OS/2 1.x

Параллельно с развитием Win 16, во второй половине 80-х Microsoft занималась разработкой еще одной операционной системы, в данном случае совместно с фирмой IBM. OS/2 создавалась как ОС для новой серии машин IBM Personal System/2, основанных на процессоре 80286. Архитектура системы представляет собой самое полное из известных автору воплощение идей, которые имел в виду Intel, разрабатывая этот процессор. Весьма ограниченный успех этой системы обусловлен, по-видимому, несостоятельностью идей Intel, а не качеством их воплощения. Система использует сегментированную виртуальную память и сборку в момент загрузки. Формат загрузочных модулей и DLL тот же самый, что в Win 16 — NE. Однако система имеет раздельные адресные пространства — задачи не имеют доступа к сегментам данных и приватным сегментам DLL других задач. Сегменты кода — разделяемые и защищены от записи. К сожалению, 80286 не обрабатывал сегментных отказов, поэтому виртуальная память использовалась лишь для защиты задач друг от друга, но не для сегментной подкачки [Коган/Роусон 1989, Лафо/Нортон 1991]. OS/2 реализует вытесняющую многозадачность, многопоточность в пределах одной задачи и богатый набор примитивов взаимоисключения (семафоры как двоичные, так и счетчики, очереди сообщений). Ядро — кооперативно многозадачное с управляемыми сообщениями асинхронными драйверами. Одной из отличительных особенностей системы является мощный механизм обработки исключений, аналогичный используемым в MVS-OS/390-z/OS и VMS. Одной из главных задач при разработке системы было максимальное облегчение переноса программного обеспечения (как прикладного, так и системного, включая и драйверы устройств) из MS DOS. Эта цель была в основном достигнута: все системные вызовы DOS имели полные функциональные эквиваленты в OS/2, и достаточно аккуратно написанные программы для DOS могли быть перенесены в OS/2 1.x простой перекомпиляцией. Впрочем, оказалась неразрешимой другая, более важная задача — обеспечение бинарной совместимости. Процессор 80286 в защищенном режиме не имел возможности исполнять программы для реального режима 8086. Для исполнения бинарных модулей DOS была нужна полноценная копия DOS и переключение режима процессора. Таким образом, в системе могла исполняться только одна сессия DOS, а во время ее работы вся активность приложений OS/2 полностью прекращалась. Из-за этого недостатка OS/2 1.x имела успех лишь в качестве серверов файлов и печати в сетях NETBIOS (LAN Manager и серверов приложений: Lotus Notes, Sybase и др). Бинарная несовместимость с DOS могла быть преодолена только с использованием возможностей процессора 80386. Существовали и другие показания к переходу на этот процессор: например, возможность страничной подкачки. Кроме того, используемая в х86 плоская модель памяти упрощает программирование, снимает ограничение в 64Кбайт на переменную и дает много других преимуществ. В этот момент между партнерами возникли серьезные разногласия в вопросе о том, как следует переходить на новый процессор. Предложенная фирмой Microsoft архитектура новой 32-разрядной версии системы, (OS/2 New Technology) оказалась абсолютно неприемлемой для IBM. Камнем преткновения стал вопрос о том, как следует организовывать взаимодействие между 16-разрядным кодом, использующим сегментированную память, и 32-разрядным, использующим линейное адресное пространство. На самом деле, адреса в обеих моделях памяти имеют длину 32 бита, но в 16-разрядной модели адрес разбит на селектор сегмента и смещение в нем. Это разбиение накладывает серьезные ограничения на указательную арифметику. Задача преобразования 16-разрядного указателя 80286 в 32-разрядный достаточно проста; задача же обратного преобразования требует нетривиальных вычислений и в общем случае во время исполнения неразрешима. Предложение Microsoft состояло в том, чтобы сохранить бинарную совместимость с программами для OS/2 1.x и дать им возможность обращаться к новым 32-разрядным DLL и системным модулям, но не предоставлять возможности для 32-разрядных приложений обращаться к старым 16-разрядным DLL. Это решение требовало полной переделки всех сервисных подсистем (включая графическую подсистему Presentation Manager), ядра ОС и подсистемы ввода-вывода (т. е. всех драйверов) в 32-разрядную модель памяти. Переделка драйверов требовала отказа от совместимости с существующими драйверами устройств, файловых систем и сетевых протоколов для OS/2 1.x. IBM предложила более элегантное решение, требовавшее, однако, переделки компилятора: предлагалось научить компилятор при вызове из 32-разрядного кода 16-битной процедуры генерировать специальный код, осуществляющий преобразование "плоского" указателя в сегментированный для всех параметров-указателей (пример П.1). Компилятор должен был принимать решение о необходимости такого преобразования на основе прототипа вызываемой функции.

