2021 年，操作系統站在巨變的前夜。

本文是“2021 InfoQ 年度技術盤點與展望”系列文章之一，由 InfoQ 編輯部制作呈現，重點聚焦操作系統在 2021 年的重要進展、動態，希望能幫助你準確把握 2021 年操作系統的核心發展脈絡，在行業內始終保持足夠的技術敏銳度。

“InfoQ 年度技術盤點與展望”是 InfoQ 全年最重要的內容選題之一，將涵蓋架構、AI、大數據、大前端、云計算、數據庫、中間件、操作系統、開源、編程語言十大領域，后續將聚合延展成專題、迷你書、直播周、合集頁面，在 InfoQ 媒體矩陣陸續放出，歡迎大家持續關注。

特此感謝劉壽永、劉成城、孟慶彬、王伶卓、楊勇、張繼德(按姓名首字母排序)對本文的貢獻，他們的真知灼見，是本文能與大家見面的關鍵。

從科技創新的視角來看，操作系統已經觸到了創新的天花板，并且多年未發生本質上的變化。但與此同時，我們也看到了云計算、多端融合為操作系統帶來的改變，甚至時下大火的元宇宙也會為操作系統帶來新的沖擊與機會。從這一視角來看，操作系統正站在巨變的前夜，甚至“很可能會出現一些顛覆性的變化”。

回顧操作系統的 2021，一定繞不開那些引領方向、強化信心的信創政策。

2021 年 3 月，國務院在《政府工作報告》中指出，堅持創新在我國現代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發展的戰略支撐。制定實施基礎研究十年行動方案，提升企業技術創新能力，激發人才創新活力，完善科技創新體制機制，全社會研發經費投入年均增長 7% 以上、力爭投入強度高于“十三五”時期實際。

同樣在 3 月，工信部直屬事業單位“中國電子學會”聯合 16 家企業和機構共同發布的《中國信創產業發展白皮書 (2021)》 指出，未來三年信創產業將開始在重點行業領域全面推廣，產業迎來黃金發展期，至 2023 年我國信創市場容量將突破萬億元。

5 月，總書記在兩院院士大會上強調，要加強原創性、引領性科技攻關，堅決打贏關鍵核心技術攻堅戰。

此外，2021 年，操作系統領域還發生了哪些值得關注的大事件?

1 2021年，這些大事件值得關注

到今天，操作系統已然發展了近 70 個年頭，不少受訪專家對 InfoQ 表示，從科技創新的視角來看，操作系統已經觸到了創新的天花板，并且多年未發生本質上的變化。“如果從 Gartner 技術成熟度曲線(Hype Cycle)上來看，操作系統必然處于成熟度最末端的平臺期，從近年來 Linux、Windows 等操作系統核心技術領域發展情況來看，真正能夠持續影響未來的技術創新越來越少了。”

更多的創新發生在 Linux 生態，而這些新興的技術方向也都在新成立的幾個 Linux 子基金會運作。例如，CNCF 推動云原生技術的發展，而 Hyperleger 則是推動區塊鏈技術的發展。此外，由于一些高速存儲、網絡硬件的發展，逐漸出現了很多繞開內核瓶頸的系統軟件項目。例如，Intel 主導的 DPDK、SPDK 項目，也進一步給 Linux 內核技術發展的未來蒙上了一層陰影。

這也似乎從一定程度上說明，傳統形態的操作系統的發展，特別是內核領域，面臨著創新發展的瓶頸。不過，隨著近年來芯片生態發生變化，芯片領域的競爭升級，異構計算、xPU 等新方向的出現，Linux 內核研發出現了回暖的趨勢。

從硬件生態角度看，ARM、RISCV 的芯片的發展，甚至是 x86 芯片，例如 Sapphire Rapids，也帶來了不少內核新特性，為未來軟硬結合的方向帶來不少想象的空間。應對高速存儲、網絡新硬件，Linux 內核也引入了高性能異步 I/O 框架 io_uring，能顯著加速 I/O 密集型應用的性能。網絡棧還出現了針對 100G/400G 網絡的更多優化。

從軟件生態角度看，eBPF 技術的出現讓 Linux 內核“可編程”，有效提高了內核開發人員的效率，近年來的應用領域也從最初的動態跟蹤調試、網絡領域的應用，延伸到了內核安全、調度器、存儲領域的新嘗試。Linux 內核也開始接受新的編程語言 Rust，讓內核模塊的研發語言有了更多的選擇。

