此原文成稿于2004年并發(fā)布于系統(tǒng)計算研究所網(wǎng)站上，并被許多網(wǎng)站轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)眼近四年過去?，F(xiàn)重讀此文，頗有感慨。現(xiàn)校訂整理發(fā)表于此，對一些學(xué)術(shù)和技術(shù)觀點做了一些相應(yīng)的補(bǔ)充或修改。關(guān)于中國系統(tǒng)軟件的評論已經(jīng)不少。大多數(shù)是從愛國主義與民族產(chǎn)業(yè)的角度來闡述的。本文試圖從技術(shù)的角度來探討系統(tǒng)軟件，并提出中國系統(tǒng)軟件方面的問題，更為重要的是，中國的機(jī)會所在。另外對要達(dá)到長遠(yuǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)所應(yīng)該做的一些準(zhǔn)備提出一些不成熟的建議。

 

2. 系統(tǒng)軟件與操作系統(tǒng)

 

系統(tǒng)軟件是一個比較大和泛的概念，很難有一個具體的定義。一般而言，我們可以認(rèn)為：操作系統(tǒng)(OPERATING SYSTEM)，編譯器與工具鏈(COMPILER AND TOOL-CHAIN)，編程環(huán)境(特別是高性能編程環(huán)境，如PVM， MPI， GLOBUS等等)，中間件(MIDDLEWARE，如CORBA， DCOM)等都屬於系統(tǒng)軟件的范疇。

 

其中，操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件中的一個重要部份。編程環(huán)境和中間件技術(shù)都是與操作系統(tǒng)非常緊密結(jié)合在一起的。

 

一個國家在軟件技術(shù)方面的強(qiáng)弱基本上可以通過其系統(tǒng)軟件技術(shù)，或操作系統(tǒng)的水平來體現(xiàn)。

 

換句話說，一個國家在計算機(jī)軟件方面的發(fā)展戰(zhàn)略，必須對操作系統(tǒng)的研發(fā)，使用規(guī)劃等等有一個清晰的認(rèn)識和定位。不能繞過或有意規(guī)避。否則，對其它方面，如應(yīng)用系統(tǒng)，是把握不住發(fā)展脈絡(luò)的。

 

操作系統(tǒng)按應(yīng)用的領(lǐng)域劃分，一般可以分為：桌面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)等。比較典型的例子是：

 

桌面操作系統(tǒng)： Microsoft Windows Series、Linux、BSD、和其他的一些UNIX的變種。

 

服務(wù)器操作系統(tǒng)：高檔Microsoft Windows和配套的Cluster。Linux/BSD/Solaris服務(wù)器和相應(yīng)的Cluster技術(shù)等，比較熟悉的系統(tǒng)應(yīng)用如：Google的LINUX機(jī)群系統(tǒng)，Yahoo的BSD服務(wù)器機(jī)群系統(tǒng)等等。

 

嵌入式操作系統(tǒng)：從概念上來講，這是一個比較模糊和混亂的灰色區(qū)域。從傳統(tǒng)操作系統(tǒng)方面（如LINUX，BSD等），工業(yè)界和開源社區(qū)花了很多力量力圖將非實時（real-time）的LINUX系統(tǒng)向嵌入式領(lǐng)域靠攏，典型的如：Monta Vista Inc 和FSMLabs，另外VXWORKS也有很多的裝機(jī)量。這些操作系統(tǒng)一般都應(yīng)用在中低檔嵌入式系統(tǒng)方面；或高檔系統(tǒng)控制平面（CONTROL PLANE）上。

 

從嵌入式設(shè)備公司的角度，對嵌入式操作系統(tǒng)的理解與經(jīng)典的操作系統(tǒng)理解不一樣，如華為，中興，Cisco, Juniper, Foudry等在路由器，交換機(jī)公司。從這些大型通信設(shè)備公司的角度，其操作系統(tǒng)包括更廣泛的內(nèi)容，如CISCO的IOS和最近的HFR/CSR，JUNIPER的JUNOS等等，傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)在這些大型的嵌入式系統(tǒng)中扮演著一個內(nèi)核或基礎(chǔ)的地位，并且被人為的修改以滿足高檔嵌入式系統(tǒng)，特別是高端系統(tǒng)特殊的需要。當(dāng)然有一點可以肯定：即使對於CISCO和JUNIPER這樣的技術(shù)力量非常雄厚的公司而言，他們在傳統(tǒng)操作系統(tǒng)方面的能力也不強(qiáng)，這也是為什么他們系統(tǒng)的基礎(chǔ)仍然是傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)，比如CISCO 的HFR建立在QNX/NEUTRINO微內(nèi)核(Micro-Kernel)的基礎(chǔ)上。JUNOS的控制平面建立在BSD的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)平面（DATA PLANE）軟件部分建立在一個微內(nèi)核上。有一點要注意：CISCO和JUNIPER的重點是在其數(shù)據(jù)平面。但是控制平面軟件工作量和復(fù)雜性更大，要求更高。