Пример П.1. Код, порождаемый компилятором IBM Visual Age C++ при вызове 16-разрядной функции

104 /*

105 * открыть обработчик

106 *для мыши

107 */

108 MouOpenfNULL,&hmou) ; sub esp,038h

push Oh

mov eax,offset FLAT:hmou call _DosFlatToSel push eax

push 08h

push eax

mov eax,offset FLAT: MOU16OPEN

call _DosFlatToSel

xchg eax, dword ptr[esp]

push Oh

call __EDC3216

add esp,04ch

Сведений о ходе переговоров история не сохранила, однако по косвенным признакам они были весьма бурными. По причинам, изложенным в главе 10, решение об отказе от поддержки существующих драйверов и DLL было абсолютно неприемлемо для IBM. Почему переделка компилятора не устраивала Microsoft, менее понятно. Автор не располагает достоверными сведениями на этот счет, но есть ряд косвенных оснований предполагать, что взаимодействие между подразделениями Microsoft оставляет желать много лучшего, так что создатели ОС попросту не имели возможности (или даже права) выдвигать столь сложное требование к разработчикам компилятора. Возможно, что на результат переговоров повлияли и какие-то другие, например, сугубо политические или даже психологические факторы. Важно отметить, впрочем, что никаких реальных проблем реализация данного требования не представляла: практически все 32-разрядные компиляторы для OS/2 2.x — Zortech C++, Watcom C++, IBM C/Set (позднее IBM Visual Age for C++) — с успехом выполняют преобразование указателей. Так или иначе, переговоры не только проходили бурно, но и закончились разводом. Дальнейшая судьба OS/2 — это совсем другая история, или, точнее сказать, две разные истории.

IBM OS/2

Первая 32-разрядная версия OS/2 2.0 широко использовала прием, описанный в примере П.1, и представляла собой сочетание 32- и 16-разрядных подсистем. Так, подсистема ввода-вывода была полностью 16-разрядной и, тем самым, обеспечивала полную совместимость со старыми драйверами и другими модулями ядра. Тем не менее, система в полной мере использовала преимущества, предоставляемые новым процессором, такие, как страничная подкачка и режим виртуального 8086 [Минаси/Камарда 1996]. Реализованный в OS/2 2.x эмулятор DOS является одним из крупнейших достижений в сфере разработки виртуальных машин — фирма IBM имеет немалый опыт создания, поддержки и эксплуатации систем виртуальных машин для System/370-390 — и, безусловно, он остается лучшим в мире эмулятором DOS на момент написания книги (в связи с общим снижением интереса к приложениям DOS, вполне возможно, что этот эмулятор останется таковым навсегда). Для сравнения, эмулятор DOS в Windows NT/2000/XP уступает ему как по возможностям настройки, так и по универсальности; сессия DOS в Windows 95/98/ME не является эмулятором — запущенное в этой сессии приложение имеет возможность модифицировать критичные для системы данные и проблемы в этом приложении часто приводят к необходимости перезапуска всей ОС, иногда даже холодного. Про эмуляторы DOS в SVR4/X86 и Linux автор может сказать лишь словами поэта:

Иных не стану поминать Они под солнцем хладным зреют Бумаги даже замарать И то, как надо, не умеют. С. Есенин