整體而言，操作系統近兩年的迭代雖不如早期那樣更讓人激動，但也煥發了新的生命力。

行業動態2021 年 8 月 12 日，Linux 基金會旗下的非營利性組織 eBPF 基金會正式成立。該基金會致力于推動開源項目 eBPF 的發展，支持 Linux 和其他開源技術的商業增長。

12 月 22 日，開源操作系統社區 OpenCloudOS 正式宣布成立。騰訊及寶德、北京初心、北京紅旗、飛騰、浪潮、龍芯中科、OPPO、先進開源、中電科申泰、中科方德、兆芯等 20 余家操作系統生態廠商及用戶成為首批創始單位。

各應用領域大事件如果按照應用領域進行區分，服務器操作系統、桌面操作系統、移動操作系統還有這些值得關注的大事件。

服務器操作系統CentOS 8 停止維護

CentOS 8 是 CentOS 項目發布的服務器操作系統，于 2019 年 9 月 24 日正式發布。原本 CentOS 項目母公司 Red Hat 承諾對 CentOS 8 的官方支持將長達十年，但在 2020 年 12 月 8 日，CentOS 項目突然宣布，CentOS 8 將于 2021 年底結束支持，而 CentOS 7 將在其生命周期結束后(2024 年 6 月 30 日)停止維護。接下來一年，會把重心放到 CentOS Stream 上。

CentOS 8 的停止維護迅速引發熱議。近幾年，CentOS 在市場上一直占據主導地位，在國內也是眾多企業的“標配”。盡管這只是商業公司做出的一個商業決定，但其對行業帶來的影響不言而喻。CentOS 8 的停止維護使得企業在未來不得不承擔一定的安全風險，遷移或不遷移、遷移去哪里、如何遷移成了擺在很多企業面前的難題。

但與此同時，CentOS 8 停止維護也昭示著國內操作系統必然面臨格局洗牌，對操作系統廠商和研發人員而言，機會與挑戰并存。

全新開源操作系統“龍蜥”亮相阿里云云棲大會

2021 年 10 月，龍蜥社區在阿里云云棲大會上首次登臺，全新龍蜥操作系統 Anolis OS 也重磅亮相，并宣布完全開源，以中立社區的方式運作。

龍蜥操作系統定位于服務器端，支持 x86、ARM 等多種芯片架構和計算場景，搭載 RHCK 和 ANCK 兩種不同版本的內核，性能和穩定性經受住了歷年雙 11 的嚴苛考驗，給云上典型用戶場景帶來 40% 的綜合性能提升，故障率降低 50%，兼容 CentOS 生態，提供平滑遷移方案，并提供全棧國密能力。

龍蜥、歐拉相繼捐贈給開放原子開源基金會

2021 年 11 月 4 日，龍蜥社區宣布，由阿里云、統信軟件等 14 家單位聯合開源的龍蜥操作系統將捐贈到開放原子開源基金會，當前已全票通過項目孵化評審中的技術達標評審，即將進行法務合規性審核。

11 月 9 日，華為在操作系統產業峰會 2021 上宣布，華為攜手社區全體伙伴共同將 openEuler 操作系統正式捐贈給開放原子開源基金會。

騰訊云發布云原生操作系統遨馳 Orca

11 月 3 日，騰訊云發布云原生操作系統遨馳 Orca。據悉，騰訊云原生操作系統遨馳單集群支持 10 萬級服務器、百萬級容器規模，管理的 CPU 核數超過 1 億，計算正式進入億級時代。

桌面操作系統

Windows 10 多個版本相繼退役，Windows 11 登場

在 2020 年 1 月 14 日正式停止 Windows7 操作系統的更新后，2021 年，Windows 10 多個版本也迎來了“退役潮”。

5 月 11 日，Windows 10 版本 1803(教育和企業版)、1809(教育和企業版)和 1909(家庭版和專業版)終止服務;12 月 14 日，Windows 10 版本 2004 (所有版本)終止服務。

6 月 24 日，微軟正式發布 Windows 11 操作系統，10 月 5 日，Windows 11 全面上市。值得一提的是，Windows 11 帶來了備受關注的 Android 子系統(Windows Subsystem for Android)，可直接運行 Android 應用，進一步豐富應用生態。