 

在嵌入式操作系統(tǒng)方面，另外一個巨大的使用領(lǐng)域是Mission Critical Systems. 比如，美國宇航局（NASA）的火星探索器上的軟件系統(tǒng)，大型軍事監(jiān)控系統(tǒng)，航空控制系統(tǒng)等等。這方面要注意的公司是Green Hills Inc. 筆者認(rèn)為，NASA目前仍然沒有放棄VXWORKS的主要原因是代碼的歷史遺留（Legacy）問題。目前在軍事方面的OS應(yīng)用，Green Hills已經(jīng)取得了主導(dǎo)地位。Green Hills RTOS系統(tǒng)的核心是ARINC-653。在這方面，開源的LINUX，BSD 等等向ARINC-653方面發(fā)展的可能性不大，即使IBM在LINUX后面出錢出力。單靠自由軟件的力量在Mission Critical系統(tǒng)方面有所作為可能性不大。

 

從上述各個方面的闡述分析，我們要考察的是我們的貢獻(xiàn)在哪里？更重要的是，我們的重點應(yīng)該放在哪里？

 

3. 中國系統(tǒng)軟件的現(xiàn)狀

 

隨著芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)在中國的逐步發(fā)展，中國的系統(tǒng)軟件研發(fā)面臨著一個進(jìn)退維谷的境界。

 

最近幾年來，大陸陸續(xù)推出了一系列的中低端的通用CPU，SoC和一些專用的DSP芯片。通過發(fā)布的信息，可以了解一些性能參數(shù)，比如：

 

“據(jù)參與項目開發(fā)的技術(shù)人員介紹，目前的龍芯2號最高頻率為300MHz，功耗1W-2W，成品率約為80%左右。通過使用相關(guān)測試對龍芯2號的性能分析表明，相同主頻下龍芯2號的性能已經(jīng)明顯超過PII，達(dá)到PIII的水平,設(shè)計人員稱龍芯2號的設(shè)計SPEC CPU2000分值可達(dá)到300分以上，設(shè)計頻率在500MHz以上時性能可與1GHz以上的PIII或PIV的性能相當(dāng)。”

 

從上述參數(shù)可以看見，通用CPU設(shè)計方面我們已經(jīng)開始起步并且積累了一定的工程經(jīng)驗。關(guān)于龍芯的更多資料可參閱www.xtrj.org/godson. 雖然對于硅谷的CPU或網(wǎng)絡(luò)處理器公司而言，做一個MIPS的CORE的CPU是一個相對并不復(fù)雜的工程項目，但畢竟是我們自己從無到有走了一回。工程經(jīng)驗價值很大。

 

但我們在系統(tǒng)軟件領(lǐng)域基本上是沒有任何量化的成績?；臼荓INUX， BSD等的一些相對簡單的移植，基本上還沒有涉及到BSP的地步。KERNEL的重要工作和貢獻(xiàn)就更無從談起。我們在商業(yè)操作系統(tǒng)方面的工作表現(xiàn)比較清晰，也就是基本上沒有真正市場化的系統(tǒng)。在對開源操作系統(tǒng)方面的參與和貢獻(xiàn)方面，通常幾個標(biāo)志性的判別指數(shù)是：有多少人能將代碼加LINUX， BSD的代碼系統(tǒng)里？應(yīng)該是不多。有幾個有影響力的系統(tǒng)級的項目在http://sourceforge.net上？引用數(shù)是多少被用戶下載的數(shù)量是多少？開源社區(qū)的人參加共建的數(shù)目是多少？

 

我們的貢獻(xiàn)基本上接近為零。這就是現(xiàn)實。沒有任何非常突出的貢獻(xiàn)。

 

