Interpretazione del sistema operativo 2021

Dal punto di vista dell'innovazione tecnologica, il sistema operativo ha raggiunto il tetto dell'innovazione e non ha subito modifiche sostanziali da molti anni. Ma allo stesso tempo, abbiamo anche assistito ai cambiamenti apportati dal cloud computing e dall'integrazione multi-terminale al sistema operativo, e anche il popolare meta-universo porterà nuovi impatti e opportunità al sistema operativo. Da questo punto di vista, il sistema operativo è alla vigilia di grandi cambiamenti e persino "è probabile che si verifichino alcuni cambiamenti sovversivi".

Guardando indietro al 2021 del sistema operativo, quelle politiche di creazione di credito che aprono la strada e rafforzano la fiducia sono destinate ad essere inevitabili.

In 2021, questi grandi eventi meritano attenzione

Oggi, il sistema operativo è in sviluppo da quasi 70 anni. Molti esperti intervistati hanno dichiarato a Windows 11 Tips che dal punto di vista dell'innovazione tecnologica, il sistema operativo ha raggiunto il tetto dell'innovazione e non ha subito modifiche sostanziali da molti anni. “Dal punto di vista della curva di maturità della tecnologia Gartner (Hype Cycle), il sistema operativo è destinato a trovarsi alla fine della fase di maturità della piattaforma. A giudicare dallo sviluppo dei settori tecnologici fondamentali dei sistemi operativi come Linux e Windows negli ultimi anni, può davvero continuare a influenzare il futuro. C'è sempre meno innovazione tecnologica".

Altre innovazioni si verificano nell'ecosistema Linux e queste direzioni tecnologiche emergenti operano anche in diverse sottofondazioni Linux di nuova costituzione. Ad esempio, CNCF promuove lo sviluppo della tecnologia cloud native, mentre Hyperleger promuove lo sviluppo della tecnologia blockchain. Inoltre, a causa dello sviluppo di alcuni hardware di rete e storage ad alta velocità, sono comparsi gradualmente molti progetti software di sistema che aggirano il collo di bottiglia del kernel. Ad esempio, i progetti DPDK e SPDK guidati da Intel hanno ulteriormente gettato un'ombra sul futuro dello sviluppo della tecnologia del kernel Linux.

Questo sembra anche indicare in una certa misura che lo sviluppo dei sistemi operativi tradizionali, in particolare il campo kernel, sta affrontando il collo di bottiglia dell'innovazione e dello sviluppo. Tuttavia, poiché l'ecologia dei chip è cambiata negli ultimi anni, la concorrenza nel campo dei chip è aumentata e sono emerse nuove direzioni come l'elaborazione eterogenea e xPU, la ricerca e lo sviluppo del kernel Linux hanno mostrato una tendenza alla ripresa.

Dal punto di vista dell'ecologia dell'hardware, lo sviluppo di chip ARM e RISCV e persino di chip x86, come Sapphire Rapids, hanno portato anche molte nuove funzionalità del kernel, lasciando molto spazio all'immaginazione nella direzione della futura combinazione di software e hardware. Per far fronte allo storage ad alta velocità e al nuovo hardware di rete, il kernel Linux introduce anche un framework I/O asincrono io_uring ad alte prestazioni, che può accelerare significativamente le prestazioni delle applicazioni ad alta intensità di I/O. Nello stack di rete sono apparse anche ulteriori ottimizzazioni per le reti 100G/400G.

Dal punto di vista dell'ecologia del software, l'emergere della tecnologia eBPF ha reso il kernel Linux "programmabile", migliorando efficacemente l'efficienza degli sviluppatori del kernel. Negli ultimi anni il campo applicativo si è esteso anche dall'iniziale tracciamento dinamico e debugging e applicazioni di rete alla sicurezza del kernel, Nuovi tentativi nel campo degli schedulatori e dello storage. Il kernel Linux ha anche iniziato ad accettare il nuovo linguaggio di programmazione Rust, offrendo più scelte per il linguaggio di sviluppo dei moduli del kernel.

