泛在操作系统实践与展望研究报告

2022 年8月泛在操作系统实践与展望研究报告北京大学& 腾讯研究院腾讯研究院院北京大学& 腾讯研究院北京大学& 腾编委会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、王成、王刚、曾雨晨、周政华北京大学& 腾讯研究院腾讯研究院院北京大学& 腾讯研究院北京大学& 腾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& 腾讯研究院腾讯研究院院北京大学& 腾讯研究院北京大学& 腾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& 腾讯研究院腾讯研究院院北京大学& 腾讯研究院北京大学& 腾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（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& 腾讯研究院腾讯研究院院北京大学& 腾讯研究院北京大学& 腾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& 腾讯研究院腾讯研究院院北京大学& 腾讯研究院北京大学& 腾推荐序国家“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