鴻蒙加海思，麒麟加龍芯，組合拳能否渡劫“生態(tài)”危機(jī)

作者 | 馬超

責(zé)編 | 李雪敬

出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

8月13日，銀河麒麟操作系統(tǒng)V10正式發(fā)布，最大亮點(diǎn)是專門對國內(nèi)自主研發(fā)的龍芯、飛騰、鯤鵬等芯片做優(yōu)化。

這款操作系統(tǒng)得到我國基礎(chǔ)軟件領(lǐng)域的泰斗倪光南院士的青睞，他表示麒麟操作系統(tǒng)的安全性已是國內(nèi)操作系統(tǒng)中的佼佼者，安全等級代表著國內(nèi)最高等級水平。倪院士對麒麟系統(tǒng)充滿信心，表示相信國產(chǎn)自研操作系統(tǒng)將會在三五年內(nèi)打破國外壟斷。

無獨(dú)有偶，在 8 月 13 日的全國計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)年會（ACA2020）上，龍芯中科董事長胡偉武作了名為《指令系統(tǒng)的自主與兼容》的特邀報(bào)告，在報(bào)告中他宣布了龍芯的全新的 LoongArch 指令集，LoongArch 可深度兼容 Windows、Linux、Android 程序，可謂一舉多得。

近期，華為宣布最早在 9 月發(fā)布搭建鴻蒙 2.0 系統(tǒng)的 MateWatch。國內(nèi)著名的芯片公司全志科技宣布與平頭哥全面合作基于玄鐵 IP 的 AIoT 系列芯片，國內(nèi)裝機(jī)量最大的國產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng) RT-Thread，針對玄鐵的 RISC-V 指令集做出優(yōu)化。

如果把操作系統(tǒng)比作管家，芯片指令集就是芯片的語言，操作系統(tǒng)需要把用戶的指令，翻譯成芯片的語言交由芯片執(zhí)行，正如此，芯片和操作系統(tǒng)一般會搭檔聯(lián)盟共同構(gòu)建生態(tài)。目前看來，鴻蒙加海思，玄鐵加 IoT，麒麟加龍芯的聯(lián)盟已經(jīng)初見雛形。

但我們的芯片、操作系統(tǒng)在自主道路上依舊行程漫漫、困難重重，要把完全自主的芯片造出來就非常難，從現(xiàn)實(shí)的角度來講，我國沒有重點(diǎn)發(fā)展芯片設(shè)計(jì)軟件及芯片制造產(chǎn)業(yè)，關(guān)于這點(diǎn)筆者在國產(chǎn)芯回憶錄：造光刻的去賣早點(diǎn)，搞 EDA 的去組裝電腦曾經(jīng)提到過，二十幾年前搞 EDA 的程序員改行去組裝電腦，搞光刻掩膜的工程師改行去賣早點(diǎn)……這樣的例子不罕見，想在工業(yè)軟件和光刻技術(shù)方面快速突破，這顯然不符合一般的科研規(guī)律。

即使芯片造出來很可能面對生態(tài)、體驗(yàn)等問題，目前桌面類的操作系統(tǒng)基本上被 Windows+Intel 的 Wintel 聯(lián)盟所把持，市場份額占比高達(dá)85%。在移動(dòng)桌面 Arm+Android 或者 iOS 的 AAI 聯(lián)盟市場份額占比幾乎是100%，由于芯片加操作系統(tǒng)的組合直接將應(yīng)用軟件的可執(zhí)行文件進(jìn)行了深層的鎖定，如果想對應(yīng)用進(jìn)行跨操作系統(tǒng)的遷移，需要投入巨大的移植費(fèi)用。

一般應(yīng)用軟件只支持主流的操作系統(tǒng)平臺，其它小眾平臺基本不會考慮，因此即使造出了自研芯片與操作系統(tǒng)后，將面臨沒有軟件可用的情形，或者在生態(tài)成型之前直接被扼殺，這方面教訓(xùn)是相當(dāng)深刻。

欲成器先渡劫

近10年，銀河麒麟操作系統(tǒng)一直是我國 Linux 發(fā)布版本，市場占有率的第一，而在20年前這個(gè)第一的位置屬于紅旗 Linux。

紅旗 Linux——沒有生態(tài)的悲劇:在眾多國產(chǎn)操作系統(tǒng)中，紅旗 Linux 是非常具有代表性的一個(gè)。紅旗 Linux 誕生于 1999 年，主打安全特性，供政府機(jī)關(guān)事業(yè)單位使用。在 2001 年北京市政府桌面操作系統(tǒng)產(chǎn)品軟件采購招標(biāo)中，年輕的紅旗 Linux，虎口撥牙從微軟的 Windows 手中搶到了訂單，成功中標(biāo)。

