1.3.4　ICT時代操作系統的興起

在ICT時代，用戶可通過各種互聯手段使用操作系統，從人們天天用的手機、工廠中的機器人、各種設備上的傳感器，到服務器上的云容器，都運行著操作系統，可以說有計算的地方就有操作系統。操作系統無時無刻不在默默地為人們管理著他們的各種資產和設備。

（1）移動計算操作系統

21世紀初，非常火熱的行業當屬手機行業，自從蘋果公司在2007年推出第一代iPhone（見圖1.5）以后，這種具有多點大尺寸觸控功能、快速穩健的網絡能力、豐富多彩的應用生態，并能提供絲滑流暢操作體驗的手機迅速風靡世界。這種擁有操作系統，可自由安裝、卸載應用程序的手機被人們親切地稱為智能手機，iPhone 的出現促使智能手機迅速普及，開啟了移動計算的新時代，也為操作系統帶來了新的發展。

圖1.5　蘋果公司發布的iPhone智能手機

在iPhone推出之前，移動設備上已經存在一系列操作系統，例如Palm公司的Palm OS、微軟公司的Windows Mobile、諾基亞公司的Symbian等。這些操作系統的設計目的是管理好手機上的各類資源，為用戶提供的應用程序相對比較簡單。而iPhone搭載的iOS在用戶界面、應用程序生態環境和性能方面取得了巨大進步，一舉成為當時最流行的智能手機操作系統。iOS帶來了絕佳的用戶體驗，操作非常直觀，且手機上的動畫效果流暢，用戶在輕松上手的同時還可享受無縫切換體驗；此外，蘋果公司為iOS打造了一個龐大的應用程序生態環境，用戶可通過手機提供的應用程序商店下載、安裝數以萬計的高質量應用程序，這些應用程序經過了蘋果公司嚴格的評估，安全性和質量均有保證。蘋果公司則通過iOS這個操作系統進一步提供了卓越的軟硬件整合能力，使得在iOS上運行的應用程序具有優秀的性能表現，再配合該操作系統對整體電池的控制策略，最終使得iPhone手機在性能、穩定性、電池壽命等各方面都具有遠超對手的優勢。

iPhone出現后，智能手機進入一個新的時代，也為UNIX類操作系統開啟了一個新的紀元。iOS是從蘋果公司的Mac OS X發展而來的，其源頭還是之前介紹的BSD操作系統，但它是閉源系統，只有蘋果公司生產的設備可使用該操作系統。2003年，另一個UNIX類操作系統登上了歷史舞臺，成了后來開源移動計算操作系統的代表，它就是Android。Android是基于Linux內核開發的，該操作系統的硬件訪問通過Linux內核完成，并為應用程序提供一個獨立的基于Java虛擬機的環境。開發者使用Java調用Android提供的更高層接口就能編寫可在手機上運行的程序，這大大簡化了開發移動應用的過程。為了應對iOS的強大競爭，Android進行了長期的改進以不斷提升性能，在Android 5.0后該系統采用了ART（Android Runtime，Android運行時）技術，將Java程序預編譯成可執行文件，大大加快了應用程序響應和啟動速度。Android被谷歌公司收購后得到了廣泛應用，且其開放源碼的特性受到了手機廠商的熱烈歡迎，當前已經廣泛應用于各廠商制造的手機上，成為移動計算領域的“霸主”。

（2）物聯網操作系統

早在20世紀末，就有學者提出“萬物互聯”的概念，即將傳感器附著在任何物體上獲取物體的各類參數，監控物體的實時變化情況，達到分析、調控物體狀態的目的。將所有物體都連接在一起的網絡被稱為物聯網。為了管理這些用于檢測物體狀態的設備，提供快捷方便的通信能力，業界開發了具有針對性的各類操作系統。通常這些操作系統需要適應這些設備中通信方式各異、能源有限的特點，具有鮮明的特色。

物聯網操作系統乃至整個物聯網行業都還處于發展初期階段，尚未形成較為穩定的生態體系。FreeRTOS是物聯網領域應用較多的操作系統之一。它實際上采用了RTOS（Real-Time Operating System，實時操作系統）內核，并不是真正意義上的物聯網操作系統。真正的物聯網操作系統需要解決物與物相聯，或物與云、物與人之間的交流，真正實現互聯互通。

華為公司作為行業領先的通信設備廠商也推出了自己的開源物聯網操作系統，如LiteOS和OpenHarmony。其中LiteOS 專注于為輕量級、高效的物聯網設備提供服務，而OpenHarmony 則旨在構建統一開放的分布式操作系統平臺（見圖1.6），更注重設備之間的協同工作和互操作性。它們都被廣泛用于智能家居、智慧城市、智能交通和工業互聯網等領域，為萬物互聯和智能提供了有力支撐。

