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国产操作系统生态体系建设面临的机遇、挑战及建议

时间:2020-10-13 11:28作者:韩乃平 李蕾
本文导读:这是一篇关于国产操作系统生态体系建设面临的机遇、挑战及建议的文章,近年来,通过“核高基”等国家科技重大专项的支持与引导,我国操作系统不断增强自主创新能力,充分参与市场竞争,国产操作系统市场占有率大幅提升.

  摘    要: 我国信息技术产品生态体系虽已初步成型,信息技术产品可满足部分关键领域和重要信息系统最基本的应用需求,基本具备替代Wintel体系的能力.但是Windows等主流操作系统已形成较高的生态壁垒,国产操作系统产业生态链发展难度较大,生态碎片化严重等问题亟待解决.从生态建设的角度出发,对国产操作系统生态发展现状和存在的问题进行分析,并结合我国发展实际,提出推进操作系统生态建设的措施建议.

  关键词: 国产操作系统; 生态建设; 人才培养; 适配平台; 标准;

  Abstract: Although China's information technology product ecosystem has initially taken shape,it products can meet the most basic application requirements of some key fields and important information systems,and basically have the ability to replace Wintel system.However,the mainstream operating systems such as windows have formed a high ecological barrier.It is difficult for the domestic operating system industry to develop ecological chain,and the ecological fragmentation is seriously to be solved.From the perspective of ecological construction,this paper analyzes the current situation and existing problems of domestic operating system ecological development,and puts forward measures and suggestions to promote the ecological construction of operating system combined with the actual development of China.

  Keyword: domestic operating system; ecological construction; personnel training; adaptive platform; standards;

  计算生态是指以计算平台为基础,衍生出来的围绕该计算平台的芯片、整机、外设、基础软件、应用软件群落、技术人员、用户,及与之相关的教育、培训、宣传、推广等关联动作,并通过不同关联动作产生技术更新,系列产品衍生、升级,而形成的上下依赖、左右关联并良性循环的动态复合体.

  CPU和操作系统是整个信创产业的根基,操作系统在整个信息技术体系中的地位也决定了其在整个计算生态中的核心地位,而决定一个操作系统是否成功的关键性因素就是看它的生态好不好.我国信息技术产品生态体系虽已初步成型,信息技术产品可满足部分关键领域和重要信息系统最基本的应用需求,基本具备替代Windows+Intel体系的能力,但是Windows等主流操作系统已形成较高的生态壁垒、国产操作系统产业生态链发展难度较大、生态碎片化严重等问题仍亟待解决.因此我国操作系统生态建设之路任重而道远.

  1 、国产操作系统生态体系建设面临的机遇

  1.1、 国家发展战略营造了良好的国产操作系统生态体系建设的生长环境

  近年来,通过“核高基”等国家科技重大专项的支持与引导,我国操作系统不断增强自主创新能力,充分参与市场竞争,国产操作系统市场占有率大幅提升.2018年以来,受“华为、中兴事件”影响,我国上游核心技术受制于人的现状对我国经济发展提出了严峻考验.在全球产业从工业经济向数字经济升级的关键时期,中国明确了“数字中国”建设战略,抢占数字经济产业链制高点.中国IT产业从基础硬件-基础软件-行业应用软件迎来国产替代潮.
 

国产操作系统生态体系建设面临的机遇、挑战及建议
 

  国家通过发展信创产业构建自己的IT产业标准和生态,使得IT产品和技术安全可控,摆脱对美国IT标准的依赖.国产操作系统应用的领域正在逐步拓展,金关、金税、金安等十二金工程以及金融、能源、交通等一系列关键基础设施都开始进行部分国产化替代.

  未来随着国家战略在这方面的倾斜,行业市场规模将会越来越大;行业市场规模的扩大必然会孕育出蓬勃发展的产业环境,营造出操作系统生态发展的良好环境.

  1.2 、信息技术上下游产业发展夯实了国产操作系统生态体系建设的产业基础

  目前信息技术上下游产业覆盖了操作系统厂商、处理器、硬件及整机、ISV独立软件开发商?IHV独立硬件出售者,下游的集成商及最终用户,还包括给我们产业引领发展方向和作技术支撑的科研院所,信息技术上下游产业的蓬勃发展丰富了操作系统生态体系建设基础.

