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朝鮮都有“紅星OS”,為何中國還沒有自主研發的作業系統?

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作者:騰訊新聞知識官 Zach小生

近期全球缺芯的問題引發了全面關注,與此同時,中國芯片產業、光刻機的攻堅克難也屢次被提及。但除了芯片和光刻機,中國還有一項技術被反覆提及,那就是:作業系統。

2月底,在華為Mate X2發布會上,華為消費者業務CEO余承東宣布,從今年四月份開始,華為旗艦手機可陸續升級鴻蒙系統(HarmonyOS 2.0)。

自從誕生開始,華為鴻蒙就被視為一款自主研發的國產作業系統,可以與安卓、iOS掰一掰手腕。但事實真的如此嗎?除了鴻蒙,我們還有哪些國產作業系統?這些作業系統都是自主研發的嗎?我們是否有必要自主研發一款獨立的作業系統?作業系統研發難度到底有多大?

繼《芯片十問十答》、《光刻機十問十答》之後,騰訊科技推出《作業系統十問十答》策劃,全面解讀有關作業系統的疑問。

Q1:目前全球主流作業系統有哪些?

作業系統是管理和控制計算機硬體與軟體資源的計算機程序,是直接運行在“裸機”上的最基本的系統軟體,任何其他軟體都必須在作業系統的支持下才能運行。

作業系統是用戶和計算機的接口,也是計算機硬體和其他軟體的接口。作業系統可以分為三類,分別是計算機PC作業系統,手機移動端作業系統,以及車載物聯網等作業系統。總的來說,目前主流的作業系統有五種:

一、目前大家所熟知的就是Windows作業系統,它是微軟研發的一套作業系統,已經擁有了30多年的悠久歷史,大家所熟知的有Windows 95、Windows 98,Windows 2003、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 10等等,該系統在歷史的發展中也在不斷持續更新和維護。Windows的環境簡單明了,容易上手,支持的應用軟體多,用戶也最多,而且Windows的源代碼是頂級的商業機密,無法利用其做基礎改版和複製,所以目前很難被取代。

二、安卓(Android)是谷歌公司基於Liunx在2007年發行的移動作業系統,市場佔有率大於80%。得益於國產手機的迅速發展,安卓系統快速地佔據了手機市場。到目前為止,大部分的手機在實際上使用安卓手機的概率非常高,包括目前手機上比如MIUI、EMUI這樣的系統都是基於Android進行的深度定製。

三、Linux。Linux環境是一套免費使用和自由傳播的類Unix作業系統,是一個基於POSIX(作業系統為應用程序提供的一種接口標準)的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的作業系統。

Linux是開源的免費作業系統,因其開源的特性,系統的漏洞更容易被發現,也更容易被修補。此外,因為Linux原本的人機互動界面是命令行,用戶如果不熟知Linux命令,幾乎完全無法使用這個系統,因為過於專業,Linux常被用作各種伺服器作業系統。

可以說,Linux的基本思想有兩點:第一,一切都是文件;第二,每個軟體都有確定的用途。其中第一條詳細來講就是系統中的所有都歸結為一個文件,包括命令、硬體和軟體設備、作業系統、進程等等對於作業系統內核而言,被視為擁有各自特性或類型的文件。也正是因為其源代碼開源,利用Linux為基礎的改版系統很多,所以較Windows和Mac OS來講,它容易被替代。

四、蘋果MacOS作業系統是基於Unix內核的圖形化作業系統,一般情況下在普通PC上無法安裝的作業系統,是蘋果旗下PC的專屬系統,由蘋果公司自行開發。

如今蘋果機的作業系統已經到了MacOS Big Sur,該系統的許多特點和服務都體現了蘋果公司簡潔的理念。Mac系統是蘋果公司基於Unix作業系統進行深度再開發的作業系統,完全閉源,只能運行在蘋果公司的電腦上,且該環境更加簡單快捷,深受大眾喜愛,加上蘋果生態逐漸形成,所以該系統很難被替代。

五、蘋果iOS系統,iOS是由蘋果公司開發的移動作業系統, 蘋果公司最早是在2007年1月9日的Macworld大會上公布這個系統,最初是設計給iPhone使用的,後來陸續套用到iPod touch、iPad上。

iOS與蘋果的macOS作業系統一樣,屬於類Unix的商業作業系統。原本這個系統名為iPhone OS,因為iPad,iPhone,iPod touch都使用iPhone OS,所以2010年WWDC上宣布將其改名為iOS.