圖1.6　OpenHarmony系統界面

（3）云操作系統

隨著互聯網的不斷發展，為了給本地用戶提供優質的計算服務，很多企業使用CDN（Content Delivery Network，內容分發網絡）等機制將服務器放置在離用戶物理距離較近的數據中心。業界涌現了一批專門為這些企業提供云服務器租賃的公司，它們提供的服務被稱為云服務。租賃這些云服務器的企業并不關心服務器的維護，它們僅需要租賃提供商保證7×24h在線的計算資源。因此，這些提供商將各種計算資源動態地售賣給租賃方，這些資源包括計算機中的CPU（Central Processing Unit，中央處理器）/GPU（Graphics Processing Unit，圖形處理單元）算力、內存容量、硬盤容量、網絡帶寬等。這對管理資源的操作系統提出了新的要求，使得業界出現了一批以管理云服務器為目的的云操作系統。

云操作系統也被稱為云平臺操作系統或云計算操作系統，是云服務平臺的底層支撐與核心。云操作系統分為專有云操作系統、商業云操作系統和開源云操作系統。亞馬遜等云服務提供商采用了自主研發的專有云操作系統，商業云操作系統有 VMware vSphere 和 Microsoft Azure Stack等，開源云操作系統有OpenStack和CloudStack等。

華為公司開發了FusionSphere這一云操作系統，旨在為企業提供全面的云計算解決方案。它集成了虛擬化、存儲、網絡和管理等關鍵技術，提供了高效、靈活和安全的云平臺。FusionSphere主要提供高性能、高可靠的虛擬化環境，靈活可靠的分布式存儲，強大的網絡虛擬化能力等。這些功能專門為云計算平臺提供支撐，能夠靈活地調度云上的計算資源，為云租賃提供商提供了方便、快捷的云管理能力。

（4）云邊端協同的新興操作系統

ICT時代迎來了更為復雜的計算架構，數據處理及基于數據的智能服務變得越來越重要。云邊端協同是一種新的計算框架，它結合了云計算、邊緣計算和終端設備的優勢，以實現更高效、實時的數據處理和分析。這種協同工作的模式能夠帶來多種好處，如減少延遲、提高可擴展性、增強對信息的訪問量，并使業務開發變得更加敏捷。

云（Cloud）：指的是傳統的云計算中心節點，即云端數據中心。它負責處理全局性的、非實時的、長周期的大數據處理與分析，擅長維護、業務決策支撐等領域。

邊（Edge）：指的是云計算的邊緣側，包括基礎設施邊緣和設備邊緣。邊緣計算更適合局部性、實時、短周期數據的處理與分析，能更好地支撐本地業務的實時智能化決策與執行。

端（Endpoint）：指的是終端設備，如手機、智能化電氣設備、各類傳感器、攝像頭等。這些設備通常位于網絡的邊緣，可以快速收集數據并對其進行初步處理。

在云邊端協同的架構中，操作系統可能分別部署在云端、邊緣側和終端設備上，各自承擔著不同的角色和功能。

云端操作系統：負責管理和調度云端資源，包括計算資源、存儲資源和網絡資源等。它可能是一個高度虛擬化、可擴展且安全的操作系統，能夠支持大規模的數據處理和分析任務。

邊緣側操作系統：針對邊緣設備的特定需求進行優化，如實時性、低功耗、高可靠性等。它可能集成了邊緣計算框架和中間件，以便更好地支持邊緣應用的部署和運行。

終端設備操作系統：負責管理和控制終端設備的硬件和軟件資源，確保設備能夠正常運行，并與其他設備進行通信。它可能是一個輕量級的、易于部署和更新的操作系統，能夠支持多種傳感器和設備的接入。

因此，云邊端協同的操作系統并不是特指某一具體產品或系統的術語，而是描述云計算、邊緣計算和終端設備之間協同工作的新型操作系統框架。在這個框架下，云邊端的操作系統都扮演著更為重要的角色，既要高效實現這三者之間的無縫協同，還要應對異構性、實時性、安全性等諸多要求。

云邊端協同的操作系統剛剛興起，將成為ICT時代的新型基礎軟件平臺。亞馬遜、阿里云、華為云和蘋果iCloud等服務商都在其服務和產品中融入了云邊端協同的理念和技術，積極探索云邊端協同的操作系統生態體系。