泛在操作系统实践与展望研究报告

省北京大学 讯研究院 MODEL:428 68/68 泛在操作系统研究 实践与展望报告 研究院 2022年8月 延在理作系统实及与图量研究按查 EDITORIAL编写组 022 BOARD 编委会 （1x北京大学： 赵俊峰、郭耀、王亚沙、曹东刚、张颖额 腾讯（按姓氏首字母）： 侯杰、黄朝晖、李力、李瑞龙、李永韬、梁肖、刘琼、 鲁静、刘莫闲、牟蕾、宋扬、孙傲冰、陶松桥、 汪礼超、王佳、王曼、王鹏、王强、吴朋阳、 北京大学肖坦&、腾谢讯良、研徐一平、袁媛、张数费、 张小可、赵明君 支持组 (按姓氏首字母） 储灵宇/窦淼磊、何志超、黄亚如、李發、梁鹏、 刘燕》马晓芳、孙巧志、塔娜、藤一帆、王成、王刚、曾雨晨、周政华 举讯研究院 推荐序 当今世界正在经历一场大范围、深层次的科技革部和产业变革。互联网、大数据、人工智能。物联网等新一代信息技术的发展开启了信息化的新阶段，信息技术开始从助力社会经济发展的辅 助工具向引领社会经济发展的核心引擎转变，数字经济作为继农业经济、工业经济之后的主要经 济形态，正处于成型展开期，数字化转型已成为人类社会发展的必然选择。在这样的时代背景下，软件作为信息技术之“端”将“无处不在”成为信息社会的重要基础设施，“软件定义一切”正成 为重要技术趋势！操作系统作为计算机系统中量关链的系统软件，其重要性不言而响。 从操作系统的发展来看，随着互联网向人类社会和物理世界的全方位延伸，以及云计算、大数据、人工智能等新技术的兴起，各种新型应用模式和新的应用场景的出现，操作系统相关技术面临许多挑战和变革，操作系统概念开始泛化，以向下屏蔽管理异构资源，向上凝练沉淀应用共性为目标，催生了系列新型操作系统。随着人机物融合泛在计算时代的到来，干亿规模的各类泛在 物联终端和新型的泛在计算模式的出现，泛在操作系统（UbiquitousOperatingSystem，Uos)） 应运而生 当前，泛在操作系统概念尚未形成广泛共识，泛在操作系统技术仍然面临诸多挑战。国绕泛在 操作系统概念，北京大学软件团队从学术视角开展了累列研究和实践工作，并取得了初步进展。与此同时，通过与产业界合作，我们着到腾讯、海尔等一批企业在物联同、云计算、智慧城市、智慧交通、智慧理筑、智能家居等领域的新型操作系统研发上也开展了积极探系和实践，为不同行业用户 在数字化转型中提供了重要的系统软件平台支撑，这些实践与泛在操作系统理念高度契合，为此，北京大学与腾讯研究院合作携写了本报告，希壁合北京大学在泛在操作系统方面的理论和技术研究基础与腾讯公司在云计算、智熏交通、智慧城市等领域泛在操作系统研制的工程实践经 验，梳理操作系统发展历程，分析泛在计算场量下的操作系统所面临的客项问题与挑战，理满泛在 操作系统的内涵与外延，史好地帮助大认识泛在操作系统的本质，共同推进泛在操作系统的发展 逐在理作系续实发与图量研究按查 022 本研究报告主要包括泛在操作系统的理论体系与发展历程、泛在操作系统概念的内涵与外延 探讨、泛在操作系统的参考架构与价值体现、泛在操作系统的实践案例与典型应用、以及泛在操作系统面临挑战与发展趋势等部分。我也期待本报告能够吸引更多“产学研用”各界感兴趣的同 仁，共同加入这项意义重大的研究与实践工作。通过协同创新，共同营造协同攻关氛因，力争形成 更大的生态聚合效应，促进我国操作系统事业的持续创新发展。 中国计算机学会理事长王寅年季夏于北京 举讯研究院 泛在煤作系规实发与原量研究按查 推荐序 网络信息产业中，芯片被比喻为心胜，操作系统被认为是计算机的灵魂。国家“十四五"规划纲要将操作系统列为关键数字技术之一，提出要加快准进基础理论、基础算法等研发突破与选代应用。 我们于2009年启动了操作系统研发与运营支持。2010年我们完成了tlinux第一个版本，之后 持续选代，2019年更名为TencentOsServer，2020年发布了TencentoSServer3版本十余年时 间，我们研发的操作系统安装量从0增长到了当前近1000万节点级别，有效的保障了腾讯海量业务的稳定高效运行。 