ОС минимизированы за счёт статического конфигурирования памяти и непериодических таймеров с квантованием. Реализована поддержка симметричной (SMP) и асимметричной (AMP) многоядерности для оптимизации производительности и минимизации влияния параллельного кода.

В качестве программного интерфейса предоставляется реализация стандартов ARINC 653 P1 и P2, ISO/IEC 8652 (Ada), 9899 (C), 10514 (Modula 2) и 14882 (C++), GlobalPlatform TEE и других государственных отраслевых стандартов. В комплекте с КЛОС предоставляется расширенный набор инструментов разработки (РБПО), включающий в себя средства компиляции, отладки, эмуляции аппаратуры, статического и динамического анализа, тестирования, профилирования и сбора покрытия по коду (функции, операторы, ветви, MC/DC). В КЛОС реализованы все основные санитайзеры LLVM: Address, Memory, Thread, Undefined Behavior, а также поддерживаются дополнительные инструменты поиска гонок, такие как RaceHunter.

Системные требования

Целевой вычислитель с ОЗУ не менее 2 МБ на архитектурах:

• AArch64 (Cortex-A53, Cortex-A55);
• ARM (Cortex-A7, Cortex-A9, Cortex-M4), в частности, процессоры i.MX6 или STM32F4;
• PowerPC (e500mc, e500v2, 476FP), в частности, процессоры p1010 или p3041;
• MIPS (MIPS Release 1, MIPS Release 2 / MIPS32, КОМДИВ), в частности, процессоры 1892ВМ15АФ и К5500ВК018;
• RISC-V (RV32 IMA);
• x86 (Intel Prescott и новее).

При необходимости возможна адаптация к оборудованию заказчика.

Опыт внедрения

Семейство операционных систем КЛОС (Конфигурируемая Линейка Операционных Систем) является результатом многолетних исследований и разработок коллектива ИСП РАН, которые были начаты академиком В. П. Иванниковым в 70-е годы XX века. Первые статьи по КЛОС были опубликованы в 1977 году, в 1979 В. П. Иванников защитил докторскую диссертацию на основе опыта разработки ОС для ЭВМ АС-6, внедренной в нескольких центрах управления полетами космических аппаратов. В диссертации были изложены принципы построения кластерной операционной системы, что в современной терминологии можно назвать микроядерными ОС. Развитием КЛОС явилась кластерная операционная система для ЭВМ «Электроника ССБИС».

За последние десятилетия ИСП РАН на основе имеющего задела успешно разработал несколько представителей семейства КЛОС, в том числе для нужд аэрокосмической отрасли. Так создаваемая совместно с ГосНИИАС ОСРВ JetOS разрабатывается в соответствии с требованиями отраслевого стандарта КТ-178C (DO-178C) и проходит сертификацию в составе авионики Суперджет Нью (SJ-100) и МС-21 по наивысшему уровню критичности DAL A.