泛在操作系统实践与展望研究报告.pdf
《泛在操作系统实践与展望研究报告.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《泛在操作系统实践与展望研究报告.pdf(82页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2022 年8月泛在操作系统实践与展望研究报告北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院编委会EDITORIAL BOARD编写组支持组(按姓氏首字母)泛在操作系统实践与展望研究报告2022北京大学:赵俊峰、郭耀、王亚沙、曹东刚、张颖腾讯(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、王旻、王鹏、王强、吴朋阳、肖娜、肖坦、谢良、徐一平、袁媛、张敏翀、张小可、赵明君储旻宇、窦淼磊、何志超、黄亚如、李赟、梁鹏、刘燕、马晓芳、孙巧志、塔娜、滕一帆、王
2、成、王刚、曾雨晨、周政华北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院推荐序当今世界正在经历一场大范围、深层次的科技革命和产业变革。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“魂”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
3、为计算机系统中最关键的系统软件,其重要性不言而喻。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,千亿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(Ubiquitous Operating System,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。围绕泛在操作系统概
4、念,北京大学软件团队从学术视角开展了系列研究和实践工作,并取得了初步进展。与此同时,通过与产业界合作,我们看到腾讯、海尔等一批企业在物联网、云计算、智慧城市、智慧交通、智慧建筑、智能家居等领域的新型操作系统研发上也开展了积极探索和实践,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撰写了本报告,希望融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、智慧交通、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,分析泛在计算场景下的操作系统所面临的各项问题与挑战,厘清泛在操作系统的内涵
5、与外延,更好地帮助大家认识泛在操作系统的本质,共同推进泛在操作系统的发展。泛在操作系统实践与展望研究报告2022北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院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围,力争形成更大的生态聚合效应,促进我国操作系
6、统事业的持续创新发展。中国计算机学会理事长壬寅年季夏于北京泛在操作系统实践与展望研究报告2022北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院推荐序网络信息产业中,芯片被比喻为心脏,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,提出要加快推进基础理论、基础算法等研发突破与迭代应用。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,之后持续迭代,2019年更名为TencentOS Server,2020年发布了TencentOS Server3版
7、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(TencentOS Server服务器操作系统)、TE(Ten-centOS Edge边缘计算操作系统)和TT(TencentOS Tiny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OS布局。在持续不断的技术和产品创新过程中,我们也希望
8、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组织开展的泛在操作系统实践与展望研究课题,共同探讨了泛在操作系统的内涵、分类、特征、相互关系以及未来发展建议等,希望此份研究报告能为大家提供一些参考借鉴。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-tOS Server内核和TencentOS Tiny开源,并将后者捐赠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OpenCloudOS操作系统社区,旨在推动从源社区(L1)、商业版本(L2)到衍生稳定版本(L
9、3)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TencentOS Edge开源,并会同泛在操作系统实践与展望研究报告2022北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院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。郭振宇腾讯云副总裁2022年6月24日泛在操作系统实践与展望研究报告2022北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院推荐序国家“十四五”规划纲要将数字化转型列入重点发展方向,党的十九大报告提出了建设交通强
10、国的战略部署,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、人车路智联的智慧交通“生命体”。智慧交通是一个产业链条长、体量庞大的巨型产业,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统,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
11、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浸后,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月发布了智慧交通操作系统OneOS,力求为海、陆、空、铁等智慧交通建设提供中枢支撑。智慧交通建设是持续推进的过程,OneOS也需要在
12、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操作系统理念。有幸在过去几个月,我们团队参与了泛在操作系统实践与展望报告编撰,在沉淀过去几年OneOS探索、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未来迭代进化提供非常有益的指引。泛在操作系统实践与展望研究报告2022北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院期待未来能与学术界专家们以及我们的用户有更多探讨研究,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
13、,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,共同书写新时代智慧交通新篇章。施雪松腾讯智慧交通副总裁2022年6月24日泛在操作系统实践与展望研究报告2022北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院泛在操作系统实践与展望研究报告目录CONTENTS引言0101泛在操作系统的理论体系2.1 操作系统的定义和特征 2.2 从操作系统到泛在操作系统 2.3 泛在操作系统的内涵与外延 2.4 泛在操作系统的发展驱动力及价值2.5 泛在操作系统的研究思想及理论方法 04050608091002泛在操作系统的