当前，在万物互联、数实融合的发展趋势下，操作系统需要向下适配多元化硬件，向上支撑多样化产品，并支持实现人和设备、设备和设备、设备和服务的连接生态。为此，腾讯自主研发的 TencentOS系列操作系统也在不断升级，TS（TencentOSServer服务器操作系统），TE（TencentOSEdge边缘计算操作系统）和TT（TencentOSTiny物联网操作系统）分别针对云数据中心、 边缘、物联网提供基于业务场景化的全栈O5布局： 在持续不断的技术和产品创新过程中，我们也希望能与行业内的操作系统开发者、研究者、使用者一起，共同致力于我国操作系统产业的发展，因此，我们深入参与了北京大学与腾讯研究院 征、相互关系以及未来发展注议等，希望此份研究报告能为大家提供一些参考借监， 作为一家大型科技公司，自主创新和开放合作是我们长期坚持的道路，2020年，腾讯将Tencen- tO5Server内核和TencentOSTimy开源，并将后者捐急给了开放原子开源基金会；2021年腾讯和近50 家企业/机构共建OpenCloudO漂作系统社区，营在推动从源社区(L1）、商业版本(L2)到衍生稳定 版本（L3）的全链路国产化服务器操作系统生态建设；未来我们也会将TencentO5Edge开源，并会同 滕讯研究院 延在理作服统实及与图量研究按查 产业链上下游合作伙伴，持续为开源社区和行业发展贡献自己的力量。 022 北京大学&腾讯研究院 滕讯研究院 郭振宇 腾讯云副总裁 2022年6月24日 逆在理作感组实发与8量研究按查 推荐序 围家“十四五”观划纳要将数字化转型列人重点发展方向，党的十九大告提出了建设交迪 X 强国的战略路部署，为我国交通发展描绘了蓝图，也为建设新时代智慧交通指明了方向。当前，海陆、空、铁等多种交通方式正在由相对独立发展向更加注重一体化融合发展转变，这就需要在泛在先进的交通信息基础设施支撑下，实现交通基础设施网、运输服务网、能源网与信息网络的融合，构建以人为中心、人车路智联的普慧交通“生命体”。 智慧交通是一个产业链条长、体量鹿大的巨型产业，在一体化融合发展中涉及数量众多的复 杂业务系统互联互通。例如，地铁的系统通常涉及几十种自动化系统，包括电力系统、信号系统、新风系统、空调、电梯、安检等，都是要求非常高的自动化系，也是原本相互隔离的系统，如何实现各系统集约高效的融合、多渠道数据全局有序的共享、新业务需求敏捷灵活的响应，成为智慧 轨交建设的关键。腾讯通过和广州地铁共同努力，双方开创性的构建了智慧轨交操作系统一一穗腾OS，向下连通各类轨交基础设施和系统，向上支撑丰富轨交应用场景的快速构建和运行。郑州地铁遭遇百年不遇水漫后，广州地铁只用两周就上线了防洪抗涝的一套系统。 这种系统不仅仅可以运用在轨道交通上，还能够在机场、交通枢纽、高速公路等复杂场景进行复制，为此，腾讯进一步强化了对各类交通基础资源的接入能力、以及对不同应用场景的构件化构建能力，于2021年11月发布了智慧交通探作系统0neO5，力求为海，陆、空、铁等智慧交通建 设提供中枢支择。 智燕交通建设是持续推进的过程，DneO5也需要在实践中不断完善，在此过程中，我欣喜的发现OneOS非常契合梅宏院士提出的泛在探作系统理念，有幸在过去几个月，我们团队参与了 双泛在操作系统实践与展型》报告辑挑，在提过去几年OneDS探累、实践的同时，也进一步深化了对泛在操作系统理论体系的认知，我相信，这将为OneOS未来送代进化提供非常有益的 指引。 延在理作服继实及与图量研究按查 期待未来能与学术界专家们以及我们的用户有更多深讨研究，也期待能与行业合作伙伴持续共建智慧交通操作系统生态。本着建设“以人为中心“智慧交通的美好愿景，腾讯将继续做好交通产业升级的共建者，与产业链生态合作伙伴一起，共同书写新时代雷慧交通新篇章。 