移動操作系統

華為正式發布鴻蒙手機操作系統，未來 OpenHarmony 將與 OpenEuler 生態互通

6 月 2 日，華為正式發布 HarmonyOS 2 系統，以及數款搭載 HarmonyOS 2 的智能手機新品。這意味著，華為手機將全面告別 Android 系統，HarmonyOS 也由此成為第一個搭載于智能手機的國產操作系統。除了手機，HarmonyOS 還可搭載在平板電腦、智能穿戴、智慧屏等多種終端設備。

9 月 25 日，華為宣布 OpenHarmony 將與 OpenEuler 能力共享、生態互通。目前兩個操作系統的內核技術已經共享，未來還將在安全 OS、編程語言、設備驅動框架、分布式軟總線方面能力共享。

2最超乎預期的技術趨勢

以 DPU 為代表的異構計算操作系統與芯片共同構成了數字化時代的底座，為上層應用搭建地基。過去 30 年，操作系統最大的創新驅動力就來自于芯片。近幾年，隨著摩爾定律放緩，芯片領域技術也發生了變化。

比較網絡帶寬的增長趨勢和通用 CPU 性能增長趨勢，能發現一個有趣的現象：帶寬性能增速比失調。尤其是在金融、云計算、數據中心等場景下，通用 CPU 性能增長越來越跟不上網絡帶寬的增長需求，因此必須要找到新的可以比通用處理器帶來更快算力增長的計算芯片。DPU 應運而生。

2020 年 10 月，NVIDIA 公司在發布的 DPU 產品戰略中將其定位為數據中心繼 CPU 和 GPU 之后的“第三顆主力芯片”。同日，NVIDIA 發布新型處理器 BlueField DPU 系列，在支持網絡處理、安全和存儲功能的同時，實現網絡虛擬化、硬件資源池化等基礎設施層服務。

2021 年，DPU 在操作系統上有了更廣泛的支持。“2021 年，最超乎預期的技術趨勢就是以 DPU 為代表的異構計算的發展。”不少受訪專家對 InfoQ 表示。

2021 年 4 月，NVIDIA 發布新一代數據處理器 NVIDIA BlueField-3 DPU，這是首款為 AI 和加速計算而設計的 DPU，針對多租戶、云原生環境進行了優化，提供數據中心級的軟件定義和硬件加速的網絡、存儲、安全和管理等服務。

6 月，Intel 發布 IPU 產品(可以被視為 Intel 版本的 DPU)，將基礎設施的功能全部卸載到智能網卡中，可以全面釋放之前用于 Hypervisor 管理的 CPU 算力。

同月，Marvall 發布了 OCTEON 10 DPU 產品，不僅具備強大的轉發能力，還具有突出的 AI 處理能力。

國內方面，7 月，工業和信息化部發布的《新型數據中心發展三年行動計劃 (2021-2023 年)》中明確提出，要加快提升算力算效水平，“推動 CPU、GPU 等異構算力提升，逐步提高自主研發算力的部署比例”，“加強專用服務器等核心技術研發”，“樹立基于 5G 和工業互聯網等重點應用場景的邊緣數據中心應用標桿”等等。

10 月，中科院計算所牽頭發布了《專?數據處理器 (DPU) 白皮書》(簡稱“白皮書”)。白皮書表示，雖然國內廠商在芯片產品化的環節還相比國外一線廠商還有差距，但是在 DPU 架構的理解上還是有獨到的見解的，而且我國目前在數據中心這個領域，無論是市場規模還是增速，特別是用戶數量，相較于國外都有巨大的優勢。國內廠商有望充分利用這一“應用勢能”，加快發展步伐，在 DPU 這個賽道與國外廠商逐鹿中原。

國內方面，阿里應該是 DPU 賽道布局較早的互聯網廠商。早在 2017 年，阿里云就在其神龍服務器核心組件 MOC 卡中應用了專用 X-Dragon 芯片，統一支持網絡、I/O、存儲和外設的虛擬化。2021 年 10 月 20 日，阿里云宣布推出第四代神龍架構，這也是飛天云操作系統新一代虛擬化技術，并首次搭載全球唯一的大規模彈性 RDMA 加速網絡。

數據顯示，2021 年，國內有包括中科馭數、星云智聯、大禹智芯、芯啟源等在內多家 DPU 創企宣布完成新融資，其中有多筆融資金額達數億元人民幣。另據白皮書預測，DPU 的潛在市場非常巨大，預測到 2025 年僅中國市場就能達到每年 40 億美元的規模，估計全球將超過 120 億美元。

