陈海波：万物智联时代的智能终端操作系统架构与演进思考 | CNCC专家谈

在即将于今年10月26-28日在沈阳举办的CNCC2023期间，在129个涵盖人工智能、安全、计算+、软件工程、教育、网络、芯片、云计算等30个热门专业领域的技术论坛上，包括国际知名学者、两院院士、产学研各界代表在内的700余位报告嘉宾将着力探讨计算技术与未来宏观发展趋势，为参会者提供深度的学术和产业交流机会，当中不乏在各领域深具影响力的重磅学者专家亲自担纲论坛主席。

本专题力邀CNCC2023技术论坛主席亲自撰稿，分享真知灼见，带你提前走进CNCC，领略独特专业魅力！

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本期特别嘉宾：

陈海波上海交通大学特聘教授、OpenHarmony技术指导委员会主席

作者：CNCC2023【万物智联时代的智能终端操作系统与生态】论坛主席：陈海波

我们正迎来万物智联时代新机遇

操作系统推动了各个历史时期信息产业浪潮诞生与发展。相应地，在不同历史时期的操作系统所承担的使命、技术特征、以及成功要素也是与该时期的产业特点息息相关。当前，我们正迎来万物智联时代这一重要的换道超车机遇期。

注（*）Toward Ubiquitous Operating Systems: A Software-Defined Perspective. Hong Mei, Yao Guo. IEEE Computer 2018.

万物智联时代是一个百亿设备、百亿连接的时代，并且用户与设备的关系，从过去的一对一关系变成了多对多的动态映射关系，用户所关注的已经不仅仅是单设备的体验了，而是演进到了对场景化体验的关注，比如出行是否智能、家居是否智能等等，同时，需要海量的设备提供商、应用提供商、服务提供商组成庞大的生态系统。

与此同时，在创新组织形态上讲，开源模式又给信息科技领域带来了新的生命力。近年来，中国对于开源的认知和对全球开源的贡献正在悄然发生变化，正在从使用开源、参与开源，走向贡献开源甚至部分主导开源。

让我们携起手来，拥抱用户万物智联这一千载难逢的历史机遇，攻坚克难，共建共享智能终端操作系统的技术与人才生态！

万物智联时代的智能终端操作系统演进思考

过去移动互联网时代的终端操作系统并不能够很好地满足万物智联时代的需要，我们至少观察到以下关键差异与演进趋势：

终端设备泛在化、无处不在；

在交互方式方面，从触摸式交互演进为时空自然交互；

在任务调度方面，从单节点调度变成端到端确定性调度；

安全隐私的边界从单一设备扩大到了全场景。

演进思考之一：从OS走向OS Kit，元OS架构支撑场景千变万化

东京大学的坂村健(Ken Sakamura)教授在分析了个性化与通用性之间的矛盾后提出了一个形象比喻“昆虫纲悖论”：地球上的哺乳动物大约有5000多种，好比传统的服务器、个人计算机（PC）和手机等设备；昆虫大概有100多万种，好比万物智联时代的多样化设备。一方面，数量更大的万物智联设备带来的累计价值，可能会超过PC和手机市场；但另一方面，由于缺乏可大批量复制的软硬件和应用，没有批量也就难以有低成本，进而很难进行良性的市场-技术迭代。

北京大学梅宏院士团队于2018年提出了“泛在操作系统(ubiquitous operating system)”的概念，指出我们未来既要面临海量异构资源，又要面临应用需求变化频繁、应用场景动态多变的复杂计算环境，参照操作系统求解问题的思路，构建面向不同领域多场景的多样性泛在操作系统，是学术界和产业界当前探索的一个重要方向。

面对万物智联时代的操作系统泛在化以及“昆虫纲悖论”挑战，需要应对多样化场景下的资源大小、功能、性能、安全、生态等多方面的差异化。操作系统需实现组件式解耦与按需合成，既能保证架构的一致性，便于统一维护，也可通过弹性组合的方式解决个性问题。

