梅宏院士：操作系統變遷有20年週期律，泛在計算是一片新藍海

文 丨 梅宏  中國科學院院士

信息技術發展正在進入人機物融合泛在計算的新時代，軟件定義世界、萬物均需互聯、一切皆可編程將是這個時代的基本特徵。就我國而言，建設數字中國、發展數字經濟已成為社會經濟發展的主旋律，數字化轉型、網絡化重構、智能化提升正在推進和引領各行各業的深度信息化。新時代帶來新需求和新挑戰，操作系統技術和產業既迎來了發展的新機遇，又面臨着創新的系列新挑戰。在這樣的背景下，希望能夠匯聚產業界各方力量，共同探討操作系統技術和產業發展的新趨勢、新模式和新生態。

**回顧操作系統過去近70年的歷史，存在主輔兩條發展軌道，**主線是面向單機的操作系統的發展，其主要目的是面向計算機硬件的發展，提供更好、更高效的硬件資源管理能力，同時面向新的應用需求和用户需求，沉澱應用領域共性，提供更便利易用的人機交互。隨着網絡技術的發展，計算機不再是孤立的計算單元，而是要經常通過網絡與其他計算機進行通信和協作。為此，在單機操作系統發展主線之外，對網絡和基於網絡的並行、分佈計算提供更好的支持就成為操作系統發展的一條重要輔線，中間件、網絡操作系統等概念也就圍繞這條線索誕生。然而，無論是哪條發展軌道，其共同之目標都是提供一個“向下管理好各種各類資源，向上支撐好各行各業應用”的系統軟件平台，而且我們還看到，兩條發展軌道一直存在相互借鑑、相互交迭的合一趨勢，操作系統概念也一直在擴展和泛化中，出現了互聯網操作系統（Internet Operating System）、雲計算操作系統（Cloud Operating System）、機器人操作系統（Robot Operating System）、物聯網操作系統、基於瀏覽器Web OS、智慧城市操作系統（Urban OS）、家庭操作系統（Home OS）等新概念。

如果考察操作系統幾十年來發展的重要事件及其時間節點，我們不難發現，操作系統的重大變遷似乎存在一個20年週期律，即每20年出現一次跨越式發展機遇，誕生新一代操作系統。從大型主機操作系統，到個人計算機操作系統，再到移動終端操作系統，各領風騷20年。計算機產業有一個“貝爾定律”，説的是計算設備約每10年完成一次升級換代，設備數和用户數均增加一個數量級（10倍），催生新型應用，成為新的藍海。這也進而推動了操作系統的升級換代和新型操作系統的誕生，進而形成新的操作系統生態。當然，20年律並不是説，原來的操作系統生態就此消亡，讓位於新型操作系統，而是新舊生態並存，但新生態在數量規模上卻是一到兩個數量級的擴張。在這個發展過程中，也出現了一個有趣的現象：每代操作系統形成規模、佔領市場後，尚無在原賽道上後發趕超的先例；原賽道霸主也很難在新型操作系統領域延續成功和輝煌；新的生態霸主均無一不想通過“農村包圍城市”的路徑“回攻”原有生態，如Windows Server已佔據70%以上的服務器市場。

考察操作系統發展的現狀和主要態勢，在傳統大型主機和超級計算機領域，依然是Unix及Linux一枝獨秀，在桌面個人計算領域，Windows形成壟斷，在過去近二十年發展起來的智能終端設備上，基本上被Android和蘋果兩大生態瓜分。**當前，人機物融合泛在計算的新時代正在開啓，萬物互聯、軟件定義無疑將帶來新需求、新藍海，當然，也會帶來新挑戰，是否又將可能催生一個新型操作系統生態發展的新20年？**這是可以期待的態勢，也是值得努力的方向！

從國家安全和產業安全的視角，追求核心關鍵技術領域的自主可控一直是我們努力的目標。操作系統和CPU是計算機系統的核心，也是產業生態的核心，更是信息時代安全的基石，無疑屬於核心關鍵技術領域。“缺芯少魂”一直是我國信息技術和產業發展的心頭之痛！過去十餘年，國內不少企業在傳統賽道上，以替代為目標，付出了不懈的努力，推出了系列自主可控的操作系統，應該説成就是巨大的。但是，囿於構建生態的困難，要進入良性發展依然面臨巨大的挑戰。我認為，在核心關鍵技術領域追求基於自主可控的替代是應該堅持的目標，也是必須要堅守的戰場。另一方面，面對新時代的新藍海，我們也需要抓住機遇，加快佈局，把握和遵循操作系統技術發展的基本規律，圍繞人機物融合的泛在計算模式和環境，研究和開發新型操作系統技術及系統，構建新型操作系統生態，通過追求創新發展和卓越引領，建立自主可控的技術體系，避免在新一輪發展週期中出現面向“新藍海”的“缺芯少魂”。