DPU 的火熱也印證了芯片已經走上定制化路線。“目前在業內，芯片廠商和操作系統廠商有的一個共識就是，今天的芯片已經走向了領域定制趨勢。所謂領域定制，指的是芯片或系統，可以為一個場景去重新設計，以獲得最佳用戶體驗。比如 DPU 是針對云計算、虛擬化的場景實現芯片創新，未來針對其他場景，可能也會出現越來越多的案例。”受訪專家說道。

蘋果的軟硬協同也是以此實現 1+1>2 的效果。

2021 年 10 月，蘋果發布 M1 Pro、M1 Max 兩款自研處理器，與新芯片對應，macOS 也迎來更新。“蘋果重新設計了 M1 芯片的一些功能，操作系統又支持這些功能，從而達到性能上的突破。一個公司通過緊密的軟硬協同，來達到過去行業分工實現的效果，這也是目前業內的一個方向。”

可以預見的是，隨著芯片走向領域定制，未來芯片必然會百花齊放，這也為操作系統帶來了新的挑戰：怎樣才能支持好這么多芯片，把芯片的能力發揮出來?而對于國產操作系統而言，如何更好地支持國產硬件架構，也是操作系統廠商和研發人員接下來要解答的難題。

以 RISC-V 為代表的開源芯片現有的指令集在 IOT 領域的局限性漸漸凸顯，RISC-V 指令集應運而生。

RISC-V 是一個基于精簡指令集(RISC)原則的開源指令集架構(ISA)。與大多數指令集相比，RISC-V 指令集可以自由地用于任何目的，允許任何人設計、制造和銷售 RISC-V 芯片和軟件。

2015 年，RISC-V 基金會成立;2018 年，中國 RISC-V 產業聯盟在上海張江正式成立。到目前為止，RISC-V 已經構建了操作系統 - 編譯器 - 指令集 - 處理器 -SoC 設計的整套生態系統。RISC-V 的陣營仍在迅速壯大中，并有星火燎原之勢。同年，中國在烏鎮互聯網大會上宣布成立 RISC-V 中國聯盟，由中國工程院院士倪光南擔任聯盟理事長。

此前，中國工程院院士倪光南曾指出，未來 RISC-V 很可能發展成為世界主流 CPU 之一，從而形成 CPU 領域 x86、Arm、RISC-V 三分天下的格局。

國內方面，有多家芯片廠商基于 RISC-V 架構開發產品，比如阿里旗下芯片公司平頭哥就曾在 2019 年發布了 RISC-V 芯片玄鐵 910。2021 年 5 月，華為海思推出了一款名為 Hi3861 開發板，有業內人士指出，這款開發板采用的正是華為首款基于 RISC-V 架構的芯片。

“RISC-V 的發展，讓 DSA(Domain Specific Architecture)迎來春天，對操作系統的技術和架構提出了新的挑戰，更對操作系統產業的升級帶來的新的機會。”受訪專家對 InfoQ 表示。

3巨變的前夜

如前文所言，操作系統多年來并未發生本質的變化。元老 Linux 的發展已達巔峰，在服務器操作系統領域近乎舉目無敵，新秀如 Fuchsia OS、HarmonyOS 等還在不斷完善的路上。但可以看到的是，操作系統正站在巨變的前夜，甚至“很可能會出現一些顛覆性的變化”。

云計算操作系統受計算形態的影響之大無需多言。隨著 x86 服務器以及虛擬化技術的普及，世界進入“軟件定義數據中心(SDDC)”時代。而在云計算的演進路線中，當前主要的計算資源仍是虛擬機形態，還沒有達到云計算終極形態的要求——像水電一樣提供計算能力。

“當前，新的計算形態還沒有真正起來，無論是 Serverless 還是云原生，都在劇烈地演變中。”受訪專家表示。

阿里內核團隊創始人之一馬濤曾在《什么是操作系統的云原生?》一文中提到，如果說在容器和 Kubernetes 時代操作系統是“因云而演進”，那么到了 Serverless 時代，我們則要徹底創造出一個全新的云原生操作系統。云原生的操作系統需要進行整體性的全棧優化和重塑，這樣才能為 Serverless 提供更優的底層系統能力，基礎運行環境、資源彈性、高效執行等能力也將因此得到極大的釋放。