Q2:如何定義自主研發的作業系統?中國目前有這樣的作業系統嗎?

一個計算機擁有了作業系統,就可以與計算機的硬體打交道,同時程序員可以用編程語言在作業系統上開發應用APP。如果沒有作業系統,計算機本身就是0和1的數字開關,有數以億記的0和1的組合需要處理器處理,然而作業系統的任務就是讓這數以億記的0和1組合為我們所用,使用者可以更輕鬆便捷地操作各個應用程序。

作業系統是一個比較模糊的詞,它可以指由作業系統內核、內核所包含的一系列基本庫和程序、可視化桌面環境組成的計算機軟體。

內核,一個底層軟體系統,它被用來管理硬體資源的訪問,並為與底層硬體互動往來提供一個平台。

編譯庫和驅動程序可以為系統和應用程序提取特定內核,以便程序員使用相同的機制來與內核和硬體互動,而不考慮其它特定的作業系統。例如,C標準庫、C++標準庫、BASH shell等。

桌面環境,這是一個圖形互動界面,用來管理電腦程序和各個應用程序。 Windows和Mac OS等作業系統只有一個桌面環境,但Linux作業系統會提供多個選項 ,如Gnome、XFCE、KDE等(三大Linux輕量級桌面環境)。

如果一個系統自下而上,從內核到驅動,從編譯庫到應用API,都是自己設計的,才算真正意義上的擁有“自主知識產權”的作業系統。UOS和麒麟系統是我國較好的自主作業系統,但很可惜還是達不到自主研發作業系統的標準,因為其核心還是借鑒的Linux的源代碼。

Q3:手機、PC作業系統已經被國外巨頭壟斷,中國還有哪些機會?

雖然在傳統的計算機作業系統和智能手機作業系統方面,國外巨頭已經壟斷,但是在物聯網、汽車等其他平台上,中國某些企業推出的作業系統還是可圈可點。

比如上面一直在說的華為鴻蒙,它是基於微內核的全場景分布式OS,將打穿手機、電腦、電視、智能穿戴等多終端領域之間的壁壘,並可兼容安卓應用及所有Web應用,是一個真正實現了覆蓋全生態的大統一系統。

小米在2020年11月5日正式推出Xiaomi Vela物聯網軟體平台,定位於輕量級應用,專門用於智能家居、可穿戴設備等算力受限設備上的物聯網嵌入式開發平台,並逐步實現在手錶、手環、音箱、智能家電、相機ISP、傳感器等更多終端設備中應用。

除此之外,多家互聯網巨頭也在物聯網領域進行嘗試突破,雖然市場前景尚未可知,但在未來物聯網作業系統領域,我們已經實現多面開花的局面,技術將不再受到限制。而且萬物互聯的設備量,遠遠大於手機的設備量,更是遠遠大於PC的設備量,誰能佔據這塊沒有競爭對手的空白市場,新的計算平台中,誰就能成為新的王者。

Q4:鴻蒙是否可以算是自主研發的作業系統?是否能完全取代安卓?

其實很多人都在關注鴻蒙是否為獨立自主的作業系統,這個也要取決於“自主”的定義。其實不論是安卓還是鴻蒙的系統部分也是採用Linux內核,如果按照自上而下一體都是華為自己設計發明的,顯然是達不到這個標準的,所以鴻蒙目前還不算是獨立自主的作業系統。而且,任正非也曾說過:華為推出的鴻蒙系統並不會取代谷歌的安卓系統。鴻蒙如果能夠有一部分生態,那也是補充,而不是主要的替代關係。

我們也可以從技術專利的角度去談論這件事,安卓作業系統是來自谷歌公司,你們要知道安卓每賣出一部手機,谷歌和微軟就會收手機廠家的專利費。

雖然微軟的 Windows 是 PC 作業系統,而安卓是手機作業系統,二者看上去沒有什麽交集。但是一些寫作業系統的最基礎的方法,早在微軟開發 Windows 的時候,就被注冊專利了,所以現在不管鴻蒙系統如何去寫,也不可能繞過去。

比如,谷歌在安卓上發明了一種優化系統方法,申請專利後,如果鴻蒙也用這種方法來去實現,那勢必要交給谷歌專利費,類似的專利有許多,這些專利就像一條溝壑,擋在了後來人開發作業系統的路上。所以鴻蒙如果還是基於安卓的系統來開發,很難超越安卓,更無法取代安卓。

Q5:面對行業內的主流作業系統,鴻蒙有多大的勝算?

