1.5　下一代操作系統(tǒng)的關鍵特征

從一般意義上說，操作系統(tǒng)是對計算機硬件實現(xiàn)的抽象，并為用戶程序提供一個較理想化的抽象模型。在前面回顧的操作系統(tǒng)發(fā)展史中，我們可以看到每一代操作系統(tǒng)都有不同的關鍵特征?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)經過多年的發(fā)展，基本概念和功能已經成熟，當前發(fā)布的操作系統(tǒng)新版本主要涉及功能增強、性能優(yōu)化和對新硬件的適配。在萬物互聯(lián)時代，產業(yè)環(huán)境、消費者和開發(fā)者都對操作系統(tǒng)有不同于以往的訴求，如果把可滿足這些訴求的操作系統(tǒng)稱為下一代操作系統(tǒng)，那么這個操作系統(tǒng)應該具備哪些關鍵特征呢？

我們知道現(xiàn)代操作系統(tǒng)的規(guī)模越來越大、功能越來越復雜。據(jù)統(tǒng)計，1975年發(fā)布的UNIX V6代碼約1萬行，1991年發(fā)布的Linux 0.01代碼約8000行，2003年發(fā)布的Linux 2.6.0代碼約593萬行，2021年發(fā)布的Linux 5.12版本的代碼約2880萬行，Linux每年新增代碼約200萬行。設備開發(fā)者從一個如此龐大的操作系統(tǒng)的源碼中裁剪出自己設備可用的精簡操作系統(tǒng)是一件非常困難的事情，原因之一是操作系統(tǒng)內部實現(xiàn)沒有進行充分解耦，雖然也進行了一定的模塊化設計，但不同特性的代碼盤根錯節(jié)地耦合在一起，各個模塊間的依賴非常復雜。在萬物互聯(lián)時代，設備種類異常豐富，設備開發(fā)者需要一種能夠靈活定制的操作系統(tǒng)。也就是說，系統(tǒng)構建者不但需要從操作系統(tǒng)中獲得更多的通用性，還需要更多的靈活性來定制他們的特定軟件運行環(huán)境，而且這種靈活性不會引入破壞標準組件的復雜性。因此，我們認為下一代操作系統(tǒng)的一個關鍵特征是完全按照模塊化方法構建，以與正在構建的下一代硬件相適應，它具有高度抽象和模塊化的特點，系統(tǒng)構建者可以從現(xiàn)有組件貨架中快速組裝。

虛擬化（Virtualization）技術起源于20世紀60年代末，是計算機的一種資源管理技術。它的基本原理是通過將計算機的各種物理資源（如CPU、內存、磁盤、網絡適配器等）予以抽象和轉換，對外呈現(xiàn)出一種可分割、可組合的配置環(huán)境，從而打破物理資源不可切割的壁壘，并提供一種更好的方式來使用這些物理資源。根據(jù)不同抽象層次，虛擬化技術可以分為硬件抽象層（Hardware Abstract Layer，HAL）虛擬化、指令集層虛擬化、OS層虛擬化、編程語言層虛擬化、庫函數(shù)層虛擬化、應用層虛擬化等。當前虛擬化技術的一個基本特征是基于同一物理設備進行分層虛擬化。在萬物互聯(lián)時代，多臺不同物理設備之間能否進行跨設備虛擬化？答案是肯定的。譬如，電視把門鈴的攝像頭虛擬化到電視中，這樣可以方便地讓電視使用門鈴的攝像頭獲取視頻流。虛擬化技術打破了單一硬件的物理限制，通過對多臺設備的硬件資源進行統(tǒng)一虛擬池化，可為用戶提供更多的服務和功能，實現(xiàn)更好的跨設備協(xié)同特性，帶來前所未有的跨端體驗。我們認為，下一代操作系統(tǒng)的一個關鍵特征是具備細粒度的跨設備虛擬化。譬如，可以創(chuàng)建一個從網絡獲取而不是從 USB（Universal Serial Bus，通用串行總線）端口獲取坐標數(shù)據(jù)的虛擬鼠標，在物理上該鼠標屬于另一臺本地或遠端物理設備。當然，也可以在一臺智能終端上啟動另一臺智能終端上的用戶程序。

交互式操作系統(tǒng)允許用戶頻繁地與計算機對話，對話的方式包括鍵盤和鼠標的輸入、觸摸輸入、屏幕的輸出等。在萬物互聯(lián)時代，更多更自然的交互方式將被引入計算機世界中。在某些場景下，語音交互可能是一種更便捷、更安全、更合適的交互方式。譬如，與無屏智能音箱交互，或者在駕駛過程中通過語音交互更改車機上運行的導航軟件所設置的目的地。在萬物互聯(lián)場景下，設備形態(tài)的多樣性對交互的多樣性提出了更高的要求，人們甚至不用刻意發(fā)出指令，設備也會自動捕捉用戶可能的潛在意圖。想象這樣一個場景，司機長時間駕駛車輛在高速上行駛，有點困意，車機會及時感知到司機的身體狀態(tài)，如果司機繼續(xù)駕駛可能存在安全隱患，車機會通過高頻音提醒司機需要休息。我們認為，下一代操作系統(tǒng)的一個關鍵特征是提供多模態(tài)交互，人們與設備的交互方式不能僅局限于傳統(tǒng)的交互方式。多模態(tài)交互技術會提供更自然、更高效、多樣化的其他交互方式，同時各種交互方式互相疊加，主動交互與被動交互協(xié)同，給人們帶來前所未有的交互體驗。

