峰會(huì)回顧第19期 | 多內(nèi)核操作系統(tǒng)研究

演講嘉賓 | 蔣金虎

回顧整理 | 廖 濤

排版校對(duì) | 李萍萍

嘉賓簡(jiǎn)介

蔣金虎，復(fù)旦大學(xué)大數(shù)據(jù)研究院高級(jí)工程師，曾任江南計(jì)算技術(shù)研究所操作系統(tǒng)室主任。研究方向?yàn)楦咝阅苡?jì)算、操作系統(tǒng)和并行存儲(chǔ)等。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人承擔(dān)國(guó)家多個(gè)重大專項(xiàng)子課題、科技支撐課題和863課題等，負(fù)責(zé)和參與的多個(gè)項(xiàng)目獲省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

內(nèi)容來(lái)源

第一屆開放原子開源基金會(huì)OpenHarmony技術(shù)峰會(huì)——OpenHarmony高校技術(shù)俱樂(lè)部分論壇

視頻回顧

正 文 內(nèi) 容

多核處理器的出現(xiàn)大大提升了系統(tǒng)并行處理能力，使越來(lái)越多不同類型的應(yīng)用能夠同時(shí)在多核平臺(tái)上進(jìn)行高效的并行計(jì)算。但多核處理器的核數(shù)迅速增長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，同樣使操作系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與優(yōu)化上面臨巨大挑戰(zhàn)。復(fù)旦大學(xué)大數(shù)據(jù)研究院高級(jí)工程師蔣金虎在第一屆OpenHarmony技術(shù)峰會(huì)上介紹了當(dāng)前復(fù)旦大學(xué)OpenHarmony技術(shù)俱樂(lè)部的工作進(jìn)展以及多內(nèi)核操作系統(tǒng)相關(guān)研究成果。

01?

復(fù)旦大學(xué)OpenHarmony技術(shù)俱樂(lè)部

復(fù)旦大學(xué)OpenHarmony技術(shù)俱樂(lè)部指導(dǎo)單位為復(fù)旦大學(xué)團(tuán)委，依托單位為復(fù)旦大學(xué)大數(shù)據(jù)研究院，支撐單位為計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院、軟件學(xué)院、大數(shù)據(jù)學(xué)院、信息科學(xué)與工程學(xué)院以及微電子學(xué)院等。其中，復(fù)旦大學(xué)大數(shù)據(jù)研究院于2015年10月成立，并于2020年11月實(shí)體化獨(dú)立運(yùn)行，由鄔江興院士擔(dān)任院長(zhǎng)，20名院士擔(dān)任兼職教授、10名院士擔(dān)任兼職博士生導(dǎo)師。大數(shù)據(jù)研究院的基礎(chǔ)系統(tǒng)軟件研究所主要開展系統(tǒng)軟件、軟硬件協(xié)同和編譯優(yōu)化等科研方向的工作，包括多內(nèi)核操作系統(tǒng)、智能存儲(chǔ)系統(tǒng)、功能驗(yàn)證與芯片設(shè)計(jì)、已有軟件生態(tài)無(wú)縫遷移等細(xì)分領(lǐng)域。并先后承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)、科技支撐、核高基和上海市重點(diǎn)項(xiàng)目等項(xiàng)目10余項(xiàng)以及多項(xiàng)自然科學(xué)基金項(xiàng)目，連續(xù)發(fā)表了多篇訂刊論文，并獲得了多項(xiàng)國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，與華為、阿里、江南所等有密切合作。

大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)系統(tǒng)軟件研究所相關(guān)研究方向

未來(lái)，復(fù)旦大學(xué)OpenHarmony技術(shù)俱樂(lè)部將會(huì)有10+老師和50+學(xué)生團(tuán)隊(duì)持續(xù)投入?yún)⑴c，并逐步承擔(dān)以下3方面工作：（1）承接OpenHarmony課題：如技術(shù)挑戰(zhàn)課題、社區(qū)任務(wù)課題、學(xué)術(shù)科研課題等，激勵(lì)復(fù)旦大學(xué)師生開展OpenHarmony技術(shù)研究和創(chuàng)新探索；（2）舉辦技術(shù)報(bào)告和科研交流系列活動(dòng)：舉辦技術(shù)報(bào)告、科研交流等系列線上線下活動(dòng)，通過(guò)社區(qū)技術(shù)專家與復(fù)旦大學(xué)師生的互動(dòng)交流，進(jìn)一步吸引更多的社區(qū)開發(fā)者；（3）組織和參與國(guó)內(nèi)高水平競(jìng)賽：組織和參與國(guó)內(nèi)高水平的學(xué)科競(jìng)賽、技術(shù)競(jìng)賽、挑戰(zhàn)賽（互聯(lián)網(wǎng)+、挑戰(zhàn)杯），在復(fù)旦大學(xué)校內(nèi)識(shí)別優(yōu)秀創(chuàng)新項(xiàng)目、創(chuàng)新人才。

02?