實話實說,現階段鴻蒙系統還無法和安卓、iOS一較高下。仔細分析我們會發現,鴻蒙系統還得依賴於安卓生態圈,否則它將無第三方軟體可用,而iOS生態則是閉環的,也就是說蘋果的任何應用在華為手機上都無法運行。這其實相當於,iOS和安卓是兩個面積很大的“大池塘”, 老死不相往來,彼此之間沒有可以引流的水渠。而鴻蒙系統則是一個緊挨著安卓的“小池塘”,裡面的水很少,需要靠安卓這個“大池塘”來提供水源。

但鴻蒙的發展潛力是巨大的,目前對於物聯網作業系統,各個國家都在起步階段,而鴻蒙系統側重於物聯網,加上華為的生態早已達到一定的程度,只要鴻蒙系統可以達到消費者認可的狀態,肯定會一飛衝天。可以看出,鴻蒙、安卓和iOS發展方向其實各不相同。iOS系統只為蘋果設備服務;安卓廣結盟友,誓要成為全球第一大開源系統;鴻蒙則側重於物聯網領域,它的目標並不是搶佔安卓的蛋糕。可以預見的是,未來這三大系統將長期共存。

Q6:此前媒體報導的中標麒麟、UOS等,算是自主研發的作業系統嗎?

首先我們需要強調的一點是,國產作業系統基本上都是以Linux為基礎二次開發的作業系統。國內暫時還沒有自下而上的獨立開發系統。我國從很早階段就開始自主研發作業系統,例如,1980年代左右,COSIX是最早的國產研發作業系統,但由於投入不足及缺少應用軟體支持等因素,鄧元英並未成功;1999年,紅旗Linux由中科院發布1.0版,經過優化迭代,目前最新版本為紅旗Linux V11。筆者也接觸過許多國產的作業系統,以下三個是目前比較流行且深受大眾喜愛的。

1、國產“DEEP IN深度作業系統”

深度作業系統是由武漢深之度科技有限公司研發打造的,算是迄今為止國產Linux發行版當中最花功夫的一個,其界面優化效果很好,風格的類型既有WINDOWS的眾多操作習慣,又有MAC系統的美觀,並且其軟體生態圈讓人很欣慰,眾多的軟體應接不暇,多媒體應用、辦公應用,包括遊戲應用也相當不錯,截止到2017年,深度作業系統的下載超過5000萬次,它提供32種不同的語言版本,以及遍布六大洲33個國家105個鏡像站點的升級服務。在全球開源作業系統排行榜上,深度作業系統是率先進入國際前十名的中國作業系統產品。

2、中標麒麟

中標麒麟是由中標軟體有限公司研發打造,並發行於2010年,分成桌面版、通用版、高級版和安全版等以滿足不同客戶的要求,已經廣泛地被使用在能源、金融、交通、政府、央企等行業領域,屬於政府安可系統成員。在安全方面有自己的獨到之處,個人用戶的免費版本所能提供的支持有限,但是收費版本(政府採購商用版本,安可系統的)支持率很高,界面也比免費版本友善,集成了許多現成的辦公軟體,奔圖系列印表機驅動,還有一些簡單的製圖軟體,只不過在多媒體方面支持比較雞肋。

3、統信UOS

統信UOS能夠為個人用戶提供界面美觀、安全穩定的系統體驗,兼容市面上大部分的硬體設備,同時支持雙內核、系統備份還原等功能,應用生態豐富,並提供差異化的增值服務和技術支持。該系統的版本眾多,但大同小異,只是針對的閱聽人群體會有些許區別。其安裝的基本要求較高,無論是哪個版本對硬體的要求都要比前兩款的高,基本硬碟空間需求130G以上,記憶體達到4G時可以順暢運行。但不得不說,這款作業系統還是非常讓人驚喜的,界面優化效果很好,風格的類型是即有WINDOWS的眾多操作習慣,又有MAC系統的美觀,並且它的軟體生態圈讓人很欣慰,眾多的軟體應接不暇,多媒體應用、辦公應用,遊戲應用(當然不可能有WINDOWS那樣的支持率,畢竟WINDOWS作為桌面應用的先進代表佔領市場太久了)也是相當不錯,就個人版來說,家庭用戶非特殊要求的使用此款軟體還是強力推薦的!