施雪松 腾讯智慧交通副总裁 2022年6月24日 逐在理作系统实及与图量研究按查 CONTENTS 目录 研究院 01引言01 02泛在操作系统的理论体系04 2.1操作系统的定义和特征05 2.2从操作系统到泛在操作系统06 2.3泛在操作系统的内涵与外延08 2.4.泛在操作系统的发展驱动力及价值09 2.5//泛在操作系统✁研究思想及理论方法10 03泛在操作系统的体系框架15 3.1泛在操作系统的研究现状16 3.2泛在操作系统的体系结构17 3.3泛在操作系统的分类及关系19 04国内外相关产品和实践20 4.1基础平台类21 4.1.1桌面操作系统21 4.1.2移动智能终端操作系统23 4.1.3服务器操作系统24 4.1.4✁入式及物联网操作系统28 4.1.5云操作系统38 举讯研究院 逐在理作系统实及与图量研究按查 4.2应用场景类46 4.2.1智慧城市操作系统47 4.2.2智慧交通操作系统50 4.2.3智慧建筑操作系统 讯研究院58 05发展趋势与建议64 5.1发展挑战分析65 5.2技术发展趋势66 5.2若干思考与建议68 参考文献71 北京大学&腾 举讯研究院 R 01 泛在操作系统实疫与展量研究查 当前，信息技术发展正在进入人机物（人类社会、信息空间与物理世界）融合泛在计算的新时代，以“软件定义一切、万物均需互联、一切皆可编程"为目标，追求“万物数字化”，数字化、网络化和智能化融合发展成为信息化新阶段的新态势。 人机物融合泛在计算，既是计算发展的一个新时代，也是计算呈现的一种新模式。为了实现人 "端"资源的有效高效管理需求，又要面临应用需求变化频繁、应用场景动态多变的复杂的计算环境。从软件的视角来看需要构建一个软件平台：向下屏蔽被管资源的异构性和复杂性，向上凝 上，这就是操作系统的求释问瑟思路，具体到面向人机物鞋合的泛在计算与应用，需要构建面向不同领域的多场景的多样性泛在操作系统， 操作系统是计算机系统中量为关键的一层系统款件，是计算系统的核心，也是信总产业生态的核心。正是操作系统的出现，才使得计算机从早期的专用专属走向如今的通用大众，并带来计算机应用的繁荣发展。随着互联网向人类杜会和物理世界的全方位延伸，人类社会、信息空间、物理 世界的深度融合的泛在计算时代正在开启，胆合了人机物的各类资源，呈现海量、异质、异构、自主等特性新场景正在形成，所需管理的资源复杂度呈指数级增加，因此构建一个对下管理各类泛在 设施（包括各类物理资源、数字资源等）、对上支撑各类场景的数字化与智能化应用的泛在操作系统已经成为了发展趋势，当前已有不少关于“泛在操作系统“的实践探索，但是，面临复杂多样的 应用模式、领域需求、多变环境和海量资源，大多数探案都还仅仅是针对特定场景、部分需求进行 乏在操作系统的实践，总体而言，泛在操作系统尚处于初期探案成型阶段，为此，本报告期望能够在梳理目前国内外学术界、产业界对于泛在操作系统的认识、研究与实践基础上，厘清泛在操作系统的定义与内涵，并参考目前的业界实践以及国内外泛在操作系统的已有研究与实践，剖析泛在 操作系统的内涵与外延、定义泛在探作系统的概念框架、梳理若干泛在操作系统实践案例、分析 泛在操作累统未来发展趋势与面临挑战。 222 本报告共分为5个章节，之后的章节安排如下，第二章介绍泛在摄作系统的理论体系，阐述操 作系统的定义和特征，并论述从操作系统到泛在操作系统的演进过程，泛在操作系统的研究现 状，以及软件定义思想及其理论方法。第三章从泛在操作系统概念的提出和发展，介绍相关概念并提出参考架构。第四章梳理目前面向不同应用场景的泛在操作系统的实践与应用。第五章发展 02 还在理作服线实段与围量研究按查2022 趋势与面临的挑战，介绍未来泛在操作系统发展呈现的趋势，以及面临的挑战，并从技术研究者、产品研发者、运维管理者、用户等多个视角对泛在操作系统的建设发展给出建议。 举讯研究院 03 迁在挥作要实题与属望研究损告 02 泛在操作