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為什麽是澤法?

當澤法項目在二月份宣布時,Linux社區的許多成員似乎很困惑。雖然由Linux基金會托管,澤法是壹個完全獨立的操作系統,不使用Linux代碼。和很多其他開源操作系統項目(包括很多ARM SoC的Linux)壹樣,這個操作系統也是針對小型硬件設備的,從Arduino到ARM SoC。在聖地亞哥舉行的016嵌入式Linux會議上,澤法團隊解釋了為什麽這個新項目是及時的,並希望它能引起開發者的濃厚興趣。

“物”操作系統

任職於英特爾的Anas Nashif在演講中簡單介紹了澤法,包括英特爾支持操作系統的背景和作用。這個項目的基本目標是為“子Linux設備”提供壹個開源的實時操作系統(RTOS)。此外,英特爾研究了目前市場上的RTOS產品,發現它們有許多缺點。首先,這些產品很多只支持壹種架構,影響了它們的吸引力。

其次,很多產品都是roll your own項目,用於研究或者單人維護。這似乎造成了嚴重的安全缺陷。此外,壹些較小的RTOS項目使用特殊的軟件許可,這也將限制其被開源社區采用。最後,許多現有項目在功能上過於有限,無法使用物聯網設備的通用操作系統,英特爾認為澤法可以承擔這壹責任。

相比之下,澤法開源RTOS產品具有以下優勢:支持多種架構,擁有廣泛的貢獻者群體,不僅提供了“調度程序”,還提供了優秀的網絡支持和真正的安全框架。英特爾有幸得到了風河的微控制器RTOS的許可,認為它有望成為廣泛使用的操作系統,於是開始改進代碼,準備發布。最後,他們推出了現在眾所周知的澤法開源項目,這也是作為風河“火箭”RTOS產品的核心。目前由英特爾牽頭相關開發工作。

納希夫表示,澤法是基於已經使用了十幾年的風河代碼庫,並在實際應用中得到檢驗。擴展原始代碼包括幾個關鍵步驟。首先,通過重構提高模塊化水平。在編譯時,開發人員可以根據需要采用或刪除任何子系統來適應硬件。硬件包括“最低終端的Linux設備”和“最低成本的芯片”。他展示的幻燈片列出了最初運行澤法的硬件產品,包括低端的Arduino 101和英特爾Quark D2000,以及高端的第二代英特爾Galileo。但他補充說,伽利略只是壹個開發平臺,可以完全運行Linux,所以他認為沒有人會將它用於澤法的實際部署。

其次,澤法團隊加入了網絡功能。他們從頭開始編寫了壹個低功耗藍牙(BLE)實現,並在開源的Contiki RTOS中移植了IP堆棧。支持IPv6,包括低功耗6LoWPAN。項目還在考慮其他網絡棧,可能會采用近場通信(NFC);ZigBee根據需要,也可以采用WiFi。

其代碼庫的第三個新特性是基於TinyCrypt的加密庫。在壹次單獨的會議上,安全開發者Constanza Heath介紹了TinyCrypt的壹套隨機數生成(RNG),密碼和密鑰交換的基本要素,以及澤法的通用安全方法。澤法映像只運行壹個在編譯時靜態連接的應用程序。單壹地址空間和不支持的可加載內核模塊大大減少了攻擊面。她指出,當壹個靜態連接的進程運行時,惡意代碼只能在編譯時在澤法硬件上運行。因此,該項目省略了壹些更大的操作系統將用來防止安全漏洞的其他安全功能,但她表示,她的團隊仍在研究添加壹些保護功能,如地址空間隨機化。對於大多數安全特性來說,迫切的問題是平衡安全性和容量。

特點

就容量而言,當RAM為8KB時,澤法可以平穩運行,即使RAM最小為2KB。但Nashif表示,在2KB時,只支持“Hello World”演示,不能提供其他功能。澤法內核可以配置為兩種模式之壹。最小的是“超內核”模式,可以提供基本的多線程執行環境、線程間的同步服務(包括信號量和互斥量)、消息隊列和中斷服務。他表示,超微內核模式有望用於最小、最便宜的設備,比如環境傳感器,這些設備除了收集和發送數據之外,只需要進行少量的處理。

微內核模式比超微內核模式更高級,它可以提供超微內核模式特征的超集,包括更復雜的消息隊列、更多的內存分配服務、搶先任務和輪詢時間片。這種模式有望用在稍微大壹點的物聯網節點上,比如可能需要先處理和格式化從傳感器收集的數據,然後再轉發到遠程服務器的傳感器中樞。Nashif指出,nanokernel和微核模式都提供網絡功能,但為全IP網絡堆棧配置nanokernel build可能會使澤法難以用於RAM低於10KB的設備。

此外,納希夫表示,澤法還可以使用壹些Linux工具。可以配置Linux內核的Kconfig,用kbuild完成澤法構建。然而,他說,相似之處僅限於工具,澤法圖像是為單壹應用程序配置和構建的。“我們只是借鑒Linux的優點,但並不完全照搬Linux。”該項目提供了壹個支持五個編譯器的軟件開發工具包(SDK ),其中包含用於將圖像轉移到準備和調試的工具。除了運行在Linux、Windows和Mac OS X上,SDK還可以運行在Docker容器中。

納希夫表示,英特爾將澤法視為壹項戰略投資。該公司發現RTOS市場存在巨大的缺口,尤其是在物聯網設備方面,因此想抓住機會建設相應的項目來填補這壹缺口。英特爾希望得到社區的支持,盡可能與其他開源項目合作。納希夫補充說,他理解物聯網市場的競爭非常激烈,自澤法發布以來,已有兩款新的物聯網操作系統相繼問世,這種發布新產品的趨勢不會放緩。

任何廠商想要主導物聯網市場,都需要“過關”,擊敗眾多競爭對手,無論是在專有領域還是開源領域。澤法仍處於早期發展階段,但其代碼庫已在風河使用了很長時間。展望了澤法的發展前景。

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