Nel complesso, gli ultimi due anni di iterazioni del sistema operativo non sono entusiasmanti come i precedenti, ma sono anche pieni di nuova vitalità.

Grandi eventi in diverse aree di applicazione

Se distinti in base alle aree applicative, i sistemi operativi server, i sistemi operativi desktop e i sistemi operativi mobili hanno anche questi grandi eventi degni di attenzione.

  1. Sistema operativo server

CentOS 8 è fuori manutenzione

CentOS 8 è un sistema operativo server rilasciato dal progetto CentOS, che è stato ufficialmente rilasciato il 24 settembre 2019. Originariamente, Red Hat, la società madre del progetto CentOS, aveva promesso il supporto ufficiale per CentOS 8 per un massimo di dieci anni, ma su L'8 dicembre 2020, il progetto CentOS ha improvvisamente annunciato che CentOS 8 terminerà il supporto alla fine del 2021 e CentOS 7 sarà nella sua vita. Dopo la fine del ciclo (30 giugno 2024), la manutenzione verrà interrotta. Nel prossimo anno, ci concentreremo su CentOS Stream.

La sospensione della manutenzione di CentOS 8 ha rapidamente causato accese discussioni. Negli ultimi anni, CentOS ha sempre occupato una posizione dominante nel mercato, ed è anche la "configurazione standard" di molte aziende in Cina. Sebbene questa sia solo una decisione aziendale presa da una società commerciale, il suo impatto sul settore è evidente. La sospensione della manutenzione di CentOS 8 obbliga le aziende a sostenere alcuni rischi per la sicurezza in futuro. Migrare o meno, dove migrare e come migrare sono diventati problemi difficili per molte aziende.

  1. Sistema operativo desktop

Più versioni di Windows 10 vengono ritirate una dopo l'altra e debutta Windows 11

Dopo che l'aggiornamento del sistema operativo Windows 7 è stato ufficialmente interrotto il 14 gennaio 2020, nel 2021, più versioni di Windows 10 inaugureranno anche un'"ondata di pensionamento".

L'11 maggio la fine del servizio di Windows 10 versione 1803 (edizione Education e Enterprise), 1809 (edizione Education e Enterprise) e 1909 (edizione Home e Professional); 14 dicembre, fine del servizio di Windows 10 versione 2004 (tutte le edizioni) .

Il 24 giugno Microsoft ha rilasciato ufficialmente il sistema operativo Windows 11 e il 5 ottobre Windows 11 è stato lanciato completamente. Vale la pena ricordare che Windows 11 ha attirato molta attenzione sul sottosistema Android (Windows Subsystem for Android), che può eseguire direttamente le applicazioni Android per arricchire ulteriormente l'ecosistema delle applicazioni.

  1. Sistema operativo mobile

Huawei ha rilasciato ufficialmente il sistema operativo per telefoni cellulari Hongmeng e OpenHarmony sarà ecologicamente interoperabile con OpenEuler in futuro

Il 2 giugno Huawei ha rilasciato ufficialmente il sistema HarmonyOS 2 e diversi nuovi smartphone dotati di HarmonyOS 2. Ciò significa che i telefoni cellulari Huawei diranno addio al sistema Android e HarmonyOS è diventato così il primo sistema operativo domestico ad essere portato su smartphone. Oltre ai telefoni cellulari, HarmonyOS può essere montato anche su una varietà di dispositivi terminali come tablet, dispositivi indossabili intelligenti e schermi intelligenti.

Il 25 settembre Huawei ha annunciato che OpenHarmony e OpenEuler condivideranno capacità e interagiranno ecologicamente. Al momento, le tecnologie principali dei due sistemi operativi sono state condivise e, in futuro, le funzionalità saranno condivise nel sistema operativo di sicurezza, nei linguaggi di programmazione, nei framework dei driver dei dispositivi e nei soft bus distribuiti.

