峰会回顾第19期 | 多内核操作系统研究

演讲嘉宾 | 蒋金虎

回顾整理 | 廖   涛

排版校对 | 李萍萍

嘉宾简介

蒋金虎，复旦大学大数据研究院高级工程师，曾任江南计算技术研究所操作系统室主任。研究方向为高性能计算、操作系统和并行存储等。作为项目负责人承担国家多个重大专项子课题、科技支撑课题和863课题等，负责和参与的多个项目获省部级科技进步一等奖。

内容来源

第一届开放原子开源基金会OpenHarmony技术峰会——OpenHarmony高校技术俱乐部分论坛

视频回顾

正 文 内 容

多核处理器的出现大大提升了系统并行处理能力，使越来越多不同类型的应用能够同时在多核平台上进行高效的并行计算。但多核处理器的核数迅速增长、结构日益复杂，同样使操作系统在设计与优化上面临巨大挑战。复旦大学大数据研究院高级工程师蒋金虎在第一届OpenHarmony技术峰会上介绍了当前复旦大学OpenHarmony技术俱乐部的工作进展以及多内核操作系统相关研究成果。

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复旦大学OpenHarmony技术俱乐部

复旦大学OpenHarmony技术俱乐部指导单位为复旦大学团委，依托单位为复旦大学大数据研究院，支撑单位为计算机科学技术学院、软件学院、大数据学院、信息科学与工程学院以及微电子学院等。其中，复旦大学大数据研究院于2015年10月成立，并于2020年11月实体化独立运行，由邬江兴院士担任院长，20名院士担任兼职教授、10名院士担任兼职博士生导师。大数据研究院的基础系统软件研究所主要开展系统软件、软硬件协同和编译优化等科研方向的工作，包括多内核操作系统、智能存储系统、功能验证与芯片设计、已有软件生态无缝迁移等细分领域。并先后承担国家重点研发、科技支撑、核高基和上海市重点项目等项目10余项以及多项自然科学基金项目，连续发表了多篇订刊论文，并获得了多项国家级奖项，与华为、阿里、江南所等有密切合作。

大数据基础系统软件研究所相关研究方向

未来，复旦大学OpenHarmony技术俱乐部将会有10+老师和50+学生团队持续投入参与，并逐步承担以下3方面工作：（1）承接OpenHarmony课题：如技术挑战课题、社区任务课题、学术科研课题等，激励复旦大学师生开展OpenHarmony技术研究和创新探索；（2）举办技术报告和科研交流系列活动：举办技术报告、科研交流等系列线上线下活动，通过社区技术专家与复旦大学师生的互动交流，进一步吸引更多的社区开发者；（3）组织和参与国内高水平竞赛：组织和参与国内高水平的学科竞赛、技术竞赛、挑战赛（互联网+、挑战杯），在复旦大学校内识别优秀创新项目、创新人才。

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多内核操作系统研究

目前，计算应用领域正在由传统计算向移动计算、端云协同以及泛在计算不断发展演进，针对未来计算系统的研究需考虑到其硬件多样、场景复杂以及高安全等特征。硬件趋于多样后，目前操作系统无法灵活定制和适配，无法发挥异构硬件特性，导致资源竞争加剧；场景趋于复杂后，目前操作系统内核属性单一，在多场景中表现不佳，且多种场景隔离不彻底；安全趋于高标准后，目前操作系统内核缺乏内生安全能力，导致功能安全难以保障和网络安全被动防御问题。基于上述计算应用领域痛点，多内核操作系统的研究目标主要为易定制且高弹性，使操作系统可以灵活适配部署；具备多属性且适用多场景以及高安全且强隔离。

未来计算系统特点

2009年至今，Barrelfish、Fos、Mckernel、Popcorn Linux、HermitCore以及NrOS等操作系统陆续发布，多核操作系统研究逐步受到工业界以及学术界的广泛关注。

Barrelfish

NrOS

蒋金虎研究员所在团队在多内核架构领域主要研究以下3方面内容：（1）内核框架：研究多内核架构、资源虚拟化以实现对泛在硬件多样化的高效适配以及复杂场景的多内核属性支持与强隔离；（2）内核间交互：研究核间丰富通信和快速、准确和高效的共识机制以实现操作系统内生安全属性支持；（3）原型系统和验证：面向典型场景进行验证和评估,检验研究内容的正确性和有效性，并指导关键技术改进和优化。其中，在多内核架构研究方面的相关工作有：对多种操作系统的架构和运行相关机制分析，研究了构建支持同种内核的系统架构，并设计了支持不同内核的操作系统多内核架构。

团队相关领域研究进展

目前，蒋金虎研究员所在团队已经在多内核系统架构研究和设计、多种内核支持以及多种指令架构支持等方面有一定的工作进展。多内核系统架构研究和设计方面，支持同种多个内核启动和运行，支持内核动态加载，内核资源可配置，且支持16个内核引导加载；在多种内核支持方面，已经可以成功启动seL4、fiasco、zircon等多种内核，并支持不同内核的配置和不同内核动态加载；在多种指令架构支持方面，能够支持X86、ARM和RICS-V等多种指令架构平台。

多内核架构

后续，蒋金虎研究员所在团队还会进一步在（1）核间通信：内核级和应用级通信机制、同步和异步通信机制以及共享内存和消息的通信机制；（2）资源虚拟化：设备I/O空间和设备数据空间的映射、资源虚拟化的管理和配置、多种通路展开分离和整合以及虚拟化服务的Qos机制；（3）共识机制：内核的可共识机制的分析、基于多内核共识机制和优化以及构建可靠服务验证共识机制等方向继续研究工作。

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总结

OpenHarmony和OpenHarmony高校技术俱乐部是一个沟通的纽带，能够很好地促进开发者与高校师生的技术交流，也期待借助复旦大学OpenHarmony技术俱乐部这个重要平台，多内核操作系统研究能够在OpenHarmony开源技术生态上做出越来越多的贡献。

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审核编辑 黄宇