HermiTux: свръхлеко ядро, бинарно съвместимо с Linux

Специалистите от университета на Вирджиния, от компанията Qualcomm и университета Аахен (Германия) разработват изключително лекото ядро HermiTux, съответстващо на парадигмата unikernel. Лекото ядро HermiTux два възможност за директното стартиране на приложения чрез хипервайзора, без каквито и да било допълнително софтуерни слоеве, осигуряващо бинарна съвместимост с Linux приложенията на ниво ABI. Кодът е написан на програмния език С и се разпространява под BSD лиценза.

HermiTux предоставя минимално необходимото за работата на една операционна система и изразходва съществено по-малко ресурси в сравнение със стандартното Linux ядро. HermiTux стартира изключително бързо приложенията чрез хипервайзора – в рамките на 0,1 секунда. В тестовете за производителност HermiTux изостава от стандартното Linux ядро с около 3%, което се дължи на времето, необходимо за прехвърлянето на входно/изходните операции към хост системата. Но консумацията на памет при тестовете е около 9 MB, което е 10 пъти по-малко в сравнение с Linux Kernel (Docker използва около 2 MB благодарение на общото с хост средата ядро, без да се налага прилагането на пълноценна виртуализация).

Възможността за стартирането на немодифицирани Linux приложения се осъществява чрез поддръжката на ELF формата, реализацията на системните извиквания на Linux и виртуалните файлови системи. На сегашния етап на развитие HermiTux реализира 83 системни извиквания. В Linux ядрото са реализирани над 350 системни извиквания, но в реалните приложения се използва малка част от тях – за обхващането на 90% от софтуера в различните дистрибуции е достатъчно реализирането на 200 системни извиквания.

За намаляване на таймингите при обработването на системните извиквания, е реализиран механизъм за замяна на използването на системните извиквания с директното извикване на типовите функции на ядрото. По този начин се избягва използването на лакомата за ресурси инструкция syscall. Това е възможно, понеже в HermiTux се използва общо адресно пространство и няма смисъл от употребата на syscall. За статично свързаните приложения замяната се извършва на ниво стандартната библиотека.

Освен това, подготвен е инструментариум за анализ на системните извиквания в изпълнимите файлове, което дава възможност за компилирането на минимално HermiTux ядро, включващо единствено кода, необходим само за обработката на използваните в приложенията системни извиквания.

HermiTux предлага базова многопоточност (Pthreads Embedded). Файловата система е MiniFS, в която файловете се разполага в оперативната памет (ramdisk), като са емулирани някои елементи от виртуалните файлови системи (/dev/zero, /dev/cpuinfo и други).

TCP/IP стека се базира на проекта LWIP, а в качеството на стандартна Си библиотека се използва модифициран вариант на Musl. При използването на HermiTux не се налага каквото и да било преобразуване или прекомилиране на файловете. Поддържат се както всички компилирани изпълними файлове, така и приложенията за интерпретаторните програмни езици – Python, Lua и т.н.