Tendenze tecnologiche

Il sistema operativo e il chip insieme costituiscono la base dell'era digitale e gettano le basi per le applicazioni di livello superiore. Negli ultimi 30 anni, la più grande forza trainante per l'innovazione nei sistemi operativi è arrivata dai chip. Negli ultimi anni, con il rallentamento della legge di Moore, anche la tecnologia nel campo dei chip è cambiata.

Confrontando il trend di crescita della larghezza di banda della rete con il trend di crescita delle prestazioni della CPU per uso generico, è possibile riscontrare un fenomeno interessante: il tasso di crescita delle prestazioni della larghezza di banda è sbilanciato. Soprattutto in ambito finanziario, cloud computing, data center e altri scenari, la crescita delle prestazioni delle CPU per uso generico non è sempre più in grado di tenere il passo con la crescente domanda di larghezza di banda di rete, quindi è necessario trovare nuovi calcoli che possano portare a una crescita più rapida nell'elaborazione potenza rispetto ai processori generici. patata fritta. DPU è nato.

Nell'ottobre 2020, NVIDIA lo ha posizionato come "terzo chip principale" nel data center dopo CPU e GPU nella sua strategia di prodotto DPU. Lo stesso giorno, NVIDIA ha rilasciato la nuova serie di processori BlueField DPU, che non solo supporta le funzioni di elaborazione di rete, sicurezza e archiviazione, ma realizza anche servizi a livello di infrastruttura come la virtualizzazione della rete e il pool di risorse hardware.

Nel 2021, DPU avrà un supporto più ampio sul sistema operativo. “Nel 2021, la tendenza tecnologica più inaspettata è lo sviluppo del calcolo eterogeneo rappresentato da DPU”. Molti esperti intervistati hanno detto a InfoQ.

Nell'aprile 2021, NVIDIA ha rilasciato una nuova generazione di processore di dati NVIDIA BlueField-3 DPU. Questa è la prima DPU progettata per l'intelligenza artificiale e il calcolo accelerato. È ottimizzato per ambienti cloud-native multi-tenant e fornisce definizioni software a livello di data center. E servizi di rete, storage, sicurezza e gestione con accelerazione hardware.

A giugno Intel ha rilasciato il prodotto IPU (che può essere considerato come la versione Intel della DPU), che ha scaricato tutte le funzioni dell'infrastruttura sulla scheda di rete intelligente, che può liberare completamente la potenza di calcolo della CPU precedentemente utilizzata per la gestione dell'Hypervisor.

Nello stesso mese, Marvall ha rilasciato il prodotto OCTEON 10 DPU, che non solo ha potenti capacità di inoltro, ma ha anche eccezionali capacità di elaborazione AI.

La sinergia software e hardware di Apple viene utilizzata anche per ottenere l'effetto di 1+1>2.

Nell'ottobre 2021, Apple ha rilasciato due processori sviluppati internamente, M1 Pro e M1 Max, corrispondenti ai nuovi chip, e macOS ha anche introdotto gli aggiornamenti. “Apple ha ridisegnato alcune funzioni del chip M1 e il sistema operativo supporta queste funzioni per ottenere una svolta nelle prestazioni. Un'azienda ottiene l'effetto della divisione del lavoro in passato attraverso uno stretto coordinamento software e hardware, che è anche una direzione nel settore. .”

È prevedibile che man mano che i chip si spostano verso la personalizzazione sul campo, i chip fioriranno inevitabilmente in futuro. Questo porta anche nuove sfide al sistema operativo: come possiamo supportare così tanti chip e dare pieno gioco alle capacità dei chip? Per quanto riguarda il sistema operativo domestico, come supportare al meglio l'architettura hardware domestica è anche il prossimo problema a cui devono rispondere i produttori di sistemi operativi e il personale di ricerca e sviluppo.

