Аспекты изоляции приложений в ARINC 653 (Валерий Земкин, OSDAY-2025)

Ссылки сюда (1) →

Короткая ссылка: 20250619E

Докладчик

Валерий Земкин

Рассмотрим реализацию изоляции приложений в ОСРВ JetOS для бортовых систем гражданской авиации (МС-21, SJ-100) на основе стандарта ARINC 653. Ключевая задача — обеспечение надежного пространственного и временного разделения ресурсов между независимыми приложениями ("partitions") в соответствии с требованиями авиационных стандартов DO-248C и CAST-32A.

Стандарт определяет интерфейс APEX, гарантирующий:

• Пространственную изоляцию — защиту памяти, ввода-вывода и ресурсов между partitions, контроль потребления квот, сдерживание аппаратных сбоев;
• Временную изоляцию — строгое лимитирование времени ЦПУ на одноядерных системах и минимизацию интерференции на многоядерных. Единицей планирования является partition, внутри которой могут выполняться процессы/потоки. Сервисы включают управление разделами, межраздельными коммуникациями (interpartition communication), планированием и обработкой ошибок.

Хотя ARINC 653 создан для авионики (integrated modular avionics, IMA), его механизмы изоляции применимы в любых системах, требующих совместного выполнения разноуровневых приложений с гарантированным распределением ресурсов. Это подтверждается адаптацией стандарта в проекте JetOS, где он служит основой для создания безопасной и предсказуемой среды исполнения.

Видео

on youtube

Thesis

В рамках проекта ГосНИИАС при участии ИСП РАН им. В.П. Иванникова и ИПМ им. М.В. Келдыша РАН ведется работа по созданию операционной системы реального времени JetOS для применения в бортовых системах гражданской авиации (системы индикации воздушных судов МС-21 и SJ-100). Основным программным интерфейсом JetOS является интерфейс ARINC 653 .

Основные принципы

Цель ARINC 653 — определение универсального интерфейса APEX (Application/EXEcutive) между ОС и прикладным ПО в рамках интегрированной модульной авионики (integrated modular avionics, IMA). Интерфейс обеспечивает:

• Логическую среду для совместного выполнения независимо созданных приложений
• Разделение приложений (partitions) для сдерживания ошибок
• Инкапсуляцию данных, контекста выполнения и атрибутов конфигурации в пределах partition

Ключевая задача — реализация концепции изоляции согласно DO-248C и CAST-32A , включающей:

Надежное разделение ресурсов:

• Защита областей хранения кода, данных и ввода-вывода между partitions
• Контроль потребления выделенных ресурсов
• Изоляция аппаратных сбоев в пределах partition

Надежное разделение времени:

• На одноядерных CPU: соблюдение лимитов времени выполнения
• На многоядерных CPU: минимизация временной интерференции между partitions

Сервисы и механизмы

Интерфейс APEX обеспечивает временное и пространственное разделение ресурсов, где единицей планирования является partition. Спецификация предоставляет сервисы:

• Управление: partition management, time management, process management
• Взаимодействие: interpartition communication, intrapartition communication
• Планирование: partition scheduling, process scheduling
• Мониторинг состояния и обработка ошибок (уровни: process, partition, модуль)

Применимость

Хотя ARINC 653 разработан для авионики, он подходит для любых систем, требующих:

• API-сервисы изоляции
• Совместное выполнение приложений с разными уровнями безопасности
• Гарантированное распределение ресурсов на целевом оборудовании

Презентация