近日，OSCHINA 和 Gitee 联合发布了。
其中 “前沿开源技术领域解读” 部分，多位在其领域有所建树的一线开发者和开源商业化公司创始人，对目前国内外流行的前沿开源技术领域过去的发展和未来的趋势进行了深入的洞察，覆盖开源云原生、开源 AI、开源大前端、开源大数据、开源 DevOps、RISC-V、开源操作系统、开源数据库、编程语言九大领域。
本篇为开源操作系统领域的解读。
今年开源操作系统领域，发生了两件大事：CentOS 停服，Ubuntu 断供俄罗斯。前者使得国产操作系统厂商站出来承接 CentOS 生态延续与技术兜底的需求，后者引发国内开发者对开源操作系统供应链安全的担忧，发起建立自主开源根社区。借此机会，国产操作系统领域开始有了更深、更广的尝试。回到操作系统本身，实时异构、多样性算力、全场景支持、云原生，什么才是下一代操作系统的刚需？随着摩尔定律的放缓，近些年来异构计算备受瞩目，最典型的莫过于苹果的 M1/M2 处理器。在 M1/M2 之前，处理器主要以 CPU 作为计算中心，现在则更多地以 CPU + XPU（GPU，NPU，MCU，DSP等等）协同的方式工作，以解决一些专有细分领域的问题。比如在 AI 计算领域，卷积运算是最常用的方法，并且是以大规模并行机制进行。如果采用传统的 CPU 计算方式，虽然可以选择单核或有限核的高主频方式，但其性能依然不足以和数百甚至上千的并行单元相比拟，而通过专用架构单元的方式，可以做到对一些场景的极致追求。Chiplet 架构的出现，也势必让这种架构成为更大的可能。在 CPU + XPU 组合中，XPU 更面向专用目的，XPU 上的软件系统也不需要一套完全通用性的操作系统。在一些实时控制的场合，它更需要一个精简、高效的 RTOS 系统。例如 CEVA 公司推出的 DSP 架构就可以通过硬件和软件密切配合的方式达到极致的实时性。因为 CEVA 的 DSP 架构是本地设计的，以支持 RTOS 功能和超快上下文切换，用 CEVA DSP 和 RT-Thread RTOS 实现的物联网设备可以处理不同资源之间的许多通信任务，而不会为此中断 RTOS。在国内，一些大家熟悉的芯片厂商也在向这个方向发展：瑞芯微 RK3568 芯片上的多核 ARM A55 处理器 ，采用了 Linux + RT-Thread 异构方案；全志 V853 芯片，采用了 ARM Linux + RISC-V Melis 方案，其中 Melis 操作系统内核基于 RT-Thread。异构系统间的交互很是关键，系统之间并不是完全独立的，而是相互无缝融合，甚至是一个分布式系统。当考虑到 Linux 这样一个通用系统和 RTOS 配合时，一套基于 virtio 方式的消息框架 rpmsg（Remote Processor Messaging）也随之流行起来。rpmsg 定义了异构多核处理系统中核与核之间进行通信时所使用的标准二进制接口。TI 和 Google 等公司早在 2011 的时候发起了 rpmsg，之后逐步演变成 Linux 上一套标准的异构系统间的通讯标准。2021 年，RT-Thread 也和中科院软件所一起合作，推进 RISC-V 上的 OpenAMP、rpmsg 工作，希望推动在 RISC-V 芯片架构上系列的基础软件工作。在这方面，RT-Thread 也在和国内开放的 OpenEuler 社区一起紧密合作，在 2022 年底的时候提供更好的异构开源系统方案给到产业界，能够更好地用于工控、电力、机器人、能源等工业相关行业。2022 是极特殊的一年，我们看到开源界出现了社区版停服、商业版断供的一些情况。全球开发者都在寻找相关替代方案。Project Lenix 更名为 AlmaLinux ，CentOS 的原始创始人 Gregory Kurtzer 领导创始了 Rocky Linux，两者均迅速推出社区版本。同时，国内 OpenEuler、OpenAnolis、OpenCloudOS 等社区也纷纷出现。经过测试，上述社区从版本上与 CentOS 都具备不同程度兼容，个别的应用不兼容也可以通过 docker 实现兼容。而欧拉等社区已经不再满足国外产品的再发行版，包的选择和维护走上了独立路线。这些根社区的出现从一定程度缓解了社区停服的技术难题。但从应用趋势来看，很多大型商业应用是需要大量迁移适配和现场服务的，纯粹开源社区在商业化服务上就较难实现。