  国内操作系统的代表企业麒麟软件已与国内产学研领域500多家核心企业进行合作,面向党政军办公、事务处理、实时处理等重大信息化应用需求,采用联合技术攻关和体系化解决思路,攻克了整机适配环境、办公及实时业务、事务处理软件集成优化等一系列关键技术,为事务处理、复杂办公和实时业务类系统应用提供了有力支持,形成了良好的操作系统生态,如图1所示:

  图1 麒麟操作系统部分合作伙伴
图1 麒麟操作系统部分合作伙伴

  1.3、 成熟的开源生态构建了国产操作系统生态体系建设的技术基础

  计算产业发展过程中产生庞大而成熟的开源生态圈,如Linux kernel,GNU,OpenStack,MySQL,Hadoop,Nginx社区等,这些社区构成了整个计算产业开源软件的基石.开源社区也是中国操作系统的核心技术土壤,产品趋势、技术验证、开发者等都是社区双向交流的独特作用.国内操作系统领域的开源社区包括优麒麟社区、深度社区和open Euler社区.

  这些社区经常举办培训、赋能、认证等能力提升活动,活动包含不限于面向操作系统领域的职业技术认证、面向软件厂商(ISV)开发者培训赋能的技术沙龙、面向高校学生和初学者推出操作系统相关的技术课程和实验指导.个人开发者的贡献激发了开源生态的更多可能性,形成了操作系统的创造力基石.开源社区构筑生态、升级技术、长期持续赋能开发者,国产操作系统的软件开源之路还将继续.

  2 、国产操作系统生态体系建设面临的挑战

  2.1 、缺乏统一的行业标准,生态碎片化严重等问题亟待解决

  2.1.1 、缺乏统一的行业标准,软硬件厂商需要基于CPU平台形成多个产品版本

  目前国产计算生态按照芯片架构区分主要有:1)以兼容MIPS指令的龙芯CPU为主的生态;2)以兼容Alpha指令的申威CPU为主的生态;3)以兼容ARM指令集的CPU为主的鲲鹏生态和飞腾生态;4)以兼容X86指令的兆芯和海光为主的生态.虽然Linux能支持X86,ARM,MIPS,ALPHA和PowerPC等多种体系结构的微处理器,目前已成功地移植到数十种硬件平台,几乎能运行在所有流行的处理器上.但也因为这种硬件平台的多样性,并未形成统一的行业标准和开发环境,包括配套开发环境、开发工具、面向AI、云等的开发库;提供易于用户下载开发环境、下载缺失开发库?服务等包的简易交互方式或工具等.

  2.1.2 、市场份额分散,核心企业缺乏市场话语权,难以引领技术和产品方向

  国产操作系统历史版本较多,行业格局较为分散,大部分不具备规模优势.国内操作系统分散的现状导致了市场份额分散,核心企业缺乏市场话语权,难以引领行业标准.一款应用如果要进入国产化市场,需要适配少则几个多则十几个不同版本.其原因主要是现有国产操作系统都是基于Linux系列中某一版本进行开发的,且厂商的技术能力不同,优化方向也不同,应用与系统的匹配要求也就不一样.目前,从事国产操作系统开发的厂商至少有15家,版本混乱使得应用开发的工作量加大,应用厂商开发热情也随之降低.

  Windows的绝对市场优势也为它聚拢了信息产业的软硬件生态资源,微软公布过数据:Windows10有3 500万应用数量,有超过1.75亿的软件版本,还支持1 600万的硬件?驱动组合.而国产操作系统只有通过“资源整合”将有限的研发资源充分利用起来,形成产业合力才能快速聚拢资源,发展生态.

  2.2 、Linux技术体制下的人才与技术生态还未建立

  2.2.1、 Linux技术体制下缺乏面向应用开发的完整工具链

  针对目前的国产操作系统的开发环境,虽然对标Windows,Linux也有一套完整的工具链(tool chain),能够实现从操作系统到应用软件各个级别的调试.但是,由于Windows长年的绝对市场占有率所造成的技术生态壁垒,导致其工具链在数量和质量上占有绝对的优势,由微软官方提供重要支持和服务;其直观、高效的面向对象的图形用户界面,易学易用,Windows用户界面和开发环境都是面向对象的,这种操作方式模拟了现实世界的行为,易于理解、学习和使用.

  Linux平台下,工具链大都为开源自由软件,用户可以修改定制和再发布,由于基本免费没有资金支持,部分软件质量和体验欠缺;由全球所有的Linux开发者和自由软件社区提供支持.

  2.2.2、 Linux技术体制下的开发者社区基础薄弱

  计算生态的用户主要指开发者和应用者.一个计算生态的发展壮大离不开大量的个人开发者、商业软件开发者以及相应的硬件设计、维护、方案咨询和设计等各专业领域的工程师;另一方面,成熟的计算生态必然要有基数庞大的应用者.通过应用者对产品的检验,开发者才能不断地改进已有产品,获取新的需求并研发新的产品.开发者和应用者相辅相成,开发者提供高品质的软硬件产品吸引应用者,应用者再反馈意见给开发者进行完善,最终形成良性循环.

