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万物互联场景革命对下一代操作系统提出了哪些方面的需求?

2020年04月01日 11:10 次阅读

每到技术发展的关键节点,总会出现相配套的操作系统

回顾历史,ICT行业的发展历程中出现过一代代符合当时软硬件需求的操作系统,可以说操作系统的形态体现了历史阶段下对软硬件服务的集中承载。从大型机时代IBM的系统,到PC互联网时代的Windows、Mac以及Linuxs系统,再到移动互联网时代的AndroidiOS及WP系统,每一个大时代中往往只有少数的操作系统可以脱颖而出形成不可逆转的生态。

我们发现,在历史发展的关键节点上,往往会出现最符合当下需求的操作系统,使得ICT技术的进步可以影响到更广泛的用户群体和更广泛的应用空间。

在1984年前,基于命令行终端的操作系统限制了不懂编程语言的普通人接触个人电脑,计算机技术被在科研机构和企业级别的应用中。而在苹果(Mac OS 1.0)和微软(Windows 1.0)分别推出可视化图形操作的操作系统后,图形化界面极大的降低了普通人使用电脑的门槛,促进了个人电脑的普及。

而在移动端,2007年前后的诺基亚、 三星、索爱等头部公司的手机形态发展已经到了一种无法进步的状态。苹果并没有发明智能机,但苹果首创的iOS操作系统和电容屏交互真正定义了智能机之后的发展形态。在苹果iOS系统之后,谷歌以Android系统开源的形式广泛联合硬件开发商、软件开发商及电信运营商,抢占了除苹果外的大部分智能机市场,成为全球范围内手机及平板等硬件背后搭载最多的操作系统。可以说,适应了移动设备的安卓及iOS系统极大的促进了手机的进化,对移动互联网时代的到来有很大的贡献。而传统PC时代的操作系统霸主微软也于2010年推出了Windows Phone(简称WP)手机操作系统进行追赶,但由于在生态层面落后的太多,没有硬件厂商支持和软件生态薄弱,终究无法实现对安卓和iOS系统的追赶。

AI+云计算+5G带来的万物互联场景革命,会需要什么样的操作系统?

从本地电脑到PC互联网,再到移动互联网时代,技术的每次提升都在加强人与人之间信息交流的效率和。而5G时代的到来,很可能将彻底改变人与终端设备之间的关系。数据传输速率提升百倍,可接入的终端设备数量大大提升,以及更可靠的连接和低时延,将使得人类进入到万物互联时代。因此我们认为新技术需要下一代操作系统的出现。

同时,云计算、人工智能以及大数据等一批新技术的逐渐完善,正开始改变人机交互模式和使用场景的扩展。大数据使得海量数据得以沉淀,云计算使得海量数据的运算可以不仅仅依靠终端设备的有限算力,人工智能则通过数据积累,赋予了机器接近于人类的思考能力。

那么AI+云计算+5G对下一代操作系统提出了哪些方面的需求?

首先,这种操作系统要有多终端部署的弹性能力。万物互联时代,手机将会是最主要的交互入口,结合智能手表、耳机、眼镜等可穿戴设备作为辅助入口,汽车、大屏、音箱、摄像头及智能家居等都会不同程度的受到操作系统的覆盖,这就需要操作系统具备跨终端的部署能力。这一点需要分布式软总线及微内核来予以实现。

其次,物联网使用场景下提高了操作系统在时延及多任务处理方面的要求。在某些对交互质量要求较高的使用场景下(比如AR/VR),硬实时,低时延是必需达到的条件。

第三点,多终端互动下,安全问题比以前更突出,操作系统需要在底层确保受到网络攻击时的安全性。目前行业内认可的解决多终端安全问题的方式是微内核+可信执行环境(TEE,Trusted Execution Environment)。微内核结构将操作系统划分成小的、良好定义的模块,只有其中一个模块–微内核运行在内核态上,显著降低被攻击的可能。可信执行环境则是开辟出移动设备主处理器上的安全区域,其通过提供一个隔离的执行环境,运用形式化数学方法,达到从源头验证系统正确、无漏洞的目的。

