Йохе́н Ли́дткe: Пио́нер микроя́дерных операцио́нных систе́м.

Введение

Йохен Лидтке (26 мая 1953 – 10 июня 2001) – немецкий учёный в области компьютерных наук, известный своими работами над микроядерными операционными системами, в особенности созданием семейства микроядер L4.

Образование

В середине 1970-х годов Лидтке учился в университете Билефельда, получая диплом по математике. Его дипломной работой было создание компилятора для языка программирования ELAN, разработанного для обучения программированию в немецких школах. Компилятор был написан на ELAN.

Выпускник

После окончания университета в 1977 году он остался в Билефельде и работал над средой Elan для микропроцессора Zilog Z80. Для этого требовалась среда выполнения (environment), которую он назвал Eumel ("Расширяемая многопользовательская микропроцессорная система ELAN", но также разговорный северо-немецкий термин для симпатичного дурака). Eumel превратился в полноценную многозадачную, многопользовательскую операционную систему, поддерживающую ортогональную устойчивость данных, поставки которой начались в 1980 году (кем? кому?) и впоследствии была портирована на процессоры Zilog Z8000, Motorola 68000 и Intel 8086. Поскольку эти процессоры не имели защиты памяти, Eumel реализовал виртуальную машину, которая добавила функции, отсутствующие в аппаратном обеспечении. Было поставлено более 2000 систем Eumel, в основном в школы, а также некоторые — в юридические фирмы в качестве платформы для обработки текста. В 1984 году он присоединился к Gesellschaft für Mathematik und Datenverarbeitung (GMD), немецкому Национальному исследовательскому центру в области компьютерных наук, который теперь является частью Общества Фраунгофера. Там он продолжил работу над Eumel. В 1987 году, когда микропроцессоры с поддержкой виртуальной памяти стали широко доступны в виде Intel 80386, Лидтке начал проектировать новую операционную систему, пришедшую на смену Eumel, которую он назвал L3 ("третья система Лидтке", после Eumel и интерпретатора ALGOL 60, написанного им в старшей школе). L3 была разработана для достижения более высокой производительности за счет использования новейших аппаратных возможностей и была реализована с нуля. Она была в основном обратно совместима с Eumel, что позволяло использовать существующую экосистему Eumel. Поставки L3 начались в 1989 году, общий объем составил не менее 500 экземпляров. Однако Лидтке заметил, что операция передачи сообщений (IPC), фундаментально важная для производительности микроядра, была медленной во всех существующих микроядрах, включая его собственную систему L3. Он пришел к выводу, что необходима радикальная переработка. Он выполнил ее, перереализовав L3 с нуля, значительно упростив ядро, что привело к снижению стоимости IPC в несколько раз. Полученное ядро позже было переименовано в "L4". Концептуально, главным новшеством L4 была его полная зависимость от внешних пейджеров (page fault handlers) и рекурсивная конструкция адресных пространств. Это привело к созданию целого семейства микроядер с множеством независимых реализаций одних и тех же принципов. Лидтке также работал над компьютерной архитектурой, изобретя таблицы защищенных страниц как средство реализации слабо отображаемого 64-битного адресного пространства. В 1996 году Лидтке защитил докторскую диссертацию по таблицам с охраняемыми страницами в Техническом университете Берлина. В том же году он присоединился к исследовательскому центру Томаса Дж. Уотсона, где продолжил работу над L4, названной Lava Nucleus (LN), чтобы избежать негативных коннотаций, связанных с ранее неудачными микроядрами, такими как используемое в Workplace OS. Основным проектом во время его работы в IBM был проект Saw Mill, который пытался превратить Linux в многосерверную ОС на основе L4. В апреле 1999 года он занял должность профессора системной архитектуры в Университете Карлсруэ. Там он продолжил сотрудничество с IBM над Saw Mill, но одновременно работал над новым поколением L4 (версия 4). В то время было разработано несколько экспериментальных ядер, включая Hazelnut, первое ядро L4, которое было портировано (в отличие от перереализованного) на другую архитектуру (с x86 на ARM). Работа над новой версией была завершена после его смерти студентами Лидтке Волькмаром Ульгом, Уве Данновским и Эспеном Скоглундом. Она была выпущена под названием Pistachio в 2002 году. В воскресенье 10 июня 2001 года он неожиданно скончался в аэропорту Франкфурта, возвращаясь с заседания программного комитета SOSP'01 в Шато-Лейк-Луизе, после того как ранее в этом году заболел и перенес две операции (материалы конференции были посвящены его памяти). Его пережила жена Адельхайд.

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.