中国操作系统技术产业发展报告（2023年）

—1— 参编人 徐恩庆中国信息通信研究院云计算与大数据研究所政企数字化转型部主任何川中国信息通信研究院云计算与大数据研究所高级业务主管 姬海南中国信息通信研究院云计算与大数据研究所政企数字化转型部业务主管高岩中国信息通信研究院云计算与大数据研究所政企数字化转型部助理工程师罗欧中国通信标准化协会TC608业务数字化工作组副组长 胡炜航中国通信标准化协会TC608业务数字化工作组组员 前言 随着数字化时代的迅猛发展，操作系统作为数字经济基石的作用日益凸显。《数字中国建设整体布局规划》提出，要强化数字中国关键能力。一是构筑自立自强的数字技术创新体系，加强企业主导的产学研深度融合，二是筑牢可信可控的数字安全屏障，完善网络安全法律法规和政策体系。近年来，我国操作系统产业发展进一步成熟，从“可用”到“好用”转变，从关键环节到全产业链转变，多行业应用场景不断拓展。与此同时，也存在影响行业高质量发展的一些风险，需产业各方协同配合解决。 在此背景下，企业数字化发展共建共享平台与中国通信标准化协会云计算标准和开源推进委员会联合相关企业编制形成《中国操作系统技术产业发展报告（2023年）》。 本研究报告以桌面操作系统和服务器操作系统为主线，从技术产业生态三方面多线并行，多维度探讨了我国操作系统产业的发展状况。同时，报告针对行业发展中的关键问题提出一些建议，结合现有形势展望了我国操作系统产业的发展机遇。 目录 一、行业概况1 (一)操作系统概述1 (二)全球市场概况2 (三)政策环境4 (四)发展必要性与机遇6 二、我国操作系统产业技术发展7 (一)操作系统典型共性技术介绍7 (二)操作系统典型核心技术介绍11 (三)操作系统技术规范15 (四)开源助力技术发展16 (五)潜在问题18 三、我国操作系统产业市场分析23 (一)桌面端操作系统市场分析23 (二)服务器操作系统市场分析27 (三)潜在问题30 四、我国操作系统生态模式33 (一)典型生态系统33 (二)产业发展方向35 (三)潜在发展问题37 五、建议与展望38 (一)产学结合，增强行业发展内生动力38 (二)多措并举，推动生态产业良性互动39 (三)场景融合，衍生操作系统创新形态40 (四)服务出海，建设国际一流产业质量40 图目录 图1基础软硬件架构1 图2全球主要操作系统用户数变化情况2 图3主流PC端操作系统市场规模变化情况3 图42019~2022年全球服务器操作系统市场份额占比情况4 图5可信桌面操作系统技术规范16 图6可信服务器操作系统技术规范16 图7按代码提交次数排名的活跃贡献者情况20 图8按代码修改行数排名的活跃贡献者情况20 图92023年桌面操作系统市场份额23 图10桌面端Linux操作系统近四年市场趋势图24 图11我国服务器操作系统市场情况28 图122022年商业版服务器操作系统分类市场情况28 图13社区发行版开源操作系统情况32 图14围绕6.X内核的操作系统发展计划路线图36 表目录 表1国家层面相关政策5 表2各地政府相关政策6 表3开源社区与厂商协作模式一览表18 一、行业概况 (一)操作系统概述 操作系统是一个基础软件，其作用在于提供简明的交互界面与开发接口，降低底层硬件复杂度对用户的影响。一个完整的操作系统主要由用户界面（外壳）、系统调用、进程管理、存储管理、设备与网络管理、文件管理（后五者统称内核）六大模块构成。作为底层硬件与应用程序的控制器，提供应用编程接口，通过调度算法进行多用户及多任务资源分配，协调并分配硬件资源，同时管理文件、I/O设备及网络等。依据其特性、优化目标和运行环境的不同，主流操作系统在传统意义上可分为计算机（PC端、工作站、服务器）、移动端和嵌入式。此外，随着新兴技术的发展与应用，也衍生出了诸如云操作系统与物联网操作系统等新形态。 图1基础软硬件架构 来源：公开资料整理 (二)全球市场概况 目前国际主要类型操作系统市场规模增速平稳，整体呈现寡头垄断的态势。