Система имеет объектно-ориентированный пользовательский интерфейс, основанный на компонентах SOM (System Object Model). Еще одной, менее известной, но не менее важной на взгляд автора, уникальной особенностью IBM OS/2, является возможность установки пользовательской программой собственного обработчика страничных отказов. Данная особенность уникальна — во всяком случае, среди известных автору промышленно используемых ОС, и позволяет реализовать в пользовательском адресном пространстве функции, которые в других ОС могут исполняться только модулями ядра. Так, свободно распространяемая библиотека ЕМХ использует этот механизм для реализации полного функционального аналога системного вызова fork ОС семейства Unix; известен ряд реализаций отображения файлов в адресное пространство памяти. Развитие системы сопровождалось постепенной заменой 16-разрядных подсистем на 32-разрядные. В версии 4.5 — Warp Server for e-Business — была наконец-то реализована 32-разрядная подсистема ввода-вывода, и это позволило перенести в OS/2 сугубо 32-разрядный код журнальной файловой системы jfs, первоначально разработанной для IBM AIX. В версии 4.0 появился, а в версии 4.5 был включен в стандартную комплектацию стек TCP/IP, совместимый с BSD 4.4, с поддержкой IPSec и фильтрации пакетов [redbooks.ibm.com sg245393]. Первые версии системы отличались большими по тем временам требованиями к ресурсам (для нормальной работы требовалось около 16 Мбайт ОЗУ, по меркам начала 90-х — чрезвычайно много), и поэтому тоже имели успех преимущественно в качестве серверов. Некоторые мелкие улучшения позволили в версии 3.0 снизить минимальные требования до 8 Мбайт. Параллельно шло снижение цен на оперативную память, поэтому шансы OS/2 на получение массового признания в качестве ОС для настольного компьютера все возрастали и достигли максимума примерно в 1995—1996 гг. 203ак 86 В это время, однако, подразделение персональных систем IBM увлеклось другим проектом, на который сообщество пользователей OS/2 также возлагало большие надежды — OS/2 for PPC. Дело в том, что в описываемый период и среди пользователей, и среди производителей вычислительных систем преобладала точка зрения, что Intel исчерпал резервы повышения производительности своих процессоров и не может ни поднять тактовую частоту ЦПУ выше 60—80 Мгц, ни значительно повысить количество операций, исполняемых за один такт. Единственной перспективой повышения производительности представлялись RISC-архитектуры, в том числе — разрабатываемый совместно компаниями IBM, Apple и Motorola микропроцессор архитектуры PowerRISC. Первые процессоры с такой системой команд были разработаны фирмой IBM для рабочих станций и серверов серии RS/6000, но реализовались на нескольких микросхемах. Однокристальный процессор и соответствующие микросхемы окружения (адаптеры системной и периферийной шин и т. д.) должны были резко снизить стоимость системы, переведя ее из категории рабочих станций в персональные компьютеры. IBM рассчитывала воспроизвести успех IBM PC, опубликовав полные спецификации и, таким образом, привлечь производителей клонов новой архитектуры, получившей название Power PC. Для этой системы была начата разработка новой версии OS/2. Бинарная совместимость с существующим кодом на новом процессоре была, конечно же, невозможна, поэтому IBM с легким сердцем пошла на пересмотр архитектуры. Новая система должна была стать полностью 32-разрядной и микроядерной, совместимой с OS/2-x86 лишь на уровне исходного кода приложений. К несчастью, пока новая система разрабатывалась, Intel все-таки посрамил скептиков и преодолел барьеры в 60, а затем и 100 Мгц, и выпустил новое семейство суперскалярных микропрограммируемых ядер — сначала двухкристальные сборки Pentium Pro и Pentium II (на самом деле, тот же Pro, только с более удачной конструкцией корпуса) и, наконец, однокристальный Pentium III. Новое ядро позволило исполнять по несколько команд за такт и, таким образом, перейти второй якобы непреодолимый для х86 барьер. Для проекта PowerPC это было крахом. Хотя система по-прежнему превосходила машины на основе х86 как по абсолютной производительности, так и по отношению производительности к цене, теперь разница была не настолько велика, чтобы оправдать для конечного пользователя переход на новую архитектуру и отказ от старых приложений. Микропроцессоры Power имели успех в составе новой линии персональных компьютеров Apple (PowerMac) и рабочих станций, но не смогли составить конкуренции на рынке PC. Эталонная реализация спецификаций РРС была выпущена и изготавливалась небольшими сериями, вышли версии Linux, Solans и Windows NT 4.0 для новой архитектуры, но коммерческого успеха машина не имела и не могла оправдать разработку полностью новой ОС. Работы по OS/2 for PPC были свернуты. Разочарование руководства IBM было столь сильным, что были также прекращены работы по другим перспективным технологиям — объектной модели SOM (System Object Model) и стандарту OpenDOC. Чувствуя потерю интереса к системе со стороны ее поставщиков, многие разработчики приложений отказапись от ее поддержки. К моменту написания книги слухи о смерти OS/2 сильно преувеличены. В 2001 г. был выпущен совместный продукт IBM и Serenity Systems — eComstation [www.ecomstation.com], клиентская версия системы, основанная на ядре версии 4.5. Тем не менее, очевидно, что система вытеснена на периферию сферы внимания пользователей и разработчиков программного обеспечения для х86.