峰會回顧第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 | 李萍萍

嘉賓簡介

蔣金虎，復(fù)旦大學(xué)大數(shù)據(jù)研究院高級工程師，曾任江南計算技術(shù)研究所操作系統(tǒng)室主任。研究方向為高性能計算、操作系統(tǒng)和并行存儲等。作為項目負(fù)責(zé)人承擔(dān)國家多個重大專項子課題、科技支撐課題和863課題等，負(fù)責(zé)和參與的多個項目獲省部級科技進步一等獎。

內(nèi)容來源

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

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，使越來越多不同類型的應(yīng)用能夠同時在多核平臺上進行高效的并行計算。但多核處理器的核數(shù)迅速增長、結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，同樣使操作系統(tǒng)在設(shè)計與優(yōu)化上面臨巨大挑戰(zhàn)。復(fù)旦大學(xué)大數(shù)據(jù)研究院高級工程師蔣金虎在第一屆OpenHarmony技術(shù)峰會上介紹了當(dāng)前復(fù)旦大學(xué)OpenHarmony技術(shù)俱樂部的工作進展以及多內(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)俱樂部

復(fù)旦大學(xué)OpenHarmony技術(shù)俱樂部指導(dǎo)單位為復(fù)旦大學(xué)團委，依托單位為復(fù)旦大學(xué)大數(shù)據(jù)研究院，支撐單位為計算機科學(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月實體化獨立運行，由鄔江興院士擔(dān)任院長，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)、智能存儲系統(tǒng)、功能驗證與芯片設(shè)計、已有軟件生態(tài)無縫遷移等細(xì)分領(lǐng)域。并先后承擔(dān)國家重點研發(fā)、科技支撐、核高基和上海市重點項目等項目10余項以及多項自然科學(xué)基金項目，連續(xù)發(fā)表了多篇訂刊論文，并獲得了多項國家級獎項，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，復(fù)旦大學(xué)OpenHarmony技術(shù)俱樂部將會有10+老師和50+學(xué)生團隊持續(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)報告和科研交流系列活動：舉辦技術(shù)報告、科研交流等系列線上線下活動，通過社區(qū)技術(shù)專家與復(fù)旦大學(xué)師生的互動交流，進一步吸引更多的社區(qū)開發(fā)者；（3）組織和參與國內(nèi)高水平競賽：組織和參與國內(nèi)高水平的學(xué)科競賽、技術(shù)競賽、挑戰(zhàn)賽（互聯(lián)網(wǎng)+、挑戰(zhàn)杯），在復(fù)旦大學(xué)校內(nèi)識別優(yōu)秀創(chuàng)新項目、創(chuàng)新人才。

02?

多內(nèi)核操作系統(tǒng)研究

目前，計算應(yīng)用領(lǐng)域正在由傳統(tǒng)計算向移動計算、端云協(xié)同以及泛在計算不斷發(fā)展演進，針對未來計算系統(tǒng)的研究需考慮到其硬件多樣、場景復(fù)雜以及高安全等特征。硬件趨于多樣后，目前操作系統(tǒng)無法靈活定制和適配，無法發(fā)揮異構(gòu)硬件特性，導(dǎo)致資源競爭加??；場景趨于復(fù)雜后，目前操作系統(tǒng)內(nèi)核屬性單一，在多場景中表現(xiàn)不佳，且多種場景隔離不徹底；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)安全被動防御問題?；谏鲜鲇嬎銘?yīng)用領(lǐng)域痛點，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景以及高安全且強隔離。

未來計算系統(tǒng)特點

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隊在多內(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)、資源虛擬化以實現(xiàn)對泛在硬件多樣化的高效適配以及復(fù)雜場景的多內(nèi)核屬性支持與強隔離；（2）內(nèi)核間交互：研究核間豐富通信和快速、準(zhǔn)確和高效的共識機制以實現(xiàn)操作系統(tǒng)內(nèi)生安全屬性支持；（3）原型系統(tǒng)和驗證：面向典型場景進行驗證和評估,檢驗研究內(nèi)容的正確性和有效性，并指導(dǎo)關(guān)鍵技術(shù)改進和優(yōu)化。其中，在多內(nèi)核架構(gòu)研究方面的相關(guān)工作有：對多種操作系統(tǒng)的架構(gòu)和運行相關(guān)機制分析，研究了構(gòu)建支持同種內(nèi)核的系統(tǒng)架構(gòu)，并設(shè)計了支持不同內(nèi)核的操作系統(tǒng)多內(nèi)核架構(gòu)。

團隊相關(guān)領(lǐng)域研究進展

目前，蔣金虎研究員所在團隊已經(jīng)在多內(nèi)核系統(tǒng)架構(gòu)研究和設(shè)計、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展。多內(nèi)核系統(tǒng)架構(gòu)研究和設(shè)計方面，支持同種多個內(nèi)核啟動和運行，支持內(nèi)核動態(tài)加載，內(nèi)核資源可配置，且支持16個內(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。

多內(nèi)核架構(gòu)

后續(xù)，蔣金虎研究員所在團隊還會進一步在（1）核間通信：內(nèi)核級和應(yīng)用級通信機制、同步和異步通信機制以及共享內(nèi)存和消息的通信機制；（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機制；（3）共識機制：內(nèi)核的可共識機制的分析、基于多內(nèi)核共識機制和優(yōu)化以及構(gòu)建可靠服務(wù)驗證共識機制等方向繼續(xù)研究工作。

03?

總結(jié)

OpenHarmony和OpenHarmony高校技術(shù)俱樂部是一個溝通的紐帶，能夠很好地促進開發(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)俱樂部這個重要平臺，多內(nèi)核操作系統(tǒng)研究能夠在OpenHarmony開源技術(shù)生態(tài)上做出越來越多的貢獻。

E N D

審核編輯 黃宇