我國的商業(yè)系統(tǒng)軟件公司其實并不少。但好像主要還是在漢化方面和用戶界面的調(diào)整上做一些工作，再深一點的，就是對不同的用戶需求，做一些相應(yīng)的定制裁剪工作，比如，對企業(yè)單位的系統(tǒng)集成，調(diào)試和安裝。紅旗LINUX是其中比較典型的一個代表。下面的的鏈接是紅旗LINUX的產(chǎn)品介紹：http://www.redflag-linux.com/chanpin/index.php。在其網(wǎng)站上，對其產(chǎn)品的介紹是這樣描述的：“紅旗軟件提供高端服務(wù)器操作系統(tǒng)、集群解決方案、桌面版操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)以及技術(shù)支持服務(wù)和培訓(xùn)等一系列的Linux 產(chǎn)品和服務(wù)，開創(chuàng)全新的計算體驗，幫助企業(yè)增強(qiáng)其整體競爭力，提高個人工作效率，將用戶業(yè)務(wù)價值和Linux 的自由開放精神有力地結(jié)合在一起。”

 

我們可以看出紅旗LINUX的產(chǎn)品和市場方向：LINUX為操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，企業(yè)服務(wù)器，LINUX桌面系統(tǒng)，和嵌入式產(chǎn)品等等。下圖所示是紅旗Linux描述其“紅旗核心技術(shù)”的體系結(jié)構(gòu)。

 

 

在紅旗Linux的網(wǎng)站上，引人注目的是這樣的詞匯：“紅旗嵌入式核心技術(shù)框架”。從圖中，筆者無法判斷紅旗LINUX的技術(shù)在那里，對開源社區(qū)的貢獻(xiàn)在那里。在Linux核心的工作在那里。筆者的觀點是：還沒有或者沒有公布。與之相反， MVISTAIN(www.mvista.com )在對LINUX KERNEL PREEMTPTION對方面的貢獻(xiàn)很大，其許多工作已經(jīng)進(jìn)入LINUX 2.6中。另外，MVISTA開發(fā)的大量工具也為基於LINUX的應(yīng)用程序開發(fā)提供了非常重要的支持。

 

FSMLabs 是另外一個在LINUX領(lǐng)域，特別是實時方面，比較引人注意的一個。他們通過一個LKM的方式將原來LINUX的中斷處理程序和調(diào)度截獲，并將自己的調(diào)度算法放入其中，其模塊稱為RTCORE。通過提供一套RT_THREAD的編程方式，用戶可以編寫EITHER 用戶態(tài)的實時程序OR核心態(tài)的實時程序。這種顯示的將UNIXDOMAI與REAL_TIME DOMAIN在調(diào)度上分開的方法在一定的程度上解決了經(jīng)典UNIX(如LINUX，BSD)等等操作系統(tǒng)核心操作的非確定性而帶來的非實時性的重要問題，比如：要支持高速的硬實時的應(yīng)用；控制平面和數(shù)據(jù)平面沒有分開的中高檔網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備（如路由器，交換機(jī)，防火墻等等）。

 

上述是舉了兩個例子來說明別人的工作在什么方面。當(dāng)然，MVISTA和RTLINUX在技術(shù)上多有問題需要解決。筆者會在下面的章節(jié)中討論。

 

總之，通過閱讀紅旗LINUX其他產(chǎn)品的介紹，我們大概可以得出這樣的結(jié)論：紅旗LINUX基本上還是一個LINUX產(chǎn)品的集成和發(fā)布商，基本上無單獨二次深層開發(fā)的計劃或能力。

 

在整理此文時，筆者發(fā)現(xiàn)，紅旗Linux現(xiàn)在已經(jīng)將飛漫軟件公司的Linux為基礎(chǔ)的MiniGUI圖形系統(tǒng)融入其紅旗Linux的嵌入式解決方案中。這確實是一個不錯的進(jìn)步。在2004年這篇文章成文時，還沒有這個集成的方案。筆者認(rèn)為，MiniGUI的對低檔嵌入式設(shè)備或便攜式設(shè)備（內(nèi)存都比較?。┦且粋€不錯的應(yīng)用軟件。筆者將在以后專門寫一篇評論文章介紹飛漫軟件。

 

“一葉而知秋”。通過對紅旗LINUX的技術(shù)結(jié)構(gòu)的考察，我們可以這樣認(rèn)為，國內(nèi)其他的類似的做Linux銷售、集成、定制的操作系統(tǒng)公司應(yīng)該都處于這個層面上。

 

2006年，國防科技大學(xué)發(fā)布了其麒麟操作系統(tǒng)。這一新聞在網(wǎng)絡(luò)上引起了激烈的討論。許多BSD的技術(shù)人員通過分析得出麒麟操作系統(tǒng)其實是FreeBSD的一個克隆。其中一篇從內(nèi)核相似性分析的技術(shù)文章引起了廣泛的注意：麒麟操作系統(tǒng)內(nèi)核同其他操作系統(tǒng)內(nèi)核的相似性分析。從文章作者的數(shù)據(jù)分析，其結(jié)論是：“Kylin 2.0.0和FreeBSD 5.3的相似度達(dá)到了60.26%，與FreeBSD也達(dá)到了59.04%的相似度”， “從已知的數(shù)據(jù)我們只能說，創(chuàng)新可能只有10%到20%之間”。

