第二屆大會回顧第10期 | 低時延分布式共享設(shè)備研究與探索

演講嘉賓 | 杜 東

回顧整理 | 廖 濤

排版校對 | 李萍萍

嘉賓介紹

OS內(nèi)核及視窗分論壇

杜東，上海交通大學(xué)助理研究員，OpenHarmony項目群技術(shù)指導(dǎo)委員會并發(fā)與協(xié)同TSG成員，中國計算機學(xué)會CCF會員，ACM會員。研究興趣為操作系統(tǒng)與體系結(jié)構(gòu)、服務(wù)器無感知（Serverless）計算、系統(tǒng)安全。在包括ASPLOS、ISCA、OSDI、SOSP、ACM SoCC、TOCS等國際著名會議和期刊發(fā)表/錄用多篇學(xué)術(shù)論文。

視頻回顧

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正文內(nèi)容

隨著設(shè)備智能化程度的提升，以及跨設(shè)備的通訊協(xié)同需求日益增長，我們將迎來萬物智聯(lián)的新時代。分布式設(shè)備共享與協(xié)同是萬物智聯(lián)場景下操作系統(tǒng)的重要能力，如何進(jìn)一步打造更低時延分布式共享設(shè)備？上海交通大學(xué)助理研究員杜東在第二屆OpenHarmony技術(shù)大會上進(jìn)行了精彩分享。

基于分布式共享設(shè)備，OpenHarmony上的應(yīng)用可以實現(xiàn)跨設(shè)備的無縫流轉(zhuǎn)以及跨場景的無縫協(xié)同。例如，在筆記本電腦和Pad上繪畫，或者手機和筆記本電腦上玩娛樂游戲，由于這些終端設(shè)備都在一個設(shè)備池中，用戶的任意操作均可在相關(guān)設(shè)備上同步進(jìn)行，實時顯示。

相比傳統(tǒng)分布式共享內(nèi)存(DSM)等經(jīng)典技術(shù),分布式設(shè)備面臨更多挑戰(zhàn)：

關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)一：面向分布式設(shè)備場景的應(yīng)用編程抽象。

在傳統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)用基于跨設(shè)備SDK適配，如Android Cross-Device SDK: session API、iOS: Continuity camera等。這類設(shè)計不涉及硬件和內(nèi)核的修改，僅在框架層支持或提供新的應(yīng)用API，但需要修改框架和應(yīng)用。其中，框架提供系統(tǒng)服務(wù)，實現(xiàn)類似C-S模型或者代理的架構(gòu)，應(yīng)用通過框架的系統(tǒng)服務(wù)來使用其他節(jié)點上的設(shè)備。應(yīng)用基于新的API適應(yīng)遠(yuǎn)端設(shè)備，可以在框架層支持兼容。

OpenHarmony的分布式設(shè)備如何實現(xiàn)應(yīng)用無感知？在OpenHarmony的分布式設(shè)備之間，可以基于軟總線的信道交換數(shù)據(jù)，并基于Mgr控制和同步數(shù)據(jù)。此外，在內(nèi)核層面會虛擬化一個設(shè)備，并將數(shù)據(jù)上報至該虛擬設(shè)備中，則用戶可以基于該虛擬設(shè)備對遠(yuǎn)端設(shè)備直接進(jìn)行訪問和控制。

因此，基于系統(tǒng)甚至內(nèi)核能力構(gòu)建分布式共享設(shè)備體系，能夠使應(yīng)用甚至操作系統(tǒng)框架無感知，提供友好的軟件棧生態(tài)，是后續(xù)OpenHarmony技術(shù)演進(jìn)的方向之一。但如此一來，很可能帶來更加復(fù)雜的系統(tǒng)或內(nèi)核實現(xiàn)，且還需要進(jìn)一步考慮在應(yīng)用無感知的情況下如何實現(xiàn)性能提升。

關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)二：面向分布式設(shè)備場景的硬件設(shè)備管理。