Q7:我們是否真的有必要自主研發作業系統?如果沒有這樣的作業系統,我們會面臨哪些風險?

隨著網絡技術的不斷發展,信息安全顯得愈加重要。作業系統作為各種應用軟體的平台,是所有軟體的基礎,是最基本、最重要的一部分。很多人認為我們的作業系統是很安全的,但殊不知,Linux的系統核心技術是來源於美國的。

值得提出的一點是:任何作業系統其實都在內核中預置了“後門”,Windows如此,Linux也不例外。作業系統開發者可以自由出入後門,為所欲為,包括收集系統信息、篡改系統數據、干擾系統運行、使計算機系統“當機”等;個別國家已經研發出了針對Windows, Linux, MacOS等作業系統的武器,可以隨時竊取,刪除信息,並注入木馬等危害,這與我們的生活息息相關。如果我們的所有作業系統被所謂的武器或者後門攻擊,我國的各種計算機,手機,交通系統,電力能源系統,國防系統,醫療系統,北斗導航系統,天氣系統等都無法工作,這簡直就是災難,所以非常有必要研發出屬於我們自己的作業系統。

但作業系統研發的難度是全流程的,開發非常難。因為作業系統實際上是用戶、軟體、硬體三者的接口程序。從底層看,需要兼容的硬體五花八門,作業系統需要考慮的不僅僅是各個硬體上的可用性,還需要考慮效率等其他因素;從軟體角度看,需要大量的軟體做作業系統適配,做作業系統想要有人使用,軟體生態非常重要,之前的國產作業系統,包括手機和PC作業系統都死在了軟體生態上。從用戶的角度來看,美觀、實用、高效、安全、穩定缺一不可,哪一條拿出來都砸死一片作業系統。

Q8:此前媒體報導朝鮮都有自己的作業系統——紅星,這款作業系統技術含量如何?

其實紅星 OS也是朝鮮根據 Linux 系統開發的一款PC端作業系統,它主要基於 Linux 在2009年推出的更新版本 Fedora 11 開發,並在2011年正式推出。而目前使用的紅星 OS 是其在2013年更新後的第三個版本。最初,它的外觀類似於 Windows ,而更新後的紅星 OS 則看上去更像蘋果的 Mac OSX。

不過,雖然這套系統已經開發了很多年,但它並沒有連接到萬維網上,只能連接自己國內的網絡,去一些他們的政府網站及被朝鮮官方認可的網站上逛逛,而且外圍世界的人們也不了解這個系統本身的情況。

德國的兩位安全專家在分析紅星 OS 後,表示紅星 OS 的特點帶有很多監視的特性,比如它能夠對系統中不同類型的文件進行追蹤,這樣他們就能夠查看不同文件的走向。

Q9:如果中國要發展作業系統,應率先在哪個領域進行突破?

其實最難的問題還是是否要從零開始研發芯片架構,內核,GRUB以及可編程接口,這些軟體都是國外在三十年前開始迭代優化的,每個部分都有上千頁的規範說明,開發設計也極其複雜;若是想要完完全全地自主設計開發,就必須從底層軟體開始,一口吃不成大胖子,淺心研究個十年左右,可能會有我國的自主品牌誕生。

生態構建是作業系統能否取得成功的核心,構建生態型的作業系統,需要從產品、服務、技術、研發、人才等多個領域著手。例如打造優勢產品、提升技術,完善系統版本的更新換代、培養更多的專業人才開展研發計劃等等。

作業系統的開發其實是很龐大的工程,所需要的技術比較廣泛。主要有三大步驟:

第一步是編程語言,這是開發作業系統基礎, 目前廣泛的是匯編語言和C語言(效率更高);

第二步:指定作業系統的計劃,有8大要點:

