[论文解读] File Managing and Program Execution in Web Operating Systems

Mario Bravetti|arXiv (Cornell University)|May 27, 2010

Service-Oriented Architecture and Web Services参考文献 3被引用 3

一句话总结

本文提出了一种面向网络操作系统的中间件架构，将传统的文件与程序管理扩展为使用URL而非本地路径，通过过程代数模型实现客户端与服务器端的执行。其主要贡献在于采用基于会话的通信与基于URL的资源解析形式化语义，支持安全的、有状态的程序执行及跨分布式网络资源的工作流组合。

ABSTRACT

Web Operating Systems can be seen as an extension of traditional Operating Systems where the addresses used to manage files and execute programs (via the basic load/execution mechanism) are extended from local filesystem path-names to URLs. A first consequence is that, similarly as in traditional web technologies, executing a program at a given URL, can be done in two modalities: either the execution is performed client-side at the invoking machine (and relative URL addressing in the executed program set to refer to the invoked URL) or it is performed server-side at the machine addressed by the invoked URL (as, e.g., for a web service). Moreover in this context, user identification for access to programs and files and workflow-based composition of service programs is naturally based on token/session-like mechanisms. We propose a middleware based on client-server protocols and on a set primitives, for managing files/resources and executing programs (in the form of client-side/server-side components/services) in Web Operating Systems. We formally define the semantics of such middleware via a process algebraic approach.

研究动机与目标

• 为应对持久化、设备无关的应用执行需求，将传统基于本地文件系统的模型转向基于URL的资源管理。
• 通过统一的基于URL的寻址与会话机制，实现客户端与服务器端程序的无缝执行。
• 利用过程代数形式化一种安全、可组合的Web OS中间件，支持动态工作流与访问控制。
• 通过推广基于虚拟机的UI，克服HTML为中心的Web技术的局限性，实现更丰富、类操作系统级的应用体验。
• 集成RESTful服务、Comet风格的实时通信与数据绑定，构建可扩展、响应迅速的Web OS应用。

提出的方法

• 设计一种客户端-服务器协议栈，通过URL访问程序与文件，执行模式由URL解析与会话上下文决定。
• 引入一种过程代数，包含远程执行（{\bf rexec}）、本地执行（{\bf lexec}）以及使用带标签通信的会话管理构造。
• 采用形式化语义，通过结构化操作规则（表1–6）建模文件访问、程序执行与会话创建/终止的状态转换。
• 使用路径匹配与替换机制（如 $\theta_1, \theta_2$）动态解析相对URL并绑定执行上下文。
• 应用会话类型与作用域管理（如 $\nu l\backslash{\bf session}\backslash{\cal S}$）以确保类型安全并防止资源泄漏。
• 实现基于Java的原型系统，支持基于接口与RESTful的Web服务，采用Comet实现的实时通信，以及多种数据绑定技术。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将传统操作系统中基于本地路径的文件管理与程序执行概念，推广为使用URL而非本地路径？
• RQ2 何种形式化模型能够捕捉Web OS环境中客户端与服务器端程序执行的语义？
• RQ3 如何将基于会话的访问控制与安全资源共享机制集成到基于URL的执行模型中？
• RQ4 此类Web OS中间件中，不同数据绑定与实时通信模式的性能特征如何？
• RQ5 如何在不依赖HTML或浏览器特定执行模型的前提下，支持丰富、类独立应用的GUI？

主要发现

• 所提出的中间件通过单一基于URL的寻址方案，实现客户端与服务器端程序的透明执行，相对路径相对于部署上下文进行解析。
• 形式化的过程代数模型通过会话类型与作用域管理支持安全、可组合的工作流，防止未授权访问并确保正确资源生命周期管理。
• 实现表明，RESTful服务、Comet风格事件流与长轮询技术的集成在实现实时应用交互方面具有可行性。
• 性能评估显示，不同数据绑定方法在效率上存在差异，对选择Web OS应用中的最优绑定策略具有指导意义。
• 该架构成功将用户界面渲染与执行逻辑解耦，支持高保真、基于虚拟机的GUI，独立于浏览器限制。
• 系统支持动态、有状态的执行，具备持久会话与通过类似令牌机制实现的安全访问控制，支持跨分布式服务的复杂应用工作流。