**何為泛在計算？計算無處不在、無跡可尋！**要支持人機物融合的泛在計算，我們將面臨“雲管邊端物”乃至“人”的海量異構資源的管理需求，我們也將面臨需求、形態多樣的新型應用的共性凝練，還將面臨應用需求變化頻繁、應用場景動態多變的複雜環境，因此，我們需要新的、支持按需靈活定製的軟件平台！要實現這樣的軟件平台，遵循“基礎資源虛擬化”和“管理任務可編程”技術本質的軟件定義方法就成為不二選擇。基於這樣的認知以及我們團隊過去在面向互聯網計算的網構軟件和網構操作系統方面的研究和實踐，2018年，我提出了泛在操作系統(Ubiquitous operating systems, UOS) 概念，認為，新一代泛在計算模式和場景需要新的、多樣性的操作系統，面向不同的計算設備、不同的計算系統、或不同的應用模式和場景，需要構建不同的UOS；UOS是傳統操作系統概念的泛化與延伸，其形態呈現為面向單個計算節點的操作系統、或運行在節點操作系統之上的網絡層操作系統、或二者的結合；“軟件定義”將是實現UOS的基本方法學和技術途徑。當前，圍繞UOS概念，我們已經針對工業物聯領域，在學術界開展了系列研究和實踐工作，並取得了初步進展。加強和產業界的緊密合作，將是我們下一階段的目標。我期待也歡迎產業界感興趣的企業或工程師，加入並支持這項工作。

經過多年的努力和持續的演進，國內發展操作系統的環境氛圍已經具備，依託國家信息技術創新的發展機遇，建立了穩定的用户羣體，正在穩步實現市場的良性循環。然而，我們還是應該清醒地認識到，我國的操作系統領域無論從基礎研究、技術研發、產品開發和應用、以及人才隊伍等方面，距離國際先進水平依然存在較大差距。具體表現在基礎研究投入不足，核心技術創新不足，高端人才供應不足，跟隨式發展導致路徑相對單一，競爭式發展導致缺乏統一標準。中國操作系統發展，需要加強“產學研用”協同創新，改變“小而散”的現狀，營造協同攻關氛圍，力爭形成生態聚合效應。

在當前形勢下，對於我國操作系統領域的未來發展，分享幾點認識和期望：

一、產業發展，生態先行。需要廣泛匯聚芯片、整機、操作系統、行業應用和服務商共同參與，形成一個協同創新技術生態，一方面加快操作系統與不同芯片架構和應用軟件的適配，另一方面通過全棧優化、架構整合、軟硬件協同來提升整體競爭力。

二、應用導向，試點先行。新時代帶來新應用，需要各個行業領域面向新場景、新需求給予操作系統技術創新和應用試點的空間，共同營造鼓勵新思想、新概念，有利於創新並寬容“失敗”的發展環境。

三、創新模式，開源先行。軟件開源、硬件開放已成為不可逆的趨勢，需要從傳統的封閉開發模式轉變為開源開發模式，聚集企業、高校和個人的力量，協同推進操作系統技術的迭代創新。當前，國內對開源的重視正達到前所未有的高度，以至於開源社區和平台建設開始出現一定的無序競爭態勢。我以為，這是違背開源“貢獻為先”的基本精神的，長此以往，也勢必帶來資源的浪費。加快建設中國的開源生態，更好地支持本土開發者的特色需求，如中文交流、無時差、行業特定需求等，無疑是必要的，但是同時仍需秉承“開放、分享、合作、共建”的開源精神，堅持國際合作與開放，共同打造全球化的開源生態。2016年，我曾通過科學院學部給上級部門上過一個關於開源的諮詢報告，這裏我想再分享一下我對推動我國軟件開源的認識，即“參與融入、蓄勢引領”，鼓勵企業“參與融入”國際成熟開源社區，爭取話語權；匯聚國內軟件資源和開源人才，打造自主開源生態，伺機實現引領發展。

四、支撐研發，人才先行。需要加強操作系統研發人才培養體系建設，做好教材和課程建設，打牢系統軟件人才培養的基礎；發揮國家科研項目和評價體系的引導作用，鼓勵更多的高校科研選題聚焦系統軟件；深化產教融合、校企合作，加快高校科研到企業產品化的成果轉換。

五、產權保護，“嚴”字先行。我國軟件產業還處於產業鏈的中低端的一個重要原因，是全社會對軟件知識產權保護的認識和手段嚴重缺失。需加強軟件知識產權保護的宣傳，加強各個領域、各種形態、各種應用場景下的軟件技術知識產權保護方法和措施研究以及法規制定，完善健全軟件知識產權保護體系並建立嚴格的實施機制，切實保護軟件技術和應用創新。

我們深知，建立一個完整的基礎軟件生態體系是一項艱鉅性、長期性的任務，我國操作系統產業經過十幾年探索，進步長足，但仍處起步階段。目標是明確的，道路是崎嶇的。希望我們戮力同心，開放合作，協同創新，尊重規律，尊重市場，在全球化的大背景下，共同譜寫中國軟件發展最難寫、最壯麗的新篇章。

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