Chip open source rappresentato da RISC-V

I limiti del set di istruzioni esistente nel campo IOT divennero gradualmente evidenti e nacque il set di istruzioni RISC-V.

RISC-V è un'architettura del set di istruzioni (ISA) open source basata sul principio del set di istruzioni ridotto (RISC). Rispetto alla maggior parte dei set di istruzioni, il set di istruzioni RISC-V può essere utilizzato liberamente per qualsiasi scopo, consentendo a chiunque di progettare, produrre e vendere chip e software RISC-V.

Nel 2015 è stata costituita la Fondazione RISC-V; nel 2018 la China RISC-V Industry Alliance è stata formalmente costituita a Zhangjiang, Shanghai. Finora, RISC-V ha creato un ecosistema completo di progettazione di sistemi operativi, compilatori, set di istruzioni, processori e SoC. Il campo RISC-V sta ancora crescendo rapidamente e sta iniziando ad appiccare un incendio nella prateria. Nello stesso anno, la Cina ha annunciato l'istituzione della RISC-V China Alliance alla Wuzhen Internet Conference, con Ni Guangnan, un accademico dell'Accademia cinese di ingegneria, in qualità di presidente dell'alleanza.

In precedenza, Ni Guangnan, un accademico dell'Accademia cinese di ingegneria, ha sottolineato che in futuro RISC-V potrebbe svilupparsi in una delle CPU mainstream del mondo, formando così una struttura in tre parti nel campo delle CPU di x86, Arm e RISC-V.

A livello nazionale, ci sono molti produttori di chip che sviluppano prodotti basati sull'architettura RISC-V. Ad esempio, la società di chip di Ali, Pingtou, aveva rilasciato il chip RISC-V Xuantie 910 nel 2019. Nel maggio 2021, Huawei HiSilicon ha lanciato una Si chiama scheda di sviluppo Hi3861. Alcuni addetti ai lavori hanno sottolineato che questa scheda di sviluppo utilizza il primo chip di Huawei basato sull'architettura RISC-V.

"Lo sviluppo di RISC-V ha inaugurato la primavera di DSA (Domain Specific Architecture), che pone nuove sfide alla tecnologia e all'architettura del sistema operativo e offre anche nuove opportunità per l'aggiornamento del settore dei sistemi operativi". Gli esperti intervistati hanno detto che InfoQ ha detto.

La vigilia del grande cambiamento

Come accennato in precedenza, il sistema operativo non ha subito sostanziali modifiche nel corso degli anni. Lo sviluppo del veterano Linux ha raggiunto il suo apice ed è quasi invincibile nel campo dei sistemi operativi server, e principianti come Fuchsia OS e HarmonyOS sono ancora sulla strada del miglioramento continuo. Ma quello che si può vedere è che il sistema operativo è alla vigilia di grandi cambiamenti, e anche "è probabile che si verifichino alcuni cambiamenti sovversivi".

Inutile dire che il sistema operativo risente molto della morfologia informatica. Con la diffusione dei server x86 e della tecnologia di virtualizzazione, il mondo è entrato nell'era del "data center definito dal software (SDDC)". Nell'evoluzione del cloud computing, le attuali principali risorse informatiche sono ancora sotto forma di macchine virtuali, che non hanno ancora raggiunto i requisiti della forma definitiva di cloud computing che fornisce potenza di calcolo come l'energia idroelettrica.

“Attualmente, le nuove forme di elaborazione non sono realmente decollate. Sia serverless che cloud native stanno subendo una drastica evoluzione", ha affermato l'esperto intervistato.