最后,万物互联的终端设备根本无法由有限的几家厂商来提供软硬件生态,开发者及应用生态的建立对操作系统提出了新的挑战。开源是毋庸置疑的,封闭式系统开发的商业模式在移动互联时代就被推翻。下一代操作系统一定会需要远超出移动互联时代的生态协同能力。开源基金会、开源社区、技术标准、领先的编译器一个都不可少。

市场扫描,谁最有可能在下一代操作系统中占据领先

操作系统市场的竞争非常残酷,从历史数据来看,服务器端操作系统Linux占据大壁江山,微软Windows Server位居第二;PC端Windows占据80%的市场份额,MacOS几乎占据了剩余的20%;手机端Android占据76%的市场份额,iOS占据22%。无一例外的,各场景下的操作系统市场都呈现出第一名遥遥领先的形态。

根据Fuchsia中文社区信息,截止3月31日距离其发布还有38天

万物互联场景革命对下一代操作系统提出了哪些方面的需求?

下一代操作系统首先还是得看目前领先者谷歌的反应和布局。谷歌目前正致力于提供将安卓和ChromeOS合二为一的系统——Fuchsia OS。而距离Fuchsia OS 的预期发布也仅剩下38天的时间。据此前透露出来的信息,谷歌Fuchsia面向大一统的全应用领域,以 Zircon 为微内核,底层系统模块化,具备原生进程沙箱,Vulkan 图形接口,3D 桌面渲染 Scenic。截止目前,已经有索尼、三星、华为、OPPO、Vivo、夏普、ARM高通联发科、ImaginaTIon Technologies、意法半导体、小米、清华紫光展讯、GlobalEdge Software这14家手机和智能终端相关产品厂商宣布加入到Fuchsia OS生态中。

另一个值得关注的操作系统是华为于2019年8月推出的鸿蒙OS(HarmonyOS)。据华为官方称,鸿蒙OS是第一款基于微内核的全场景分布式OS,将会以开源的形式部署在华为1+8+N的万物互联战略中。该项目从2012年开始在上海交通大学规划,并于2019年完成百万部搭载有自研“鸿蒙”操作系统的手机进行了测试。另外,在2020年鸿蒙OS会实现全面开源。

从鸿蒙目前发布的架构图来看,其内核部分还是部分依赖于Linux内核和此前华为推出轻量版物联网系统LiteOS,但其也表示在之后的开发迭代中将逐渐用自己的华为微内核替代掉冗余问题严重的Linux内核,以及融合现有的物联网系统LiteOS。

鸿蒙OS发布会上提及的微内核扩展计划

在配合操作系统的生态建设上,华为的工具主要集中在华为HiAI核心驱动、华为Hilink智能家居平台以及华为快服务智慧平台Ability Gallery 上。华为作为国内对“云-管-端”全面覆盖战略执行意志最坚强的公司,全面融合的操作系统将会是其服务输出的必须载体。但究竟能发展的如何还有待时间。

苹果作为PC和移动时代市场的领先者,在物联网时代也有新的操作系统出现,比如基于iOS系统适配智能手表的watchOS,适配平板的iPadOS,以及即将于2020年发布的SiriOS。此外,苹果在智能家居领域也布局了HomeKit平台。但HomeKit相对封闭的特征也导致了在兼容数量上落后于谷歌及亚马逊,截止2019年10月,HomeKit可接入450余种设备,而谷歌及亚马逊的智能家居平台则支持上万种设备连入。但截止目前, 并没有发现关于苹果有基于物联网的统一操作系统信息。

