Йохан Лидткке: Неміс компьютер ғалымы және L4 микроядросының жасаушысы

Кіріспе

Неміс компьютер ғалымы Йохен Лидтке (26 мамыр 1953 – 10 маусым 2001) – неміс компьютер ғалымы, микроядролық операциялық жүйелер саласындағы жұмыстарымен, әсіресе L4 микроядролық отбасын жасауымен белгілі.

Білім

1970-ші жылдардың ортасында Лидтке Бьелефельд университетінде математика мамандығы бойынша дипломдық білім алды. Оның дипломдық жұмысы неміс мектептерінде бағдарламалауды үйрету үшін құрылған ELAN бағдарламалау тілі үшін компилятор құрастыру болды. Компилятор ELAN тілінде жазылды.

Жоғары оқу орны

1977 жылы бітіргеннен кейін ол Билефельдте қалды және Zilog Z80 микропроцессоры үшін Elan ортасында жұмыс істеді. Бұл үшін ол Eumel ("Extendable Multiuser Microprocessor ELAN System", сонымен қатар, солтүстік неміс тілінде сүйкімді ақымақ деген термин) деп атаған орындалу ортасын қажет етті. Eumel толыққанды көп тапсырмалы, көп пайдаланушы операциялық жүйеге айналды, ол ортогоналды тұрақтылықты қолдайды, 1980 жылы жөнелтуді бастады (кім? кімге?) және кейіннен Zilog Z8000, Motorola 68000 және Intel 8086 процессорларына көшірілді. Бұл процессорларда жадты қорғау болмағандықтан, Eumel аппараттық құралдан кемшіліктері бар мүмкіндіктерді қосатын виртуалды машинаны іске қосты. 2000-нан астам Eumel жүйелері жеткізілді, көбінесе мектептерге, ал кейбіреулері мәтін өңдеу платформасы ретінде заң фирмаларына жіберілді. 1984 жылы ол Германияның Ұлттық компьютерлік ғылымдар ғылыми-зерттеу орталығына (GMD) қосылды, ол қазір Фраунгофер қоғамының бір бөлігі болып табылады. Ол жерде ол Eumel бойынша жұмысын жалғастырды. 1987 жылы виртуалды жадты қолдайтын микропроцессорлар Intel 80386 түрінде кеңінен қолжетімді болған кезде Лидтке Eumel-ді алмастыру үшін жаңа операциялық жүйені жобалай бастады, оны L3 ("Liedtke's 3rd system", Eumel және орта мектепте жазған ALGOL 60 интерпретаторынан кейін) деп атады. L3 соңғы аппараттық мүмкіндіктерді пайдалану арқылы жақсы өнімділікке қол жеткізу үшін жасалған және бастапқы кодтан іске асырылды. Ол негізінен Eumel-мен үйлесімді болды, сондықтан ол қолданыстағы Eumel экожүйесінен пайдаланды. L3 1989 жылы кемеге шыға бастады, барлығы кем дегенде 500 дана. Алайда Лидтке микроядроның жұмыс істеуі үшін маңызды хабар алмасу операциясы (IPC) барлық микроядроларда, оның ішінде өзінің L3 жүйесінде баяу екенін байқады. Оның қорытындысы - радикалды қайта құру қажет болды. Ол мұны L3-ті бастапқы кодтан қайта іске асырып, ядроны күрт жеңілдетіп, IPC құнын шамамен азайта отырып жасады. Нәтижесінде пайда болған ядро кейіннен "L4" деп аталды. Концептуалды тұрғыдан алғанда, L4-тің ерекшелігі оның сыртқы пейджерлерге (беттік қателіктерді өңдеушілерге) толық тәуелділігі және адрестік кеңістіктердің рекурсивті құрылысы болды. Бұл микроядролардың толық отбасына әкелді, сол принциптердің көптеген тәуелсіз іске асырылуы бар. Лидтке сонымен қатар компьютерлік архитектурада жұмыс істеді, 64 биттік адрестік кеңістікті сирек карталаудың құралы ретінде күзетілген беттік кестелерді ойлап тапты. 1996 жылы Лидтке Берлин техникалық университетінде күзетілген беттік кестелер бойынша докторлық диссертациясын аяқтады. Сол жылы ол Томас Дж. Уотсон ғылыми-зерттеу орталығына қосылды, онда ол L4 бойынша жұмысты жалғастырды, ол бұрын Workplace OS-де қолданылған сияқты сәтсіз микроядролармен жағымсыз ассоциациялардан аулақ болу үшін Lava Nucleus (LN) деп аталды. IBM-де жұмыс істеген уақытында басты жоба - Linux-ты L4 негізіндегі көп серверлі операциялық жүйеге айналдыруға тырысқан Saw Mill жобасы болды. 1999 жылдың сәуірінде ол Карлсруэ университетінің жүйелік архитектура кафедрасын алды. Ол жерде ол IBM-мен Saw Mill-де бірлесіп жұмыс істеді, бірақ сонымен бірге L4 жаңа буыны (4-ші нұсқа) бойынша жұмыс істеді. Сол уақытта бірнеше тәжірибелік ядролар жасалды, соның ішінде Hazelnut, бірінші L4 ядросы (қайта іске асырылғаннан айырмашылығы) басқа архитектураға (x86-дан ARM-ге) көшірілді. Жаңа нұсқаны Лидтке қайтыс болғаннан кейін оның шәкірттері Волкмар Ухлиг, Уве Данновски және Эспен Скоглунд аяқтады. 2002 жылы Pistachio атауымен шығарылды. 2001 жылдың 10 маусымында жексенбі күні ол Франкфурт әуежайында күтпеген жерден қайтыс болды. Ол сол жылдың басында ауырып, екі операциядан өткеннен кейін, Шэто-Лейк-Луизада өткен SOSP'01 бағдарламалық комитетінің отырысынан қайтып келе жатқанда қайтыс болды. Оның артында әйелі Адельхайд қалды.

