Projeto: OrionOS - Um Sistema Operacional Minimalista Baseado em NFS

Introdução

O OrionOS é um conceito de sistema operacional diskless (sem disco) que carrega seu ambiente diretamente via rede, utilizando PXE boot e NFS como tecnologias principais. Ele permite que máquinas na rede operem sem armazenamento local, oferecendo um ambiente resiliente, modular e escalável. O OrionOS se propõe a redefinir a arquitetura de sistemas operacionais distribuídos, permitindo que qualquer nó na rede possa ser rapidamente provisionado e integrado ao cluster sem necessidade de configuração manual.

Diferentemente de distribuições tradicionais, o OrionOS está sendo desenvolvido do zero, utilizando a metodologia Linux From Scratch (LFS), garantindo um controle absoluto sobre cada componente do sistema, permitindo otimizações profundas e um design arquitetural altamente especializado para ambientes diskless e distribuídos.

Objetivos do Sistema

O OrionOS foi concebido com as seguintes finalidades:

• Failover e Resiliência: Permitir que múltiplos servidores rodem a mesma aplicação sem depender de armazenamento local, garantindo continuidade de serviços em caso de falhas.
• Infraestrutura Escalável: Novos servidores podem ser adicionados instantaneamente sem necessidade de instalação manual ou pré-configuração.
• Gerenciamento Unificado: Um único ponto de controle para todas as instâncias do sistema operacional, facilitando atualizações e manutenção.
• Flexibilidade Arquitetural: Permite a criação de clusters de computação distribuída, balanceamento de carga automatizado e distribuição de workloads dinâmicos.
• Simplicidade e Controle Total: Como estamos desenvolvendo do zero, podemos evitar dependências desnecessárias e criar um sistema enxuto e eficiente.

Construção Baseada em Linux From Scratch (LFS)

O OrionOS será desenvolvido do zero, sem depender de distribuições prontas como Debian ou CentOS. Utilizaremos Linux From Scratch (LFS) como base para construir um sistema totalmente modular, adaptado às necessidades específicas de um ambiente NFS diskless.

1. Construção do Sistema Base

• Compilação do Kernel: O kernel do OrionOS será compilado manualmente a partir do código-fonte, incluindo apenas os módulos necessários para operar via PXE/NFS.
• Sistema de Init: O OrionOS utilizará um init system leve, possivelmente baseado em runit ou OpenRC, eliminando dependências pesadas como systemd.
• Gerenciamento de Pacotes: Como o sistema será mantido em NFS, um gerenciador de pacotes minimalista será implementado para facilitar atualizações remotas e controle de versões.
• Libc e Compilador: Será utilizado musl libc ou glibc otimizado, além de um toolchain próprio baseado no GCC para garantir total compatibilidade com nosso kernel customizado.

2. Otimizações para Boot PXE

• Bootloader PXE: O OrionOS carregará via syslinux/iPXE, permitindo a inicialização sem disco rígido.
• Montagem Inicial via Initrd: Um initrd mínimo será carregado via PXE para montar o NFS root.
• Otimizações para Redução de Latência: O boot será otimizado para minimizar tempo de carregamento, priorizando caching de arquivos críticos e paralelização de inicialização.

3. Personalização do Filesystem

Como todo o OrionOS rodará via NFS, o gerenciamento do filesystem deve ser altamente otimizado:

• OverlayFS para suporte a gravação temporária
• Cache agressivo de leitura para reduzir acessos desnecessários ao servidor
• Sincronização inteligente entre os clientes para minimizar impacto na rede
• Implementação de um sistema de logs centralizado via NFS para análise e depuração global

Arquitetura do OrionOS

1. Camada do Kernel

O OrionOS terá um kernel customizado compilado especificamente para execução via NFS, eliminando código desnecessário e implementando otimizações para comunicação em rede e gerenciamento de arquivos remotos.

• Implementação do suporte a NFS no Kernel: O OrionOS não apenas suporta NFS no espaço de usuário, mas integra diretamente chamadas de sistema otimizadas para comunicação eficiente com servidores NFS.
• Gerenciamento de Memória e Caching: Algoritmos avançados de cache são utilizados para reduzir a dependência de acessos diretos ao servidor NFS, utilizando técnicas como lazy loading e speculative fetching para prever quais blocos serão acessados com base no comportamento dos processos.
• Módulos para Tolerância a Falhas: O kernel do OrionOS é capaz de monitorar falhas no NFS e alternar dinamicamente para um nó secundário, sem interrupção perceptível dos processos em execução.

2. Servidor Central

O OrionOS possui um servidor central, que é responsável por armazenar o sistema operacional e disponibilizá-lo para os clientes via NFS e TFTP/PXE. Esse servidor pode ser redundante para evitar pontos únicos de falha e pode armazenar múltiplas versões do sistema, permitindo boot condicional baseado em políticas de rede.

3. Nós de Processamento (Clientes Diskless)

Os nós clientes do OrionOS não possuem disco rígido e carregam todo o sistema via NFS. Eles podem ser servidores de aplicação, workers de cluster, máquinas de failover ou qualquer outro tipo de nó distribuído. O kernel do OrionOS é otimizado para esse modelo de operação, minimizando acessos à rede sempre que possível.

4. Gerenciamento de Failover e Balanceamento

A arquitetura do OrionOS permite o uso de múltiplas abordagens para garantir alta disponibilidade e recuperação automática:

• Keepalived + VRRP
• Orquestração via Kubernetes/Docker Swarm
• Replicação e Armazenamento Distribuído
• Failover Automático Baseado em Latência de Rede