除了政府訂單，在本世紀(jì)初 IBM、惠普等廠商，曾在其筆記本產(chǎn)品中預(yù)裝過紅旗 Linux，到了 2001 年7月，紅旗的 OEM 訂單超過 100 萬套，紅旗 Linux 成為國產(chǎn)操作系統(tǒng)的一哥，不過幸福來得太快讓紅旗 Linux 團(tuán)隊(duì)完全沒有意識到生態(tài)的重要性，雖然穩(wěn)定性、安全性都沒有什么問題，但是一臺沒有 Office，不能玩游戲的電腦對于用戶來說是沒有價(jià)值的。

當(dāng)時(shí)將預(yù)裝紅旗 Linux 的電腦格式化后重裝 Windows 系統(tǒng)已經(jīng)成為了一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作了，甚至還很多電腦專賣店還將能為客戶重裝操作系統(tǒng)為自己的賣點(diǎn)。與擁有成熟生態(tài)的 Windows 相比，紅旗 Linux 甘敗下風(fēng)。雖然紅旗還是推出了一些經(jīng)典的版本，不能阻擋其下滑的趨勢。

2014年，中科紅旗發(fā)布清算公告，這宣告紅旗 Linux 正式解散。所以操作系統(tǒng)的競爭并不單單是操作系統(tǒng)層面的競爭，即使我們比 Windows 做得更好，也很難動(dòng)搖 Windows 的地位。我們不但要做好操作系統(tǒng)，更要運(yùn)用智慧，吸引全球的開發(fā)者加入我們的生態(tài)體系中來，唯有這樣才能對傳統(tǒng)強(qiáng)者發(fā)起挑戰(zhàn)。

TRON——扼殺的慘案：上個(gè)世紀(jì)80年代，美國對日本的半導(dǎo)體行業(yè)痛下殺手，在同一時(shí)期日本操作系統(tǒng) TRON 也被美國封殺。

TRON 最初是東京大學(xué)教授坂村健發(fā)起的一個(gè)項(xiàng)目，旨在“為社會的需要?jiǎng)?chuàng)造一套獨(dú)立自主的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。TRON 的創(chuàng)始人坂村健能夠在30多年前就認(rèn)識到互聯(lián)網(wǎng)可能會成為未來社會的新的發(fā)展極，也可謂是俊杰人物。

上世紀(jì)80年代中期， TRON 內(nèi)核的操作系統(tǒng)日趨成熟，從桌面系統(tǒng) BTRON，用于嵌入式操作系統(tǒng) CTRON，再到汽車操作系統(tǒng) ITRON，當(dāng)時(shí) TRON 的生態(tài)也已經(jīng)基本完備了。正因如此，TRON 被日本寄予擺脫微軟壟斷的厚望。

TRON 是開源的，這意味著其生態(tài)建立速度很快，一旦形成氣候，未來還有沒有微軟的 Windows 王朝都是未知數(shù)。

令人遺憾的恰恰是 TRON 的開源，美國認(rèn)識到其巨大的潛力，因此 TRON VS MSDOS 乃至 Windows 的局面并沒有出現(xiàn)，美國政府直接在 TRON 發(fā)展壯大之前，以“不公平貿(mào)易“為由將其扼殺在搖籃中。所有采用 TRON 的美國企業(yè)都將受到制裁，TRON 遺憾退出 PC 市場。這套路似曾相識？30年前的 TRON 像不像目前中國科技企業(yè)在美不公平待遇的翻版？所以我們需要對于未來的趨勢抱有清醒的認(rèn)識。

從這個(gè)角度上來看，我國自主的操作系統(tǒng)鴻蒙、銀河等沒有完全開源，可能也有一定道理，畢竟源代碼是底牌，沒必要上來就明牌打。

他山之石，可以攻玉

做出一款能用的操作系統(tǒng)容易，但做出一整套的生態(tài)難，因此如果操作系統(tǒng)能直接兼容已有的成熟生態(tài)，可能是最佳的解決方案。

銀河麒麟提出的 kydroid 技術(shù)，筆者感覺 kydroid 技術(shù)可能受到 QEUM 虛擬化技術(shù)的啟發(fā)，而成的一項(xiàng)模擬執(zhí)行方案，其技術(shù)細(xì)節(jié)并沒有完全公開，筆者不敢加以妄言。龍芯在這方面應(yīng)該有所突破的，龍芯開發(fā)了一套翻譯軟件，可以將其它指令集翻譯成 LOONGARCH 的指令。

目前計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序主要分為兩大類型，一部分是基于虛擬機(jī)的托管類程序，另一部分則是直接運(yùn)行在操作系統(tǒng)上的本地化程序，動(dòng)態(tài)翻譯虛擬機(jī)方面龍芯支持 Java、JavaScript、.NET 三大虛擬機(jī)無須修改代碼。