 

 

其實就麒麟操作系統(tǒng)的創(chuàng)新性和獨立研發(fā)的程度，國防科技大學(xué)，在受到各方面質(zhì)疑后，也公開表示麒麟操作系統(tǒng)不是一個獨立研發(fā)的系統(tǒng)，而是一個充分利用BSD社區(qū)的微內(nèi)核Mach和FreeBSD5.x的基礎(chǔ)上經(jīng)過一些算法修改和增添一些新功能而來的。下圖所示為國防科技大學(xué)的相關(guān)聲明：

 

 

通過上述的數(shù)據(jù)和文字，筆者認(rèn)為，在肯定國防科技大學(xué)的確做出了非常多的獨立自主的技術(shù)開發(fā)之外，也要清醒的認(rèn)識到，麒麟操作系統(tǒng)離操作系統(tǒng)核心的關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新還是有不少差距的。關(guān)于筆者對麒麟操作系統(tǒng)的更多評論可參閱文章：對國防科技大學(xué)麒麟操作系統(tǒng)的思考一文。

 

下面我們來考察一下國內(nèi)的大型通信監(jiān)控軟件的發(fā)展情況。

 

華為，港灣等國內(nèi)的高端嵌入式系統(tǒng)好像沒有在系統(tǒng)軟件方面有自己的東西。從各方面的消息來看，許多產(chǎn)品是基于VXWORKS，Linux和其他一些第三方的操作系統(tǒng)。另外華為與CISCO的官司也是弄得路人皆知。筆者不知華為等高端產(chǎn)品數(shù)據(jù)平面上的軟件是什么體系結(jié)構(gòu)。但自己寫的核心的可能性不大。當(dāng)然，華為的產(chǎn)品為我們國家擋住了歐美相應(yīng)產(chǎn)品的沖擊，這是有目共睹的和值得肯定的。

 

筆者認(rèn)為系統(tǒng)軟件的研發(fā)在高校相對工業(yè)界要差一點。基本上沒有可值得特別提及的地方。85計劃的操作系統(tǒng)部分應(yīng)該是入了許多錢的。“青鳥”計劃曾經(jīng)投入了許多人力物力。結(jié)果我們大家都已經(jīng)比較了解。一個非?？上У耐度牒彤a(chǎn)出比。

 

科學(xué)院計算所“曙光”CLUSTER計算機(jī)是我們在服務(wù)器和高性能計算方面的一個成果?？上部少R。但從技術(shù)上來看，問題也是很多。筆者有幸在計算所一個出差的機(jī)會參加國家智能中心的研究生論文答辯會。從其中心的研究生論文答辯中，大概可得知曙光機(jī)的體系結(jié)構(gòu)一二。其基本上是一個機(jī)群計算的體系結(jié)構(gòu)。其操作系統(tǒng)用的是IBM的AIX 或者是Linux. 在操作系統(tǒng)之上，構(gòu)架了一系列的中間件包括：MPI，PVM和實時CORBA（TAO）. 曙光用TAO來構(gòu)架了其實時事件服務(wù)處理和整個機(jī)器的高可靠性系統(tǒng)。MPI或PVM是其并行計算的環(huán)境。當(dāng)時，智能中心的主任，博導(dǎo)孫教授說，為什么把高可靠性系統(tǒng)構(gòu)架在CORBA這么高的概念/層出上？HA能發(fā)現(xiàn)一個節(jié)點服務(wù)崩潰的速度是多少？這些都是非常好的問題。

 

從筆者的角度看，曙光的存在是非常令人振奮的，是我們的驕傲。但同時，我們要看到不足。筆者知道節(jié)點通信的快速硬件設(shè)備是自己設(shè)計的。這是非常讓人高興的事情。但在軟件方面，筆者明顯感到吃力和沒有足夠的力量。

 

另外，聯(lián)想也設(shè)計了類似曙光的機(jī)器并和計算所競爭。這是個好事情。一方面我們知道曙光的技術(shù)含量不是高不可攀。另一方面，有競爭，在高性能計算方面我們才能提高。

 

聯(lián)想應(yīng)該是國內(nèi)一個很大的計算機(jī)公司，但總體感覺其仍然是賣機(jī)器的。就象美國的DELL公司。當(dāng)然沒有什么不好。雖然擁有一個龐大的聯(lián)想研究院，但聯(lián)想好像沒有在獨立研發(fā)方面作過什么讓筆者引目的東西.