数据显示，2022年使用不同操作系统的全球用户数已超过50亿，增速为6.82%，较2021年同比提升约0.79个百分点。其中，原谷歌的Android和微软的Windows仍为行业龙头，在2022年分别拥有约23亿和16亿用户，市场规模的变化趋势反映了最近十年内用户向移动操作系统（Android和iOS）的转移，这与全球智能移动终端渗透率的增加以及日常任务中传统PC端使用的减少相一致。 来源：Statista，2023 图2全球主要操作系统用户数变化情况 1.PC端（包括台式机/平板电脑/控制台） PC端方面，操作系统通常分为Windows、MacOS、Linux等操作系统。从全球市场看，Windows凭借其深厚的市场基础和传统 Wintel软硬件生态，仍居于榜首，而MacOS、Linux及其他系统（如ChromeOS）则以各自独特的特点和优势，在市场上构成了强劲的竞争阵营。截至2023年6月底，Windows占据全球64.27%的市场份额，但同比下降10.70%。与之相反，MacOS凭借20.08%的市场份额排名第二，同比增长45.40%。ChromeOS与Linux市场份额均为3%左右，虽然占比较小，但依靠用户对稳定性和安全性的高度重视，以及在教育和低成本计算机等细分市场1中的强劲表现，同比增长率排名前列，分别为141.61%和26.64%。 来源：Statista，2023 图3主流PC端操作系统市场规模变化情况 1来源于谷歌官网 2.服务器端 服务器方面，操作系统通常分为WindowsServer、Linux（付费和非付费）、Unix等操作系统。根据数据，Linux再次成为2022年规模最大、增长最快的操作系统平台类型，市场份额在四年间增 加了9.22%。得益于其灵活性和开源优势，Linux能够有效支持云原生技术，故而在物理服务器和虚拟服务器市场都有亮眼的表现，年增长率分别为13.5%与19.3%。与此同时，WindowsServer的市场份额下降至19.12%。 来源：IDC，2023 图42019~2022年全球服务器操作系统市场份额占比情况 (三)政策环境 加快我国操作系统产业发展的政策不断涌现，推进基础软件领域创新提升。政策方面，我国始终坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑，出台一 系列相关政策指导包括操作系统在内的基础软件发展。《数字中国建设整体布局规划》、《“十四五”数字经济发展规划》、《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》等文件强调要发展关键核心技术，加强产学研深度融合，完善治理体系；《“十四五”国家信息化规划》等文件强调发展重点软件、基础软件，同时针对相关工作给出明确的关键节点。此外，各地方政府对落实国央企信息化系统的安全可信改造做出了全面努力，从政策出台和产业支持两方面促进我国操作系统产业发展，由宏观支撑向专项政策奖励过渡。 表1国家层面相关政策 发文部门 日期 文件名称 要点 《规划》强调要健全社会主 中共中央、国务院 2023.02 《数字中国建设整体布局规划》 义市场经济条件下关键核心技术攻关新型举国体制，加强企业主导的产学研深度融合。《规划》指出要以数字技术与实体经济深度融合为主线，加强数字基础设施建设， 国务院 2022.03 《“十四五”数字经济发展规划》 完善数字经济治理体系，协同推进数字产业化和产业数字化，赋能传统产业转型升级，培育新产业新业态新模式。《规划》提出要面向关键基 中央网络安全和信息化委员会 2021.12 《“十四五”国家信息化规划》 础软件、高端工业软件、云计算、大数据、信息安全、人工智能、车联网等重点领域和重大需求，加强重点软件的开发。 工业和信息化部 2021.11 《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》 《规划》强调加强操作系统总体架构设计和技术路径规划，推动芯片设计、操作系统、系统集成企业与科研院 所、高校开展操作系统关键技术联合攻关，提升操作系统与底层硬件的兼容性、与上层应用的互操作性。 