在分布式設(shè)備場景中，如何高效管理各硬件設(shè)備？有3個技術(shù)路線：

（1）本地管理，多端應(yīng)用（RPC）。這種路線的軟件棧兼容性較好，容錯高，易于共享，但軟件棧復(fù)雜，性能開銷較大；

（2）跨端管理，獨占應(yīng)用。這種路線的兼容性較好，性能較高，但由于驅(qū)動分離，可靠性等挑戰(zhàn)大；

（3）設(shè)備“智能”化。這種路線較好地平衡了應(yīng)用兼容和性能，但協(xié)同性能、可靠性等存在較大挑戰(zhàn)。

因此，可靠性與安全，是分布式共享硬件下一階段的重要挑戰(zhàn)。例如，互聯(lián)的設(shè)備池中，可能出現(xiàn)設(shè)備錯誤、網(wǎng)絡(luò)斷聯(lián)等問題。驅(qū)動和設(shè)備分離后，我們的代碼能有多可靠？“惡意”設(shè)備將會變成常態(tài)，而防護(hù)會帶來顯著開銷。

關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)三：面向分布式設(shè)備場景的互聯(lián)協(xié)同。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧如TCP、UDP、HTTP等，對可靠性保障較為成熟，能夠支持多種設(shè)備和場景，但延時挑戰(zhàn)大。OpenHarmony的軟總線設(shè)計更底層，支持定制化協(xié)議，提供了多底層的通信方式。為什么說低時延是分布式設(shè)備的重要需求呢？因為端側(cè)場景的“強交互”屬性，對分布式設(shè)備時延提出了極高要求。同時，低時延、可擴(kuò)展以及安全也是互聯(lián)協(xié)同場景的主要挑戰(zhàn)與開放問題。

在萬物智聯(lián)場景中，軟硬件將同時面臨性能挑戰(zhàn)，而低時延是提升軟硬件性能的關(guān)鍵。在硬件角度，需要探索更快的互聯(lián)方式（5G及后續(xù)通信能力），通過軟硬件協(xié)同的體系結(jié)構(gòu)擴(kuò)展支撐分布式共享設(shè)備；在軟件角度，需要通過垂直整合，打通應(yīng)用框架、驅(qū)動以及內(nèi)核。

低時延的分布式共享設(shè)備為當(dāng)前萬物智聯(lián)場景下面臨的安全、性能、互聯(lián)協(xié)同等挑戰(zhàn)提供了解決方案：

（1）針對當(dāng)前并非所有的設(shè)備上都有TEE相關(guān)的硬件支持，無法基于TEE來運行一些安全敏感應(yīng)用的問題，可以基于分布式設(shè)備，構(gòu)建一個安全算力統(tǒng)一的分布式可信執(zhí)行環(huán)境，從而實現(xiàn)安全應(yīng)用的計算和數(shù)據(jù)的安全高效遷移、將分布式TEE的算力和安全內(nèi)存進(jìn)行有效整合、服務(wù)提供方的選擇對應(yīng)用無感知等能力；

（2）針對分布式異構(gòu)算力的易用性（兼容性）和性能的權(quán)衡問題，通過引入一層異構(gòu)算力設(shè)備上的分布式全局內(nèi)核層，結(jié)合遷移和進(jìn)程間通信，能夠平衡易用性和性能，且同時提供了跨設(shè)備的OS機制；

（3）針對當(dāng)前的硬件/架構(gòu)設(shè)計并不一定適合分布式設(shè)備場景的問題，基于硬件擴(kuò)展構(gòu)建分布式共享設(shè)備是一種新型的互聯(lián)方式。這種互聯(lián)方式能夠基于CXL等新型總線，使分布式設(shè)備支持更加細(xì)粒度、低時延的協(xié)同通信，但同時也需要考慮硬件依賴（兼容性）等問題。

如何基于OpenHarmony打造更低時延、更高性能、更安全的分布式共享設(shè)備，賦能萬物智聯(lián)場景，希望能跟各位同仁共同探討。

「嘉賓材料暫不分享」

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審核編輯 黃宇