導讀

本期FCS Perspective欄目，特邀上海交通大學陳海波教授的觀點分享——Embracing connected intelligence with the YuanOS architecture: one OS kit for all。該文發表在Frontiers of Computer Science期刊2024年第1期（了解原文詳情請點擊左下方“閱讀原文”）。為幫助讀者更精準地理解這篇文章，FCS特別邀請本文作者，對該文進行了翻譯，以饗讀者。

作

者

簡

介

陳海波，上海交通大學特聘教授、并行與分布式系統研究所所長，領域操作系統教育部工程研究中心主任。國家杰出青年基金獲得者、IEEE Fellow、ACM杰出科學家，曾獲陳嘉庚青年科學獎（信息技術科學）、中國青年科技獎等。曾任ACM SIGOPS ChinaSys主席、ACM SOSP 2017年大會聯席主席等。他也是OpenHarmony技術指導委員會創始主席。

Frontiers of Computer Science,2024, 18(1): 181107

https://doi.org/10.1007/s11704-023-3997-5

元OS：面向萬物智聯時代的操作系統

01

背景

操作系統需要為應用程序提供合適的硬件抽象與執行環境，因此是當今IT行業不可或缺的“基礎設施”。自操作系統在1956年首次問世以來，其已經經歷了三個主要的演變階段，分別為大型機時代、PC主導的互聯網時代，以及智能手機主導的移動互聯網時代。隨著設備智能化程度的提升（如智能穿戴、智能家居、智能車），以及跨設備的通訊協同需求日益增長，我們將迎來萬物智聯的新時代。新時代呼喚新型操作系統以滿足萬物智聯的新特征與新需求。萬物智聯時代具有以下幾點特征：

設備多樣化、交互沉浸化：萬物智聯時代，智慧互聯的設備數量預計可達數十億之多，且采用更為沉浸的交互方式，如語音、手勢、乃至視線跟蹤。

以場景為中心：萬物智聯時代，用戶更關心以場景為中心的體驗，而非單一設備的體驗。

以軟硬件生態為導向：萬物智聯時代，由于智能設備數量龐大，需要共同合作形成一個更加統一的軟硬件生態。

這些特征為操作系統帶來了巨大的挑戰。“昆蟲綱悖論”是東京大學的坂村健（Ken Sakamura）教授在分析了個性化與通用型之間的矛盾后提出的一個形象比喻，在這里用于解釋操作系統面臨的挑戰也十分合適。該理論指出地球上大約有5,000種哺乳動物（正如萬物智聯時代的智能手機、PC和服務器），而昆蟲的種類數超一百萬（正如萬物智聯時代的AIoT設備）。如果我們只看數量，昆蟲本應主宰我們的星球。而為什么昆蟲沒有主宰世界呢？這是因為哺乳動物可以更緊密的合作，正如手機與PC能夠更好的協同。而AIoT設備雖數量眾多，卻無法高效協作。究其本質是由于這些設備具有完全不同的硬件特征（如指令集、硬件資源），以及完全不同需求（如功能、性能、安全性等），這為應用開發和維護帶來了巨大的挑戰。因此，萬物智聯亟需新型操作系統這一基礎設施提供統一的生態底座，為智能設備互聯互通打下堅實根基。

02

觀點：元OS架構

為此，我們提出了元OS架構。為了給不同場景、設備提供統一的生態底座，歷史上曾經有過幾次失敗的嘗試，他們試圖使用單一操作系統來適應所有的場景，比如Workplace OS。這種過于”一刀切“的方案被證明面臨諸多挑戰，乃至于無法持續。因此，元OS架構嘗試以一種更加”寬松“的方式解決生態碎片化的問題。元OS并非提供一個單一的操作系統，而是嘗試提出一個統一的架構。該架構包含一系列操作系統組件，而這些組件可以靈活地組裝在一起，從而形成一個滿足特定場景需求的操作系統（如圖1）。元OS的核心理念是“One OS Kit For All”。

圖1：元OS架構

元OS架構雖抽象上十分簡潔，但其面臨一系列挑戰：

狀態共享：操作系統組件化實質上只是將代碼解耦，但分布在不同組件之間的狀態（State）依然需要共享以相互協同。我們目前通過明確地將狀態劃分到不同組件，并檢查不同組件之間共享的狀態來解決這個問題。

性能問題：組件解耦會造成跨組件調用以及狀態共享的性能開銷。我們提出了一種“開發時解耦，運行時聚合“的技術來解決這一問題。使得組裝后的組件可以在緊耦合的方式下運行，無需額外的機制如IPC，但同時仍然保證了隔離性與安全性。

維護問題：操作系統組件將不斷演進，這可能導致組件間接口發生改變，最終無法組裝。我們通過統一控制組件間API的定義及升級，并提供檢查工具來解決。

03

元OS的實踐：OpenHarmony

OpenHarmony是為萬物智聯時代設計的開源操作系統。OpenHarmony踐行了元OS的設計理念，因此它可以靈活運用在各種場景、各種智能設備，為萬物智聯奠定堅實基礎。OpenHarmony提供了一個開源的、統一的生態，從而實現共贏合作。為實現這一目標，OpenHarmony具有以下架構特征。

分離架構、彈性部署。OpenHarmony為多樣化的智能設備提供了組件化且彈性的架構。

無縫流轉、智能協同。OpenHarmony實現了跨設備的無縫流轉以及跨場景的無縫協同。

簡化開發、一致體驗。OpenHarmony實現了一端開發、多端部署，且保證用戶體驗一致。

OpenHarmony可以運行在海量智能硬件上，為開發者提供了更多的選擇和靈活性，實現了元OS架構的目標。OpenHarmony已經成為增長最快的開源智能設備操作系統社區，并在Gitee指數中一直保持第一的位置。此外，OpenHarmony已應用于350多種商業產品中，并適配了54種芯片，涵蓋了包括能源、航空航天、工業、金融、交通、醫療和教育在內的廣泛領域。

04

結論

在萬物智聯的時代，我們相信元OS架構可以解決“昆蟲綱悖論”問題，使得海量智能設備互聯互通、無縫協作。元OS仍然存在一系列挑戰，比如狀態共享、提供更好的性能和安全性，以及增強組件分開演進的能力。我們提供了初步的解決方案。我們希望與社區共同努力，以更系統的方式解決這些問題。

審核編輯 黃宇