[论文解读] On the definition of a theoretical concept of an operating system

J.A. Bergstra, C.A. Middelburg|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2010

Computability, Logic, AI Algorithms参考文献 16被引用 3

一句话总结

本文提出了一种形式化、理论性的操作系统定义，将其视为基于程序执行架构与并发理论的分层概念家族中的核心组件。该文主张采用一种简洁、明确的定义，根植于程序切换与中断机制，为操作系统的统一数学理论奠定基础。

ABSTRACT

We dwell on how a definition of a theoretical concept of an operating system, suitable to be incorporated in a mathematical theory of operating systems, could look like. This is considered a valuable preparation for the development of a mathematical theory of operating systems.

研究动机与目标

• 解决尽管历经数十年实践发展，计算机科学中仍缺乏操作系统理论基础的现状。
• 指出现有文献未能为操作系统的概念提供严谨的定义或理论框架。
• 提出一种形式化、解释性的理论概念操作系统定义，适用于整合进数学理论。
• 基于分析性执行架构与并发理论，建立一个支撑该定义的概念框架。
• 通过定义理论概念之间的核心依赖关系与层级结构，为未来操作系统的数学理论奠定基础。

提出的方法

• 使用一种基础元理论定义方法，指导形式化、解释性操作系统理论概念的构建。
• 将操作系统的理论概念定义为依赖于程序与分析性执行架构的理论概念。
• 制定一个分层概念家族定义，其中操作系统为核心概念，辅以对程序与执行架构的定义。
• 基于对现有并发理论（来自[1]）的扩展，构建包含程序中断与切换机制的并发模型。
• 确保定义保持简洁与形式化，避免非正式或实用主义的描述，以支持数学严谨性。
• 将效用与价值度量作为次要概念引入，以支持理论框架内的分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 什么样的定义可被视为理论严谨且数学上严密的操作系统定义？
• RQ2 如何以形式化方式定义操作系统的理论概念，使其与现有文献及实际系统相连接？
• RQ3 并发理论在建模操作系统行为中扮演何种角色？
• RQ4 如何以分层方式组织一系列相互关联的理论概念（程序、执行架构、操作系统），以支持连贯的理论体系？
• RQ5 何种元理论框架能够支持此类概念家族的形式化定义，从而实现形式化分析与效用评估？

主要发现

• 形式化、简洁的操作系统理论概念定义在数学理论发展背景下，不仅可能而且必要。
• 操作系统的理论概念最适切地被定义为分析性执行架构中一个支持程序执行切换与中断的组件，构成并发建模的基础。
• 该概念在概念上依赖于对程序与执行架构的正式化定义，形成以操作系统为核心概念的分层概念家族。
• 通过扩展现有工作而构建的并发理论，可作为建模操作系统动态行为的基石框架。
• 现有文献缺乏对操作系统的严肃理论定义，多数解释均非正式或单向度，因此本形式化工作具有充分必要性。
• 所提出的框架可通过引入系统性能或资源使用度量，扩展概念家族，从而支持未来效用与价值分析。