14、体系框架3.1 泛在操作系统的研究现状 3.2 泛在操作系统的体系结构 3.3 泛在操作系统的分类及关系 1516171903国内外相关产品和实践4.1 基础平台类 4.1.1 桌面操作系统 4.1.2 移动智能终端操作系统 4.1.3 服务器操作系统 4.1.4 嵌入式及物联网操作系统4.1.5 云操作系统20212123242838042022北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院泛在操作系统实践与展望研究报告发展趋势与建议参考文献5.1 发展挑战分析5.2 技术发展趋势5.2 若干思考与建议64656668
15、71054.2 应用场景类4.2.1 智慧城市操作系统4.2.2 智慧交通操作系统4.2.3 智慧建筑操作系统464750582022北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院01引言北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院当前,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
16、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。为了实现人机物融合泛在计算,我们既要面临“云管边端物”乃至“人”的海量异构资源尤其是各种泛在化的“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,向上凝练沉淀应用共性;向下管理调度海量异构资源,向上提供支撑应用开发和运行的编程接口。本质上,这就是操作系统的求解问题思路,具体到面向人机物融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最为关键的一层系统软件,是计算系统的核
17、心,也是信息产业生态的核心。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。随着互联网向人类社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,融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,大多数探索都还仅仅是针对
18、特定场景、部分需求进行泛在操作系统的实践,总体而言,泛在操作系统尚处于初期探索成型阶段。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、定义泛在操作系统的概念框架、梳理若干泛在操作系统实践案例、分析泛在操作系统未来发展趋势与面临挑战。本报告共分为5个章节,之后的章节安排如下,第二章介绍泛在操作系统的理论体系,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
19、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。第五章发展泛在操作系统实践与展望研究报告202201.引言02北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院趋势与面临的挑战,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。泛在操作系统实践与展望研究报告202201.引言03北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大
20、学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院04泛在操作系统的理论体系北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院操作系统是计算机系统中最为关键的一层系统软件。按照中国计算机科学技术百科全书的定义,“操作系统是管理硬件资源、控制程序运行、改善人机界面和为应用软件提供支持的一种系统软件”。简言之,操作系统的主要功能是:向下管理资源(包括存储、外设和计算等资源),向上为用户和应用程序提供公共服务。结构上,操作系统大致可划分为三个层次,分别是人机接口、系统调用和资源管理。人机接口负责提供操作系统对外服务、与人进行交互的功能,从最简单的
21、命令行操作,到早期Unix系统上采用的传统shell,进而到Windows等现代操作系统中采用的GUI(图形用户界面)窗口系统,人机接口不断向易用性和用户友好发展。资源管理指的是对各种底层资源进行管理,存储、外设和计算单元等都是操作系统管理的对象,随着计算机系统的发展,新的软硬件资源不断出现,操作系统的资源管理功能也越来越庞大和复杂。系统调用是位于人机接口和资源管理之间的一个层次,提供从人机接口到资源管理功能的系统调用功能。自1956年第一个实际可用的操作系统GM-NAA I/O诞生以来,操作系统已经发展了近70年,从早期的面向单机的操作系统发展主线,到后来对网络和基于网络的并行、分布计算提供
22、更好支持的发展辅线,操作系统面向计算机硬件的迅速发展,以更好、更高效地管理硬件资源并充分发挥硬件资源所提供的计算能力;同时,面向新的应用需求和用户需求,沉淀应用领域共性,提供更便利、易用的人机交互和应用支撑。回顾操作系统发展的历史,从主机计算时代(20世纪6080年代)的IBM OS/360、DEC VMS和UNIX,个人计算时代(20世纪80年代2000年)的微软Windows和开源Linux,到移动计算时代(20002020年)的谷歌Android和苹果iOS,这些各自时代的代表性操作系统引领了各自领域的操作系统生态。回顾操作系统的发展历史,可以看到,从不同的视角,操作系统呈现不同的功用:
23、从计算机系统的视角来看,操作系统是一个资源管理器。通过管理和协调对各种底层软硬件资源的使用,发挥底层软硬件资源所提供的计算能力。同时通过硬件驱动程序来桥接异构硬件资源,提高系统的互操作性。从系统使用者的视角来看,操作系统是一台虚拟机。一方面提供对底层资源细节的抽象,另一方面为使用者提供更方便易用的用户界面。对于软件开发人员来说,操作系统虚拟机还决定了其面对的编程模型。泛在操作系统实践与展望研究报告202202.泛在操作系统的理论体系052.1 操作系统的定义和特征北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院北京大学&腾讯研究院 从应用软件
24、的视角来看,操作系统是软件的开发和运行平台。操作系统为应用软件的开发和运行提供各种必要的支撑,包括:应用软件的运行环境及其框架设施,应用软件运行所需资源及其调度和管理,以及应用软件开发和维护的若干工具。随着互联网的快速发展,操作系统面向的计算环境在从单机、局域网平台向互联网平台延伸,如图2.2-1所示,“网络就是计算机”(The Network is the Computer)、“互联网作为计算机”(Internet as a Computer)等概念应运而生,出现了“软件即服务”(Software as a Service)等新型应用模式;为了更好地对不同的互联网计算与应用模式提供支持,以及
25、管理和利用互联网平台上庞大的计算资源和数据资源,出现了面向新型互联网应用、基于单机操作系统的网络化操作系统。操作系统的任务重心从解决如何提升计算资源的利用率,到如何为不同的领域应用与用户需求提供交互界面与应用模式的定制与优化,进而到如何提供通用的网络相关功能以支撑网络应用软件的运行和开发。近年来,随着移动互联网和物联网的迅速发展,计算模式和软件应用都在逐步演化为更加复杂和动态的形式。在新的计算模式和应用场景中,除了传统的计算设备(“机”)和新兴的物联网设备、物理实体(“物”),还逐渐融入了一种新的重要元素,即“人”的参与,从而形成人机物三元融2.2 从操作系统到泛在操作系统泛在操作系统实践与展
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 操作系统 实践 展望 研究 报告
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【宇***】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【宇***】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。