 

筆者非常寄希望于高校在GRID COMPUTING上不要錯過為我們將來的高性能計算作出基礎(chǔ)和培養(yǎng)人才的工作。在系統(tǒng)實現(xiàn)方面，筆者對高校信心不大。這一點與目前高校教師的科研素質(zhì)是密切相關(guān)的。

 

我們有了龍芯？如果沒有系統(tǒng)軟件？就像缺少了重要的一環(huán)。芯片設(shè)計與系統(tǒng)軟件的配合是緊密相關(guān)的。缺少對系統(tǒng)軟件的思考，龍芯或?qū)淼钠渌就欠葑?？拼高端？還是SoC，去搶占嵌入式系統(tǒng)和MISSION CRITICAL 系統(tǒng)？

 

最近，一些鑒定會上，一些發(fā)布會上，網(wǎng)絡(luò)上，一些德高望重的老教授和院士們都情緒激動的表示中國一定要堅持LINUX的道路，去和微軟斗。

 

有時，是乎LINUX或開源社區(qū)成了我們系統(tǒng)軟件產(chǎn)業(yè)的救星。這是正確的嗎？我們對系統(tǒng)軟件的理解只在LINUX這個層次嗎？有沒有其他的問題我們忽視了？我們對LINUX的正確態(tài)度應(yīng)該是什么？在開源領(lǐng)域，我們的立場應(yīng)該是什么？

 

4. 系統(tǒng)軟件發(fā)展趨勢分析與下一代系統(tǒng)軟件

 

在桌面系統(tǒng)上，微軟基本上控制了整個市場。LINUX/BSD/SOLARIS等的占用率基本上無可能與其對抗。放眼硅谷大小公司，不用Windows Office軟件的好像不多。應(yīng)用程序決定一切。WIN32大量的應(yīng)用使得用戶不得不用Windows.

 

在(高端)服務(wù)器方面，LINUX/BSD有一席之地。IBM在這方面下功夫不小。當(dāng)然其真正動機(jī)絕非喜歡“自由”的軟件。分布式數(shù)據(jù)庫和HA技術(shù)都是高性能服務(wù)器的要求。

 

嵌入式系統(tǒng)中，微軟目前無任何優(yōu)勢；LINUX等在低端PDA方面有一定的市場。另外要注意的是：用在思科的HFR上的微內(nèi)核QNX/NEUTRINO在智能化汽車市場上是贏家. 在高端嵌入式系統(tǒng)中，目前無任何操作系統(tǒng)能很好的勝任，微內(nèi)核技術(shù)有可能是最后的贏家。思科花費5年之久宣布了其最新的其與QNX/NEUTRINO的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。其用心良苦可見一斑。也讓我們知道，當(dāng)一個真正的大系統(tǒng)到了一定地步后，其內(nèi)核的基礎(chǔ)架構(gòu)的取向是非常重要的。而這些不是靠幾個人憑空決定的，而是多少用戶反饋的經(jīng)驗中產(chǎn)生的，是從多少個公司集成整合中的痛苦中獲得的判斷力。

 

在MISSION CRITICAL系統(tǒng)中，VXWORKS和GREEN HILLS的INTEGRITY占據(jù)一定市場。筆者認(rèn)為GREEN HILLS技術(shù)上應(yīng)該贏。其實，當(dāng)年NASA的Mars Lander由於優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)（Priority Inversion）出事后，就應(yīng)該計劃將VXWORKS逐步淘汰。

 

筆者認(rèn)為，隨著高檔NP網(wǎng)絡(luò)處理器(NETWORK PROCESSOR)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)處理器（Network Service Processor）在今后一兩年的出現(xiàn)，業(yè)界對傳統(tǒng)的NP的概念將徹底改變。原來，一談起NP，就是其非常局限的指令內(nèi)存和非常少的數(shù)據(jù)內(nèi)存。很少的和功能非常局限的功能引擎。一兩年后，高檔的NP將是一系列非常高性能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)處理器–可以同時擁有10多個通用CPU CORE，例如，MIPS CORE， ARM CORE等等；各種多個的網(wǎng)絡(luò)處理，安全處理引擎等。

 

【注：筆者在2004年的上述預(yù)測，在2006，2007年左右基本上全部實現(xiàn)。目前高端網(wǎng)絡(luò)處理器的浪潮非常兇猛，沖擊著下一代高端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計?！?/div>