(1)作業系統準備在何種媒介上運行,比如硬碟,光驅等;

(2)確定作業系統支持方向,比如是否支持用戶界面,還是只需要命令行界面即可;

(3)確定作業系統支持哪些平台處理器,比如,X86架構,ARM架構的處理器;

(4)確定內核方面是否從零開發(C or C++),還是使用 Linux 內核擴展來開發作業系統;

(5)確定啟動程序使用GRUB,LILO還是從0開發, 這塊需要對底層軟體BiOS/UEFI(硬體和軟體的接口)有一定了解,因為硬體的操作都是需要BiOS的中斷服務來控制的;

(6)確定可編程接口,目前現成的是POSIX,所有UNIX的系統都或多或少的支持該接口,目前流行的MacOS,Linux都是基於UNIX的作業系統;

(7)確定設計系統的方向,單片機系統(速度快)還是微內核系統(容錯機制和可靠性);

(8)確定高效安全開發模式,最好使用雙啟動模式,防止數據被抹除或者丟失;

第三步:在作業系統到達某個階段,可以發行開源版本,讓客戶和用戶測試使用和反饋,提前發現問題;循環上述三個步驟可以優化作業系統,滿足用戶需求,增加系統使用年限,為自身的生態做準備。谷歌的Android系統,就是開源模式下極具代表性的典型案例。憑借免費、開源的兩大特點,安卓系統得到廣大手機廠商和開發者的擁戴,一路突飛猛進躋身成為市場份額第一的作業系統,從而達到生態系統和市場渠道的雙贏,一舉多得。但總而言之,作業系統屬於底層軟體的一種,想要開發好,還需要懂得其他的底層軟體。

Q10:為何日韓和歐洲各國也都鮮有自主研發的作業系統?

目前世界三大作業系統都來自美國,包括谷歌,微軟和蘋果公司。有不少中國人,甚至連美國人都會疑惑,中國目前在信息產業上發展這麽快,為什麽沒有像Windows,Linux和安卓這種世界聞名的作業系統呢?

其實這個和作業系統的硬體發展有很大的關係。首先,作業系統是搭配硬體一起出現的。比如微軟公司的微軟系統,是和微軟電腦一起出現的,隨後佔據了幾乎全部的電腦作業系統市場份額,蘋果作業系統是和蘋果手機和蘋果電腦一起出現的,迄今為止,這套作業系統依然是蘋果公司獨有的,但蘋果公司就是憑借自己產品的優勢,實現了作業系統的普及。但很可惜的是,中國的科技企業目前並沒有出現跟微軟和蘋果一樣的標誌性產品。就算是華為公司,目前的手機作業系統也是使用了安卓,這就是先入為主的原理。

此外,不只是中國,世界上其他電子產業發達的國家,比如韓國日本和歐洲等,目前都沒能研發出可以跟Windows,Linux等媲美的作業系統。

因為這同樣面臨著大規模推廣的難題,為了打敗其他對手,美國的谷歌,微軟和蘋果公司經過了幾十年的市場競爭,通過收購等多種手段,建立起了自己的作業系統帝國。

有人說開發作業系統未必很難,但是開發一個受人喜歡的具有商業價值的作業系統簡直難於上青天,最大的問題就是生態環境。其實每個國家都有自己的國產作業系統,不過這類系統一般不適合民用,都是軍事之類的用途。

不論如何,華為鴻蒙系統的成功研發,包括國產“DEEP IN深度作業系統”的多項應用,相比起之前完全依靠英美等國作業系統的局面來說,都是一個不小的進步。技術在進步,時代在發展,研發我國完全獨立自主的計算機作業系統仍舊任重道遠。

對於中國未來作業系統的發展,複製別人的技術永遠都不是創新,自主研發這個口號人人都會喊,但實行確實艱難無比。尤其對於芯片和作業系統,是需要投入大量的時間、金錢,才會有所收獲。目前,國產作業系統已經初具雛形,只要靜心去搞研發,筆者堅信,在未來的十年,我們會收獲一個為之驕傲的真正實現自主的作業系統。“能打敗安卓的,一定不是另一個安卓,而是下一個。”。

【版權聲明】本文著作權歸文章作者(筆名:Zach小生)所有,任何第三方未經授權,不得轉載。

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