泛在操作系统研究计划

互联网时代人机物融合的泛在计算模式

Mark Weiser (opens new window)于1991年在"The Computer for the 21st Century"文章中提出了Ubiquitous Computing(泛在计算、或普适计算）的前瞻设想。所谓“泛在”，意即“无处不在、无迹可寻”。Mark Weiser认为泛在计算是主机计算（Mainframe Computing）和个人计算（Personal Computing）之后的第三次计算浪潮，在泛在计算中，计算技术退居到人们日常生活的幕后，变得无处不在、无迹可寻了，和生活密不可分。

互联网及其应用的不断延伸验证了Mark Weiser的泛在计算模式预言，特别是近年来物联网和人工智能、大数据等技术和产业迅猛发展，深刻改变了人类社会，信息技术的这种网络化、泛在化、智能化发展趋势蕴含了人-机-物和谐发展的愿景，人类社会、信息系统、物理世界互相深度融合，信息系统在给人们带来极大便利、让世界发生巨大变化的同时，自身逐渐与人类社会和物理世界深度融合，变得无处不在、无迹可寻了。

人机物融合的计算环境需要新的软件平台，以应对资源海量异构、应用需求变化频繁、应用场景动态多变的挑战，换言之，需要支持泛在计算模式的新型操作系统。泛在操作系统研究计划，即是在这样的背景下产生的。

泛在操作系统研究计划

泛在操作系统(Ubiquitous operating systems, UOS)研究计划由北京大学梅宏院士团队联合国内多所高等院校、科研机构等倡议发起，已经得到国家自然科学基金委的支持。所谓泛在操作系统，表示的是不限于传统操作系统的一类新型操作系统，提供与操作系统相同功能的系统软件层，包括：管理底层资源、为上层应用提供开发和运行支撑等。

• UOS是支持新型泛在计算应用模式的OS

  • 面向不同的计算设备，需要构建不同的UOS
  • 面向不同的应用模式，需要构建不同的UOS
  • 泛在计算的普及使得UOS无处不在

• UOS是传统操作系统概念的泛化与延伸

  • OS的概念不局限于直接运行在计算机系统上的内核（例如Linux）
  • UOS包括节点OS+运行在节点OS之上的网络OS层

• “软件定义”是UOS的重要实现途径

  • UOS的技术本质与“软件定义”是一致的
  • 通过“软件定义X”的方式来构造X的UOS

人机物融合环境对泛在操作系统的各个层次都提出了新挑战，如：

• 面向“人-机-物”的节点操作系统的构造与交互
• 人机物融合环境下海量异构资源的管理
• 面向领域的泛在操作系统构造与定制
• 新型泛在应用的开发与运行支撑
• 泛在操作系统的安全与可信保障
• 泛在操作系统的全栈垂直优化，等等。

泛在操作系统研究计划将致力于对上述各问题的研究。于此同时，该计划将研发一系列面向领域和场景的泛在操作系统实例。北京大学信息技术高等研究院泛在操作系统实验室将围绕物联网等场景和领域，研发泛在操作系统相关技术和系统，其中矽璓XiUOS (opens new window)是首先推出的面向工业物联场景的泛在操作系统实例。

参考资料

[1] Mark Weiser, "The Computer for the 21st Century", Scientific Am., vol. 265, no. 3, 1991, pp. 94–105.

[2] Hong Mei, Yao Guo, "Toward Ubiquitous Operating Systems: A Software-Defined Perspective", IEEE Computer, Vol. 51, No. 1, pp. 50-56, January 2018.

[3] Hong Mei, Yao Guo, "Operating Systems for Internetware: Challenges and Future Directions", ICDCS 2018, July 2018.