为此，我们提出“元OS架构”来缓解这个问题。通过一个操作系统去适应所有场景，即“One OS for All”，已被证明是十分困难的。但如果将操作系统进行有效的解耦/元化，将系统组件kit 化，实现“One OS Kit for All”。这样在面向多场景的不同需求时，可将kit进行有效的组装，以解决多场景能力共享、生态互通、极简互联、按需组合等问题（如图6所示）。当然，元OS架构面临很多技术挑战，例如如何对操作系统的状态进行有效管理，如何在解耦后保障其性能等。

演进思考之二：从触摸交互走向时空自然交互，新交互方式带来体验跃迁

人机交互从原来的机械式交互（比如键盘、鼠标等）到现在的触摸式交互，用户体验得到了大幅提升。面向2030年，我们展望交互形态有望走向时空自然交互，包括自然空间交互和系统级触达两个方面。

自然空间交互：比如基于语音、眼神、空间/姿态，甚至注意力/脑电波等更自然的人机交互形式。当前这类交互模式已有雏形出现，包括脑机交互，以及通过各种方式抓取人的眼球动作进行交互的模式等。不同于传统的桌面、应用入口，操作入口可能会变成场景式的智能时空入口形态。

系统级触达：当前APP的使用方式已深入人心，未来是否会变成一个彼此可嵌套的系统级可触达方式，打破传统应用边界，实现以任务和用户为中心的推荐式、启发式交互，也是我们下一步需探索的方向。

演进思考之三：从单节点确定性走向端到端确定性

过去，我们对系统确定性的关注重点主要聚焦在单系统/单节点的确定性。当前，尤其在通信场景和很多工业场景中，我们更需要关注系统端到端的确定性时延。面向2030年，随着数字世界和物理世界的融合，会出现更多的时延敏感场景，比如远程医疗、面向企业的5G/6G（智能制造、工业4.0）、扩展现实（实时交互）等，对端到端的时延带来很多新挑战。

在时延敏感系统中，操作系统扮演着“乐队指挥”的角色，需进行全链路的管理，把云服务、承载网、端侧设备打造成一个端到端的确定性低时延体系（如图4所示）。

演进思考之四：面向万物智联数字世界，重构数字信任体系

万物智联时代，安全隐私的边界从单一设备扩大到了全场景，变成了超级大终端，并且安全隐私数据需要进行全生命周期看护，我们需要重构万物智联时代的数字信任体系，包括（但不限于）：全生命周期的数据防泄漏与隐私保护机制、全栈协同的操作系统漏洞消减及防御方案、以及适用于超级终端的分布式分级安全架构等。

本年度CNCC大会将举办“万物智联时代的智能终端操作系统与生态 ”技术分论坛，邀请数位操作系统领域的重磅学者专家，共同探讨万物智联时代的智能终端操作系统发展的最新动态，欢迎参与。

CNCC参会报名

论坛名称：“万物智联时代的智能终端操作系统与生态”技术论坛

举办时间：10月28日下午

论坛主席：陈海波 上海交通大学特聘教授、OpenHarmony技术指导委员会主席

共同主席：武延军 中国科学院软件研究所研究员

论坛日程

论坛名称：万物智联时代的智能终端操作系统与生态
主席：陈海波 CCF杰出会员，上海交通大学特聘教授，OpenHarmony技术指导委员会主席 共同主席：武延军 CCF杰出会员，中国科学院软件研究所副所长、总工程师
主题	主讲嘉宾	单位
万物智联时代终端操作系统演进思考	陈海波	华为
关于重构操作系统技术栈思考	武延军	中科院软件所
智能终端操作系统的个人数据处理与保护	夏虞斌	上海交通大学
泛在智能系统软件：进展与挑战	刘譞哲	北京大学
面向异构设备的DNN模型推理优化	刘云新	清华大学
Panel环节 - Panel 主题 “万物智联时代我国智能终端操作系统的机遇、挑战，以及如何实现开源共创的合力。”	武延军 夏虞斌 刘譞哲 刘云新 张兆生 张荣超 贾宁

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审核编辑 黄宇