于是国内现在也出现了像银河麒麟这样融合根社区技术的商业发行版本。对标技术上，国内的商业版实现了内核同源构建，外来非法代码主动防御等新技术，还突破了显示虚拟化技术，国际上首次实现基于 virtio-GPU 的 H264/H265 的硬件编解码功能，并使虚机基准显示性能大幅提升。这些商业版做出了自己的特色，更加符合中国市场的应用环境。同时，企业也积极将自身的技术提升以代码形式反馈给上游社区，例如华为对 Linux 5.1 内核的贡献跃居第一，OpenStack 多个版本麒麟软件贡献度全球第三。根社区作为近两年在中国出现的开源新趋势，无论是社区发展还是应用趋势都获得了高速增长。开放麒麟积极推动桌面根社区建设，中国根社区正在逐步构架国际开源贡献力。未来随着中国数字经济发展，会更广泛地吸引开源技术、生态、用户的聚集，承担更多的产业平台和技术来源角色。操作系统作为信息产业之魂，不论从信息安全角度还是从产业发展权的角度，都需要掌握在自己手中。虽然开源操作系统在一定程度上解决了我国操作系统发展的问题，但并不意味着开源就无国界、绝对安全，要想避免受制于人，还需要掌握开源操作系统的发展权、社区主导权。2022 年 4 月，Ubuntu 开发商 Canonical 发布公告称，他们已终止为俄罗斯企业提供支持和专业服务，并终止与俄罗斯企业进行渠道合作的伙伴关系。Ubuntu 停服事件再次证明，中国的操作系统不能依托 Ubuntu 等商业厂商控制的发行版，而应该从 Linux 内核、其他开源项目、自研项目组件开始，面向桌面应用场景，构建一个全新操作系统架构和开源社区。从技术能力和规模上看，中国主要 Linux 操作系统公司的研发人员规模已经超过 Ubuntu、SUSE，位居全球前三。因此，中国已经具备建设桌面操作系统根社区的天时、地利、人和。根社区是指从 Linux kernel 和其他开源组件来构建产品，不依赖上游发行版，采用开源社区运行模式，有大量的外部个人贡献者与企业参与贡献，可衍生出不同分支或下游社区，并且与各开源组件社区沟通畅通的操作系统社区。建立根社区不仅可以解决我国操作系统产业的发展不可控、无法建立社区主导权的问题，又可以培养产业人才，为国内的开发者提供平台，集中我国广大开发者的力量，借此走出国门，在国际上形成影响力。深度操作系统（deepin）自 2015 年开始，就放弃基于 Ubuntu 作为上游，而选择了 Ubuntu 的非商业上游社区 Debian 作为研发的基础，提前做了未雨绸缪的考虑和准备。如果说操作系统是一颗大树，那么生态就是操作系统的枝叶，枝繁叶茂才是大树生长好的证明。国产操作系统发展的最终目标应该是平台由国人设计和开发，并且能发展出强大的自有生态，最终实现技术体系自主创新。而当前国产操作系统的软件生态主要来源于开源软件、兼容支持软件、跨平台软件等，基于国产操作系统新开发的比例微乎其微，发展国产操作系统开发平台和自有生态势在必行。算力增长缓慢是目前信息产业面临的重要挑战。在后摩尔定律时代，产业界也提出了领域专用架构（Domain Specific Architecture, DSA）来应对大数据、人工智能领域对算力增长的需要。而云计算的业务形态，使其可以将底层异构芯片的算力进行抽象， 让用户更方便地使用异构芯片和 DSA 架构。操作系统是支持芯片最为基础的系统软件，对于优化算力起着十分重要的作用。2022 年全球操作系统市场格局稳定，微软借助 Azure 不断增加公共云的市场份额，红帽除了 RHEL 的大本营之外，也在 openshift 等领域投入重兵，操作系统+云协同趋势越来越明显。2023 年，操作系统领域最值得关注的技术趋势是“云原生”。操作系统作为企业 IT 架构中承上启下的交通枢纽，可以通过建立统一的基于 K8s 的云原生操作系统，屏蔽底层一系列异构的、混合的资源，来进行统一管理，包括业务的负载、数据库、大数据、机器学习、基础中间件等等。云原生操作系统可以帮助企业用户将整套技术构建在社区开源技术之上，不被单一厂商绑定，更灵活地切换云环境，提高资源利用率和弹性。云原生操作系统要落地各行各业还面临着一些挑战。首先是兼容性，兼顾传统业务应用与云原生应用，让用户不会顾此失彼。其次是安全可靠，尤其对于中国云计算厂商来说，更有效地掌握云计算核心技术，保证云原生操作系统关键技术可追溯的是重中之重。