After his graduation in 1977, he remained at Bielefeld and worked on an Elan environment for the Zilog Z80 microprocessor. This required a runtime system (environment), which he named Eumel ("Extendable Multiuser Microprocessor ELAN System", but also a colloquial north German term for a likeable fool). Eumel grew into a complete multi tasking, multi user operating system supporting orthogonal persistence, which started shipping (by whom? to whom?) in 1980 and was later ported to Zilog Z8000, Motorola 68000 and Intel 8086 processors. As these processors lacked memory protection, Eumel implemented a virtual machine which added the features missing from the hardware. More than 2000 Eumel systems shipped, mostly to schools, and some to legal practices as a text processing platform. In 1984, he joined the Gesellschaft für Mathematik und Datenverarbeitung (GMD), the German National Research Center for Computer Science, which is now a part of the Fraunhofer Society. There, he continued his work on Eumel. In 1987, when microprocessors supporting virtual memory became widely available in the form of the Intel 80386, Liedtke started to design a new operating system to succeed Eumel, which he called L3 ("Liedtke's 3rd system", after Eumel and the ALGOL 60 interpreter he had written in high school). L3 was designed to achieve better performance by using the latest hardware features, and was implemented from scratch. It was mostly backward compatible with Eumel, thus benefiting from the existing Eumel ecosystem. L3 started to ship in 1989, with total deployment of at least 500. Liedtke, however, observed that the message passing operation (IPC), which is fundamentally important for microkernel performance, was slow in all existing microkernels, including his own L3 system. His conclusion was that radical redesign was needed. He did this by re implementing L3 from scratch, dramatically simplifying the kernel, resulting in an order of magnitude decrease in IPC cost. The resulting kernel was later renamed "L4". Conceptually, the main novelty of L4 was its complete reliance on external pagers (page fault handlers), and the recursive construction of address spaces. This led to a complete family of microkernels, with many independent implementations of the same principles. Liedtke also worked on computer architecture, inventing guarded page tables as a means to implement a sparsely mapped 64 bit address space. In 1996, Liedtke completed a PhD on guarded page tables at the Technical University of Berlin. In the same year he joined the Thomas J. Watson Research Center, where he continued to work on L4, referred to as “Lava Nucleus” (LN) to avoid negative connotations with previously unsuccessful microkernels, such as the one used in Workplace OS. The main project during his IBM time was the Saw Mill project, which attempted to turn Linux into an L4 based multi server OS. In April 1999, he took up the System Architecture Chair at the University of Karlsruhe. There, he continued to collaborate with IBM on Saw Mill, but at the same time worked on a new generation of L4 (version 4). Several experimental kernels were developed during that time, including Hazelnut, the first L4 kernel that was ported (in contrast to re implemented) to a different architecture (from x86 to ARM). Work on the new version was completed after his death by Liedtke's students Volkmar Uhlig, Uwe Dannowski, and Espen Skoglund. It was released under the name Pistachio in 2002. On Sunday June 10, 2001, he died unexpectedly at Frankfurt Airport while returning from SOSP'01 program committee meeting in Chateau Lake Louise, having been ill earlier in the year and undergone two surgeries (the conference proceedings were dedicated to his memory). He is survived by his wife Adelheid.