财政部 2023.08 《操作系统政府采购需求标准（征求意见稿）》 对国产操作系统标准进一步规范 表2各地政府相关政策 发文部门 日期 文件名称 要点 北京市经济和信息化局 2023.05 《北京市关于加快打造信息技术应用创新产业高地的若干政策措施》 涵盖技术创新、生态建设、开源项目、行业信创解决方案、行业信创标准制定、行业信创应用推广等，并通过资金奖励、补贴、展示推广、贷款贴息等不同形式支持信创产业发展。 福州高新区政府 2023.10 《关于扶持信创产业发展壮大的措施》 扶持政策主要围绕租金补助、增产增效奖励、园区招商奖励等方面，标准高于福州高新区现行普惠型政策。 金华市人民政府办公室 2022.11 《支持信息技术应用产业发展的若干政策意见》 在充分竞争的前提下，鼓励在政府采购中积极采购信息技术应用企业所研发的产品。 来源：公开资料整理 (四)发展必要性与机遇 发展操作系统是社会需求与产业发展的必然结果。聚焦内部， 《“十四五”规划》中强调坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。放眼全球，复杂多变的国际形势体现了国家科技自立自强的重要性。大国博弈的新重心集中于前沿科技产业，而前沿技术的发展又很大程度上依赖 于基础研究能力。操作系统作为基础软件应用中最重要的一环，其应用能力关系到整个软硬件产业链的未来发展。 操作系统目前已具备突破性发展的产业机遇。一方面，近年来 我国基于“操作系统+基础硬件+生态应用”的产业生态链已初步成型，支持操作系统发展的基础硬件产业行业集中率不断提升，呈现较强的规模效应;其他生态应用产业（如数据库、中间件、集成商等）规模持续壮大，适配能力逐渐提高。结合国内需求的辅助引导，有助于协同发展，促进产业发展。另一方面，万物互联模式对操作系统提出新需求，新业务形态促使传统操作系统进行转型，以云大物工移为主的新技术及新业态促使传统操作系统向着多端互联、低功耗、模块化、高安全性等方向进化。此外，云计算、人工智能等新技术的涌现也为我国操作系统弯道超车提供了条件。 二、我国操作系统产业技术发展 (一)操作系统典型共性技术介绍 1.进程与线程管理： 进程与线程管理作为多任务处理的核心框架，是操作系统关键的组成部分。在多任务计算环境下，能否高效管理调度应用程序，是操作系统的核心能力。例如，Linux操作系统通过高效且稳定的 进程调度机制，实现了多任务的并发执行与处理。进程是操作系统分配和调度资源的基本单元，执行封装运行程序及其所需资源的任 务。线程是构成进程的更小单元，也被称为执行线索，在使用进程资源的同时，通过细分的管理单元提升程序执行的效率。 操作系统通常会采用父子进程机制来管理进程的创建与终止，从而实现多进程并行。父进程启动新程序时，将会生成新的子进程，子进程在特定任务完成后终止。此外也可以通过线程同步与进程间通信（IPC）机制来管理进线程。线程同步机制确保任务执行的有序性和数据的一致性，避免了多线程编程中常见的死锁和竞态条件问题；IPC机制则允许不同进程之间的数据共享和消息传递，用来处理复杂任务调度和协作。目前，统信软件等操作系统厂商已在桌面操作系统中实现了进程的分级调度，可以通过配置文件将后台进程优先级降低，为用户界面操作预留更多的资源。 2.内存管理： 内存管理作为操作系统的基础功能，高效调配虚拟与物理内存等系统资源。在多任务场景下，操作系统需要在不同应用间高效分配内存，从而保证系统稳定运行。虚拟内存通过地址转换机制，将 应用程序的地址空间与物理内存区分开，使得每个应用都能够享有一部分连续的内存空间，从而使系统能够运行内存占用超出物理内存大小的程序，有效提升了内存的使用效率。物理内存主要是指硬件的实际内存，通过监控物理内存的占用状况，来确定内存的分配与回收、内存页的映射以及是否需要进行内存交换或压缩等工作。所有进程在被处