互联网公司阿里巴巴也有一款面向多终端的物联网操作系统AliOS。其中AliOS主要面向于汽车TVPAD智能手机等对CPU运算要求较高的IoT设备,从YunOS发展而来。AliOS Things则以低功耗、低内存的特点应用于各类小型IoT设备上,支持终端设备连接到 阿里云link上。目前AliOS的最主要发力点在车载智能系统上,希望占据智能汽车时代的入口。AliOS Things 3.0也于2019年9月在云栖大会上发布,具备全新开发模式、在线裁剪工具、应用与内核分离、脚本语言支持、本地AI框架等特性。

另一家互联网巨头,腾讯也在2019年推出了其面向物联网领域开发的实时操作系统TencentOS TIny,采用精简的 RTOS 内核,内核组件可裁剪可配置,可快速移植到多种主流 MCU上,同时也帮助物联网终端设备及业务快速接入腾讯云物联网平台。根据TencentOS TIny在Github上的信息,其优势体现在小体积(RAM 0.6KB,ROM 1.8KB)、低功耗(休眠最低功耗低至2 uA )、集成主流IoT协议栈 多种通信模组SAL层适配框架、可移植性高(内核及IoT组件高度解耦,提供标准适配层 提供自动化移植工具,提升开发效率)、安全架构可靠上。

总结

万物互联时代将至未至,我们明显的感知到无论是消费电子巨头、通信巨头还是互联网巨头都在加速布局下一个时代的操作系统,这里面还有非常多面向物联网时代的操作系统在前文中没能提及(比如百度研发的基于语音交互、知识图谱的对话式AI操作系统DuerOS,以及众多存在已久的开源物联网操作系统)。

在下一个时代真正到来之前,技术的发展往往会经历徘徊,必须得承认下一代的操作系统的研发难度和生态建立过程都是充满了挑战和不确定性的。
      责任编辑:wv

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发表于 2020-03-26 08:16 105次阅读
计算机嵌入式实时操作系统的运作能力怎么提高?

VxWorks任务编程出现异常怎么处理?

在任务运行过程中,会出现一些异常的情况,导致任务不能正常运行或者对操作系统造成影响。一般来说,这些异常是由程序...
发表于 2020-03-23 07:44 95次阅读
VxWorks任务编程出现异常怎么处理?

嵌入式操作系统的适用范围有什么?

嵌入式操作系统EOS(Embedded Operating System)是一种用途广泛的系统软件,过去它主要应用于工业控制和国防系...
发表于 2020-03-20 07:16 128次阅读
嵌入式操作系统的适用范围有什么?

【战疫专题】第五期:智慧物流,疫情之中显担当

2020年,新型冠状病毒席卷了整个中国,同时也在促进着产业的变革与生活变化。 电子发烧友在此期间推出【战疫专题】活...
发表于 2020-03-18 11:00 2002次阅读
【战疫专题】第五期:智慧物流,疫情之中显担当

嵌入式操作系统怎么实现网络加载?

在复杂的应用系统中通常都需要嵌入式操作系统的支持,这样嵌入式操作系统镜像文件的尺寸往往就会变得比较大。可以选择...
发表于 2020-03-18 08:20 112次阅读
嵌入式操作系统怎么实现网络加载?

以太网数据与串行口数据之间怎么相互转换?

为使传统串口设备能够方便、快捷地接入互联网,笔者以ARM7处理器LM8962和串口扩展芯片SC28L198为核心构建嵌入...
发表于 2020-03-16 06:33 92次阅读
以太网数据与串行口数据之间怎么相互转换?

天气雷达高速数据采集系统的工作原理是什么?

Linux是开放源代码、网络化的操作系统,具有稳定、高效、内核可自由配置等特点。采用Linux 操作系统作为开发平台与采...
发表于 2020-03-09 08:31 115次阅读
天气雷达高速数据采集系统的工作原理是什么?

小熊派华为物联网操作系统LiteOS内核教程05-互斥锁

1. LiteOS的互斥锁 1.1. 互斥锁 在多任务环境下,往往存在多个任务竞争同一共享资源的应用场景,互斥锁可被用...
发表于 2020-01-19 11:02 8237次阅读
小熊派华为物联网操作系统LiteOS内核教程05-互斥锁