最后是生态建设，云计算的发展依靠的是持续壮大的生态，而云原生操作系统又发挥着承上启下的作用，特别是要与上下游的软硬件进行适配，即以操作系统为核心，连接从芯片到硬件系统再到各种应用软件的完整生态，进而推动整个云产业链的国产化，惠普于民。当前国内的云原生赛道上已经有不少兼具技术实力和产业影响力的厂商，比如统信软件打造了一款云原生操作系统，又叫“统信有燕”或“USwift”，龙蜥社区面向云时代打造了下一代龙蜥操作系统——Anolis OS 23和龙蜥云原生套件ACNS（Anolis Cloud Native Suite），二者组合即是面向行业云原生业务场景的落地方案。随着全球数字化转型的加速，数字经济成为社会发展的主引擎。数字孪生的进展使得数字基础设施——操作系统对于多样性算力的支持成为普遍需求，云、管、边、端数字全场景的打通成为刚需。一颗芯片一个操作系统，一个场景一个软烟囱，已经不再适合。例如 X86 一个操作系统，ARM 又是另一个操作系统，如果芯片种类是 N，操作系统种类是 M，应用种类是 Q，对于客户来说就是 “N x M x Q” 种组合。如何选择，如何适配，如何测试，如何维护，都是问题和挑战。还有，数据中心用一种操作系统（一般是服务器操作系统），管道用一种操作系统（一般是嵌入式操作系统），应用要面向多场景重复开发，多次编译，适配验证。产业对操作系统技术发展提出新的挑战，需要操作系统实现多样性算力、全场景支持，使能数字世界全场景无缝协同。能否一个操作系统即支持 X86，也支持 ARM，还能支持 RISC-V，对多种指令集都支持？能否一个操作系统既可以部署在数据中心，又能部署在边缘和嵌入式设备上？这对操作系统的技术架构、构建体系、API 管理都提出了新的挑战。是挑战也是机会，这需要操作系统产业共同创新。我们欣喜地看到数据中心操作系统厂商已经在向边缘和嵌入式发展，扩展了支持的场景，例如 openEuler、RedHat；也看到原来的嵌入式操作系统厂商在向边缘操作系统发展，也在扩展支持的场景，例如 VxWorks、openEuler；还看到不同的芯片指令集在 Linux 内核被支持，除了 X86、ARM，Linux Kernel 也支持了 LongArch 等指令集；开始出现支持操作系统多场景构建的新技术平台的尝试。中国在开源操作系统领域开始有了更深、更广的尝试，但全球影响力、领导力还有很大差距。令人欣喜的是，中国对开源的认知以及对全球开源的贡献，正在悄然发生深层次的蜕变。过去几年正在从使用开源到参与开源，再到现在的贡献开源、甚至部分主导开源，向世界贡献中国智慧。随着物联网浪潮席卷全球，物联网操作系统的发展需求实现了大爆发。作为物联网产业链的核心，各大厂商纷纷自主研发物联网操作系统，并且在实时内核、分布式架构、互联互通等核心技术领域已取得阶段性突破，在工业、交通、消费电子等领域也已取得一定规模的应用。目前，面对需求复杂且高速增长的物联网市场，物联网操作系统选择在特定领域进行迭代和细分，如通用系统中的弹性伸缩、灵活剪裁等能力在面对设备多样、功能多样的环境下的灵活性优势得以发挥；定制化宏内核操作系统在工业场景中逐渐满足复杂设备对系统高性能的要求。物联网时代设备数量大幅增加、用户对服务和体验的要求迅速提高的现状，在软、硬件双层面对物联网基础设施的安全可靠、协同发展提出了更高的要求。针对需求、设备、网络、接口多样的物联网碎片化环境，越来越多的厂商开始拥抱开源，通过积极发展开源生态，构建开源社区，外部开发者和自有能力碰撞出了许多精彩的火花。2022 年，开源物联网操作系统如 FreeRTOS、OneOS、RT-Thread 等，在上述几个方面，包括可用性、统一性和可靠性的能力进一步增强。新发布的开源 AWS IoT 队列预置插件在简化软/硬件配置流程方面进行了尝试；蜂窝接口库等工具的相继更新，使网络 API 简洁化、标准化，初步解决网络环境多样、软件 API 不统一的问题；MPU 隔离保护、内核态访问空间与用户态访问空间的隔离、关键数据区禁止篡改、代码段保护等技术都提高了系统的安全性和可靠性。https://gitee.com/report/china-open-source-2022/---END---
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