分布式操作系統(tǒng)是指分布在不同計算機物理設備上的操作系統(tǒng)組件通過通信網絡進行數(shù)據(jù)交換和協(xié)同的軟件系統(tǒng)，不同組件共同對外提供服務，這對用戶來說，就像是一臺計算機在提供服務一樣。在萬物互聯(lián)時代，分布式操作系統(tǒng)如何與形形色色的IoT設備結合使用？這又會帶給人們什么樣的用戶體驗？能否實現(xiàn)用戶只使用任意IoT設備，例如鍵盤、鼠標、智能手表、智能音箱、攝像頭、智能手機、電視、汽車或任何電子設備，將其作為一個“接入點”，操作系統(tǒng)就能夠將用戶所擁有的設備與用戶數(shù)據(jù)連接在一起，從而讓用戶獲得一致的交互體驗？答案是肯定的。譬如，用戶購買了一部新的手機，只需要對其進行授權，它就會加入“我的設備”。又如，用戶在行駛的汽車里使用筆記本計算機工作，若筆記本計算機的處理器能力不足，操作系統(tǒng)會將一部分計算需求轉移到車機的處理器進行協(xié)同處理。操作系統(tǒng)的文件存儲能力會進一步增強，用戶不用關心文件存儲位置，甚至不再擔心文件備份問題。我們認為，下一代操作系統(tǒng)的一個關鍵特征是具備異構分布式能力，分布式能力不再是服務器的專屬能力。

從用戶程序開發(fā)者的角度來看，開發(fā)者可調用的能力不再只來自操作系統(tǒng)本身，它可能來自當前設備中的其他程序，或者其他設備中的程序。開發(fā)者不必關心它來自哪里，只需要關心自己需要什么。所有開發(fā)者開發(fā)的用戶程序都可以為其他用戶程序提供能力，操作系統(tǒng)提供一套全新的開發(fā)模型和開發(fā)框架，以滿足操作系統(tǒng)快速組裝、細粒度的跨設備虛擬化和異構分布式對用戶程序的開發(fā)要求。

眾所周知，AI經過多年的發(fā)展，近幾年在深度學習領域有了實質性的突破，在某些特定方面智能接近或已超過人類。近期基于大語言模型的各種應用層出不窮，一次次帶來超出預期的體驗。與當前操作系統(tǒng)相比，下一代操作系統(tǒng)將原生支持AI，包括AI基礎能力和利用AI自主改造的能力。AI基礎能力主要包括對AI硬件的管理、內置AI開發(fā)框架和AI推理模型等，方便用戶程序高效利用系統(tǒng)的AI資源。操作系統(tǒng)利用AI自主改造的能力主要體現(xiàn)在利用預置的AI能力進一步提升當前操作系統(tǒng)智能化水平。譬如通過周邊環(huán)境感知、運行上下文感知等AI技術讓系統(tǒng)資源的管理更加高效；通過語音識別，機器視覺，用戶操作習慣學習等AI能力，讓交互操作個性化、更自然；通過AI能力將傳統(tǒng)UI控件改造為智能UI控件，支持智能摳圖、圖像分割、圖像理解、文字提取、文本朗讀和智能糾錯等；通過AI對分布式能力進行改造，提供智能搜索和智能協(xié)同等體驗。操作系統(tǒng)和AI的結合將對現(xiàn)代操作系統(tǒng)帶來深刻的影響。

安全是操作系統(tǒng)運行的基礎，特別是在萬物互聯(lián)時代，大量的設備連接在一起，它們協(xié)同工作，使數(shù)據(jù)在多臺設備之間不斷流轉。萬物互聯(lián)帶給用戶便利的同時，也暴露了更多的攻擊面，讓黑客有機可乘，每一臺設備都可能成為被攻擊的入口，每一次成功的攻擊都可能威脅到用戶的所有設備。隨著用戶對個人數(shù)據(jù)越來越關注，必須有效保障用戶的知情權和隱私權，做到讓用戶對自己的個人數(shù)據(jù)可知、可控。我們認為，下一代操作系統(tǒng)的一個關鍵特征是更加安全，即通過信任管理、訪問控制、數(shù)據(jù)加密、可信計算、差分隱私、數(shù)據(jù)脫敏等技術，構建集采集、傳輸、存儲、訪問、更新、生命周期管理于一體的數(shù)據(jù)安全體系。