  目前相比商业软件生态,国产计算生态下的开发群体非常少,教材缺,培训少,教育体系和国产生态脱节,绝大部分的开发者只能依靠搜索引擎和论坛去学习相关知识,缺乏系统性.而对于应用者,目前基于国产计算生态的典型应用也较少,优秀的解决方案不足,榜样和示范效应难以形成.这些都是制约国产计算生态成熟和丰富的重要因素.

  3、 推进国产操作系统生态体系建设的建议

  3.1 、加大基础软件技术人才培养力度,推动国产操作系统纳入学校教育教学活动

  以促进学校、企业和社会的共同进步为目标,搭建“国产操作系统教学实践平台”,企业与院校建立全面友好的合作关系,使学校能源源不断地为企业输送“用得上、留得住”的高素质信创领域技能型人才,促进院校和企业共同发展.

  1)打造校企实训平台:汇聚高校、科研院所、企业等各方资源,为信创产业发展和信创人才培养提供有力支撑.依托众多的合作院校,积极建设产教融合承载空间———校企实训平台,支撑操作系统职业教育、操作系统领域人才培养、操作系统校企联合项目.

  2)形成实训课程体系:聚焦人才,构建多维度、多层级的课程体系架构,编撰国产操作系统相关的教材,设计并形成面向终端用户、面向运维工程师、面向开发者和面向系统集成架构师4个等级的操作系统课程体系,助力职业院校、高等院校相关学科专业建设与教学改革.

  3)建立教学教材体系:针对实训课程体系,编撰相应的国产操作系统教学教材体系.

  4)构建校企合作项目:以产教融合项目为具体抓手,强化企业重要主体作用,积极推动产教融合建设,开展产教合作协同育人项目,包括教育部产学合作协同育人项目、国家网络安全人才与创新基地等.

  5)培养优秀创新人才:通过上述建设,促进未来技术发展、产业变革与创新创业教育深度融合,引入操作系统行业领军企业最优质资源,为国家培养一批符合产业实际需求的优秀信创人才.

  3.2、 构建统一的国产计算适配优化平台,优化国产操作系统生态建设环境

  操作系统生态建设要解决的最核心问题是适配和优化.所谓适配就是指在计算生态中有交互(层次)关系的部件之间,互相(或者单向)根据双方接口特性进行调用和支撑,以共同完成某种功能.

  国产计算平台集成中的适配优化按照层次关系包括:1)操作系统和整机(CPU是主要因素,还包括外围部件等)的适配优化,重点解决固件适配、整机适配、图形显示优化、块设备I?O优化和内存管理优化等问题;2)数据库中间件等同操作系统的适配优化,重点解决数据库对文件系统、磁盘I?O调度和内存访问的适配优化以及中间件对网络、Java运行环境和JVM GC的适配等问题;3)针对特定应用场景的深度垂直优化,涵盖网络和相关专用软件等,重点解决开发环境构建、操作系统工具链、集成开发环境和系统管理工具等的适配和优化问题.

  为了构建更好的国产生态环境,总体上以构建稳定国产计算平台为基础,通过研究高效统一的开发环境构建、操作系统配套工具链,集成管理工具、系统运行库、软件开发工具等完善系统配套工具链,使国产操作系统及其他底层软件能很好适配国产底层硬件,形成国产CPU+操作系统等底层软件的生态核心.从图形显示优化、块设备I?O优化、内存管理优化方面提升基础环境的性能,满足上层应用的需要,优化操作系统基础环境.适配包括多种操作系统对服务器、智能加速卡等以及国产数据库、中间件,完善上层应用生态;同时在实施过程中,对相关技术进行集成优化,为国产计算生态的系统集成,形成解决方案提供基础.

  4、 结论

  经过多年的发展,国产操作系统已经在诸多领域取得了长足的进步,无论在产品的功能性、稳定性、兼容性还是在单一产品的性能上都有了质的飞跃.但与Windows相比,在生态建设方面还是有较大差距.未来我们需要针对通用?工具软件生产商的软件适配带来的技术难点,以及国产计算平台的资源稀缺、技术服务获得难、开发者少等生态发展方面的问题,从国产计算生态开发运行环境构建、国产计算平台软件集成适配、国产计算生态推广和人才培养等方面展开研究和技术突破,实现国产处理器平台上操作系统在兼容性、功能、性能、稳定性、可靠性以及使用方便性等方面实现大的提升,促使更多企业投入到国产计算生态建设中来,同时培养国产计算生态的人才,实现国产操作系统生态发展的良性循环.

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