值得一提的是，Linux 基金會早在 2015 年就已成立云原生計算基金會(CNCF)，進一步推動云原生計算的發展。

“我們在云原生時代與世界的距離是比較近的，包括產業規模、技術水平等，這是我們在新場景下趕超世界水平的機會。”受訪專家對 InfoQ 表示，“下一步的演進趨勢包括異構計算、無服務器化、隱私計算、輕量化、智能化等。”

多端融合2021 年 6 月，蘋果公司在 macOS Monterey 和 iPadOS 15 中，加入了一個名為“Universal Control”的聯動控制功能，用戶可以在 Mac 和 iPad 中自由拖動鼠標，進行拖拽文件傳輸之類的操作。這種跨設備的設計，讓 Mac 與 iPad 或 iPhone 之間的體驗更加無縫和流暢。通過將移動和 PC 生態融合，帶來奇妙的化學反應。

技術上，這種多端融合的方案需要解決遷移問題。“蘋果從 Intel 的架構遷移到 ARM 架構，需要具備深厚的技術積累才能做到順滑遷移，并且在產品上也能夠做到這么流暢，這也是當前國內廠商需要繼續學習的。”受訪專家表示。生態上，多端融合也需要無縫遷移，而這也是多端融合最大的難點。

目前，除了蘋果將 Mac 與 iPad 無縫融合，微軟的 Windows 11 操作系統也帶來了 Android 子系統，可直接運行 Android 應用。國內，麒麟操作系統已打通手機、平板電腦、PC 等，實現多端融合，OpenHarmony 也將與 OpenEuler 能力共享、生態互通。

元宇宙2021 年，元宇宙概念大火。

研究稱，元宇宙的理想形態是“一個擁有極致沉浸體驗、豐富內容生態、超時空的社交體系、虛實交互的經濟系統，和能映射現實人類社會文明的超大型數字社區”。有一種觀點認為，只有操作系統級別的應用程序才有可能創造一個新的生態，也只有操作系統才具有成為元宇宙的潛力。

“元宇宙上的整個產業鏈必然要構建在云邊端一體的生態上，從 VR/AR 端側到傳感設備，從物聯網到邊緣，元宇宙要想獲得良好的體驗，必須要解決延遲以及數據訪問局部性問題，這也需要極強的算力。”受訪專家對 InfoQ 表示。

未來，在這樣一個云邊端一體的基礎設施中，哪種芯片、計算平臺能夠解決好這些問題還有待探索。這對于未來的操作系統來說，既是沖擊，也是機會。

4寫在最后：你會如何形容 2021 年的操作系統?

“百花齊放，勵精圖治。百花齊放是指未來主要是物聯網 + 人工智能的時代，在相當一段時間內會有多種操作系統共存的局面;勵精圖治主要是指國產操作系統還在勤奮耕耘，穩步發展，擔當國之重任，未來必定涅槃重生。”——劉壽永

“希望。2021 年是中國移動操作系統的元年，這里面充滿了對于該產業的希望和憧憬。”——劉成城

“百花齊放，百家爭鳴。涌現了很多國產操作系統，而且各有特色，展現了蓬勃的發展趨勢。”——孟慶彬

“青春。從技術上來講，國產操作系統在很多方面都比較成熟了。隨著國內的信創大環境越來越好，操作系統這樣一個重要的基礎軟件領域迎來了青春，有越來越多的國內外軟硬件廠商都聚集在國內的操作系統社區。如果把國內的操作系統社區和行業比作一個人，那目前無疑是一個充滿朝氣的人。”——王伶卓

“混沌初開。從 CentOS 8 停止維護，到云邊端的融合，未來充滿不確定性，關于未來誰都沒有正確答案，一切都是混沌初開的狀態。這也是最幸福的一個狀態。因為混沌初開意味著大家還有創新的機會，當一切都變得有秩序以后，留下的機會就不多了。”——楊勇

“異構。2021 年，操作系統領域很多事情都與異構相關，包括英偉達發布的 DPU、英特爾發布的 IPU、蘋果發布的 M1 Pro、Windows 11 支持安卓的運行、UOS 支持跨處理器運行 Windows 軟件等。”——張繼德

原文標題：解讀操作系統的2021：觸到了創新的天花板，卻站在巨變的前夜

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審核編輯：湯梓紅