Ma Tao, uno dei fondatori del team del kernel Alibaba, una volta ha scritto in "Qual è il cloud nativo del sistema operativo?" "Come accennato nell'articolo, se il sistema operativo è "evoluto dal cloud" nell'era dei container e di Kubernetes, quindi nell'era serverless, dobbiamo creare completamente un nuovo sistema operativo cloud-native. Il sistema operativo cloud-native deve essere ottimizzato e rimodellato nel suo insieme, in modo da fornire migliori capacità di sistema sottostanti per Serverless. Di conseguenza, anche l'ambiente operativo di base, la flessibilità delle risorse e le capacità di esecuzione efficiente verranno notevolmente rilasciate.

Vale la pena ricordare che la Linux Foundation ha istituito la Cloud Native Computing Foundation (CNCF) già nel 2015 per promuovere ulteriormente lo sviluppo del cloud computing nativo.

“Nell'era cloud-native, siamo relativamente vicini al mondo, inclusa la scala industriale e il livello tecnologico. Questa è un'opportunità per noi di raggiungere il livello mondiale in nuovi scenari". Gli esperti intervistati hanno dichiarato a InfoQ: "Il prossimo passo dell'evoluzione Le tendenze includono elaborazione eterogenea, serverless, elaborazione privata, leggera, intelligente, ecc."

Integrazione multi-terminale

Nel giugno 2021, Apple ha aggiunto una funzione di controllo del collegamento chiamata "Universal Control" a macOS Monterey e iPadOS 15. Gli utenti possono trascinare liberamente il mouse su Mac e iPad per eseguire operazioni di trasferimento di file drag-and-drop. . Questo design cross-device rende l'esperienza tra Mac e iPad o iPhone più fluida e fluida. Attraverso l'integrazione dell'ecologia del cellulare e del PC, si verifica una meravigliosa reazione chimica.

Tecnicamente, questa soluzione di integrazione multi-terminale deve risolvere il problema della migrazione. “La migrazione di Apple dall'architettura Intel all'architettura ARM richiede un profondo accumulo tecnico per ottenere una migrazione fluida, ei prodotti possono essere altrettanto fluidi. Questo è ciò che i produttori nazionali devono continuare a imparare". L'esperto intervistato ha detto. Dal punto di vista ecologico, l'integrazione multi-terminale richiede anche una migrazione senza soluzione di continuità, e questa è anche la difficoltà maggiore nell'integrazione multi-terminale.

Al momento, oltre alla perfetta integrazione di Apple tra Mac e iPad, il sistema operativo Windows 11 di Microsoft offre anche il sottosistema Android, che può eseguire direttamente le applicazioni Android. In Cina, il sistema operativo Kirin ha aperto telefoni cellulari, tablet, PC, ecc., per ottenere l'integrazione multi-terminale. OpenHarmony condividerà anche capacità e interoperabilità ecologica con OpenEuler.

Meta universo

Nel 2021, il concetto di meta-universo è in fiamme.

Secondo la ricerca, la forma ideale del metaverso è "un sistema sociale con un'esperienza immersiva estrema, un'ecologia ricca di contenuti, un sistema sociale super-temporale, un sistema economico di interazione virtuale e reale e una comunità digitale super-grande che può rispecchiare la realtà". della civiltà sociale umana”. C'è una visione secondo cui solo le applicazioni a livello di sistema operativo possono creare una nuova ecologia e solo i sistemi operativi hanno il potenziale per diventare un meta-universo.

“L'intera catena industriale su Metaverse deve essere costruita sull'ecosistema integrato del cloud e dell'edge. Dall'estremità VR/AR al dispositivo di rilevamento, dall'Internet of Things all'edge, se Metaverse vuole ottenere una buona esperienza, deve risolvere il ritardo. Oltre alla località di accesso ai dati, ciò richiede anche una potenza di calcolo estremamente elevata". Gli esperti intervistati hanno detto a InfoQ.

In futuro, in una tale infrastruttura integrata lato cloud, quale chip e piattaforma di elaborazione possono risolvere questi problemi deve ancora essere esplorato. Questo è sia un impatto che un'opportunità per i futuri sistemi operativi.

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