在二進(jìn)制翻譯本地程序方面，剛剛提到的 QEUM 可實(shí)現(xiàn)針對 X86、ARM 及 MIPS 的翻譯。龍芯還專門提供了 176 條二進(jìn)制翻譯擴(kuò)展指令對于此方面進(jìn)行優(yōu)化。

龍芯的二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)名為 LAT（LoongsonArchitecture Translator）。根據(jù)最新的結(jié)果看，對于 Linux 進(jìn)程級 X86 指令集的二進(jìn)制翻譯結(jié)果，是整形性能達(dá)到原生程序的 44.4%，浮點(diǎn)性能達(dá)到原生程序的 58.5%。雖然，相較 QEMU 這個(gè)成績提升非常大，但是其中的性能損失依舊不小。據(jù)說龍芯內(nèi)部將此翻譯性能的目標(biāo)定在了原生性能的80%，筆者認(rèn)為這如果達(dá)到了原生程序性能的80%，其用戶體驗(yàn)是基本可以接受的。那么生態(tài)問題可通過這種途徑迎刃而解。

華為的大招

鴻蒙操作系統(tǒng)一“出生”就伴隨爭議，有人說鴻蒙將是民族的希望，也有人說鴻蒙只是個(gè) PPT 操作系統(tǒng)，有網(wǎng)友在購買了搭載鴻蒙 OS 1.0 智慧屏產(chǎn)品之后，通過軟件助手等工具發(fā)現(xiàn)內(nèi)核是 Linux，其操作系統(tǒng)標(biāo)示的是安卓，這與配置信息中顯示的 HarmonyOS 并不一致。鴻蒙一直以來都聲稱自己是一款微內(nèi)核操作系統(tǒng)，而 Linux 又是典型的宏內(nèi)核，所以鴻蒙1.0如果真是以 Linux 為內(nèi)核，那么就不可能是一款微內(nèi)核的操作系統(tǒng)，而這一信息一經(jīng)公布就在全網(wǎng)引發(fā)熱議。

從華為的角度來講，想建立一個(gè)完全獨(dú)立于安卓的生態(tài)實(shí)在太難了，因此兼容安卓才是最好的選擇，華為作為AOSP（Android Open-Source Project）的成員之一，為安卓貢獻(xiàn)了很多代碼，如果美國通過政府行政手段，強(qiáng)行安卓去華為化，勢必引起其它AOSP成員的反彈，不過一旦這樣的情況發(fā)生，那么華為手中再有一套兼容安卓，內(nèi)核又與安卓完全不同的鴻蒙操作系統(tǒng)，這對于我們爭取開源社區(qū)的支持，將十分有利。

鴻蒙的另一個(gè)特性微內(nèi)核的情況筆者在去年的文章《鴻蒙 OS 的微內(nèi)核技術(shù)究竟是什么》已經(jīng)介紹得比較詳細(xì)，宏內(nèi)核將內(nèi)核的功能組合在一個(gè)內(nèi)核態(tài)進(jìn)程中完成，微內(nèi)核將許多在宏內(nèi)核中的模塊移出內(nèi)核，使之運(yùn)行于用戶模式。宏內(nèi)核的好處是各功能模塊處于同一個(gè)地址空間，相互調(diào)用效率很高，弊端是體積太大，不利于在移動(dòng)設(shè)備上進(jìn)行部署。微內(nèi)核的好處是功能模塊各自獨(dú)立，體積較少，方便進(jìn)行移植也方便對其它體系的兼容。弊端是功能模塊之間變進(jìn)程間通信，CPU 上下文切換代價(jià)很大，執(zhí)行效率較低。

因此從鴻蒙微內(nèi)核與安卓兼容兩個(gè)關(guān)鍵信息結(jié)合，筆者這里猜想鴻蒙可能會利用其微內(nèi)核架構(gòu)，對于安卓生態(tài)的應(yīng)用進(jìn)行全面的繼承與兼容。同時(shí)突破微內(nèi)核的性能瓶頸，而軟硬件協(xié)同來實(shí)現(xiàn)高性能IPC，恰恰是華為所擅長的領(lǐng)域。沒準(zhǔn)海思可能正在研發(fā)一款支持高性能IPC的芯片，這也類似于阿里云的 MOC 卡，使用硬件來使不同生態(tài)之間翻譯轉(zhuǎn)換的開銷降到最低。

沒有一個(gè)冬天不會過去，也沒有一個(gè)春天不會到來，最近我們基礎(chǔ)軟件行業(yè)雖然好消息不斷，鴻蒙加海思，玄鐵加IoT，麒麟加龍芯均已問世。