多內(nèi)核操作系統(tǒng)研究

目前，計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域正在由傳統(tǒng)計(jì)算向移動(dòng)計(jì)算、端云協(xié)同以及泛在計(jì)算不斷發(fā)展演進(jìn)，針對(duì)未來(lái)計(jì)算系統(tǒng)的研究需考慮到其硬件多樣、場(chǎng)景復(fù)雜以及高安全等特征。硬件趨于多樣后，目前操作系統(tǒng)無(wú)法靈活定制和適配，無(wú)法發(fā)揮異構(gòu)硬件特性，導(dǎo)致資源競(jìng)爭(zhēng)加?。粓?chǎng)景趨于復(fù)雜后，目前操作系統(tǒng)內(nèi)核屬性單一，在多場(chǎng)景中表現(xiàn)不佳，且多種場(chǎng)景隔離不徹底；安全趨于高標(biāo)準(zhǔn)后，目前操作系統(tǒng)內(nèi)核缺乏內(nèi)生安全能力，導(dǎo)致功能安全難以保障和網(wǎng)絡(luò)安全被動(dòng)防御問(wèn)題?；谏鲜鲇?jì)算應(yīng)用領(lǐng)域痛點(diǎn)，多內(nèi)核操作系統(tǒng)的研究目標(biāo)主要為易定制且高彈性，使操作系統(tǒng)可以靈活適配部署；具備多屬性且適用多場(chǎng)景以及高安全且強(qiáng)隔離。

未來(lái)計(jì)算系統(tǒng)特點(diǎn)

2009年至今，Barrelfish、Fos、Mckernel、Popcorn Linux、HermitCore以及NrOS等操作系統(tǒng)陸續(xù)發(fā)布，多核操作系統(tǒng)研究逐步受到工業(yè)界以及學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

Barrelfish

NrOS

蔣金虎研究員所在團(tuán)隊(duì)在多內(nèi)核架構(gòu)領(lǐng)域主要研究以下3方面內(nèi)容：（1）內(nèi)核框架：研究多內(nèi)核架構(gòu)、資源虛擬化以實(shí)現(xiàn)對(duì)泛在硬件多樣化的高效適配以及復(fù)雜場(chǎng)景的多內(nèi)核屬性支持與強(qiáng)隔離；（2）內(nèi)核間交互：研究核間豐富通信和快速、準(zhǔn)確和高效的共識(shí)機(jī)制以實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)內(nèi)生安全屬性支持；（3）原型系統(tǒng)和驗(yàn)證：面向典型場(chǎng)景進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估,檢驗(yàn)研究?jī)?nèi)容的正確性和有效性，并指導(dǎo)關(guān)鍵技術(shù)改進(jìn)和優(yōu)化。其中，在多內(nèi)核架構(gòu)研究方面的相關(guān)工作有：對(duì)多種操作系統(tǒng)的架構(gòu)和運(yùn)行相關(guān)機(jī)制分析，研究了構(gòu)建支持同種內(nèi)核的系統(tǒng)架構(gòu)，并設(shè)計(jì)了支持不同內(nèi)核的操作系統(tǒng)多內(nèi)核架構(gòu)。

團(tuán)隊(duì)相關(guān)領(lǐng)域研究進(jìn)展

目前，蔣金虎研究員所在團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在多內(nèi)核系統(tǒng)架構(gòu)研究和設(shè)計(jì)、多種內(nèi)核支持以及多種指令架構(gòu)支持等方面有一定的工作進(jìn)展。多內(nèi)核系統(tǒng)架構(gòu)研究和設(shè)計(jì)方面，支持同種多個(gè)內(nèi)核啟動(dòng)和運(yùn)行，支持內(nèi)核動(dòng)態(tài)加載，內(nèi)核資源可配置，且支持16個(gè)內(nèi)核引導(dǎo)加載；在多種內(nèi)核支持方面，已經(jīng)可以成功啟動(dòng)seL4、fiasco、zircon等多種內(nèi)核，并支持不同內(nèi)核的配置和不同內(nèi)核動(dòng)態(tài)加載；在多種指令架構(gòu)支持方面，能夠支持X86、ARM和RICS-V等多種指令架構(gòu)平臺(tái)。

多內(nèi)核架構(gòu)

后續(xù)，蔣金虎研究員所在團(tuán)隊(duì)還會(huì)進(jìn)一步在（1）核間通信：內(nèi)核級(jí)和應(yīng)用級(jí)通信機(jī)制、同步和異步通信機(jī)制以及共享內(nèi)存和消息的通信機(jī)制；（2）資源虛擬化：設(shè)備I/O空間和設(shè)備數(shù)據(jù)空間的映射、資源虛擬化的管理和配置、多種通路展開分離和整合以及虛擬化服務(wù)的Qos機(jī)制；（3）共識(shí)機(jī)制：內(nèi)核的可共識(shí)機(jī)制的分析、基于多內(nèi)核共識(shí)機(jī)制和優(yōu)化以及構(gòu)建可靠服務(wù)驗(yàn)證共識(shí)機(jī)制等方向繼續(xù)研究工作。

03?

總結(jié)

OpenHarmony和OpenHarmony高校技術(shù)俱樂(lè)部是一個(gè)溝通的紐帶，能夠很好地促進(jìn)開發(fā)者與高校師生的技術(shù)交流，也期待借助復(fù)旦大學(xué)OpenHarmony技術(shù)俱樂(lè)部這個(gè)重要平臺(tái)，多內(nèi)核操作系統(tǒng)研究能夠在OpenHarmony開源技術(shù)生態(tài)上做出越來(lái)越多的貢獻(xiàn)。

E N D

審核編輯 黃宇