全球仅三篇！中国自研操作系统获全球顶会最佳论文

本站10月31日消息,据媒体报道,被誉为操作系统领域“奥运会”的国际顶会SOSP揭晓最佳论文奖揭晓,在全球368篇投稿中,仅三篇获此殊荣,其中之一来自中国团队｡

由中关村实验室､蚂蚁集团､北京大学､南方科技大学等机构联合研发的开源操作系统“星绽(Asterinas)”斩获SOSP'25最佳论文,这是中国在SOSP历史上极为罕见的一次突破｡

SOSP(The ACM Symposium on Operating Systems Principles,计算机协会操作系统原理研讨会)始于1967年,与OSDI并称为计算机系统领域最具影响力的两大学术会议,也被称为计算机系统领域的“奥运会”｡

谷歌､微软､Meta等科技巨头的许多核心系统,其理论基础都源于此地｡历史上,中国团队在此类顶会上的表现,尤其是以独立核心技术斩获最佳论文,可谓凤毛麟角｡

今年,SOSP在全球368篇投稿中,最终仅录用66篇,录取率仅为17.9%｡而最佳论文的席位,更是仅设三席｡

其中,就包括一篇来自国产自研开源操作系统星绽的学术论文《CortenMM: Efficient Memory Management with Strong Correctness Guarantees》｡聚焦于操作系统中最经典,也最核心的难题之一——内存管理｡

在过去几十年间,如何打造出更安全､更高效的操作系统,一直是全球科技界共同面临的严峻挑战｡

当下,网络黑灰产已形成一条庞大且复杂的国际产业链,严重安全事件频发,给全球的计算机系统安全带来了巨大威胁｡2024年7月那场震惊世界的“CrowdStrike事件”,导致全球数百万Windows电脑出现蓝屏现象,航班被迫取消,手术也不得不中止,而其根源竟是一个驱动程序中内存越界访问所引发的｡

传统操作系统,如Linux,普遍采用“软件-硬件”两级内存抽象设计｡这种设计方式在一定程度上具有较强的兼容性,能够在不同硬件平台之间进行移植,为操作系统的广泛应用提供了便利｡然而,这种设计也付出了沉重的代价,它引入了显著的同步开销,严重制约了多核处理器性能的充分发挥,同时还潜藏着并发安全风险,如同在操作系统中埋下了一颗颗定时炸弹,随时可能引发严重问题｡

星绽团队经过深入的研究与探索,有了关键性的发现｡他们发现,当今主流的x86､ARM和RISC-V等指令集架构,其内存管理单元(MMU)的设计已逐渐趋于统一｡这意味着,过去为了屏蔽硬件差异而存在的软件抽象层,在今天已不再是必不可少的存在,甚至成为了性能瓶颈与安全盲点,阻碍了操作系统性能的进一步提升｡

基于这些深刻的洞察,星绽团队大胆创新,提出了全新设计的CortenMM内存管理系统｡CortenMM最大的亮点在于其简约性,它突破了传统设计的固有范式,通过彻底消除软件级抽象层,实现了架构层面的极致简化｡评估结果显示,在真实应用场景中,CortenMM的性能提升最高可达Linux的26倍,这一惊人的数据充分证明了其卓越的性能优势｡

此外,CortenMM还引入了创新的事务化接口来统一所有的MMU操作,并采用形式化验证工具证明了其核心代码的正确性,为操作系统的内存管理提供了更加可靠､安全的保障｡

如果说CortenMM是在经典模块上实现了“单点爆破”,那么星绽OS更大的突破则在于其提出了一个由中国团队主导的全新操作系统架构——“框内核”(Frame-kernel),试图从根本上破解操作系统领域长期存在的“性能与安全不可兼得”的困境｡

星绽的“框内核”架构敏锐地抓住了Rust语言崛起的历史机遇,巧妙地将整个操作系统内核划分为两部分:特权的“OS框架”和去特权的“OS服务”｡OS框架负责将底层非内存安全的Rust代码封装为高层次､内存安全的接口,为操作系统的安全运行筑牢了一道防线;而OS服务则完全使用Rust语言中的安全部分进行开发,构建操作系统的大部分功能模块,确保了系统的高效与稳定｡

蚂蚁技术研究院高级研究员､星绽OS发起者和维护者田洪亮形象地表示,Rust语言的成熟是操作系统领域一场“电气化”级别的范式转移,他打了一个生动的比方:“Rust语言之于操作系统,就像电气化之于汽车一样｡为什么中国的汽车能够迎头赶上?就是因为传统燃气汽车里面的发动机等等传动这些技术在电气化之后就得重新研究｡”这一比喻深刻地揭示了Rust语言对操作系统发展的重要意义｡

目前,星绽已经支持x86和RISC-V等CPU体系架构,支持超过2200个Linux系统调用,可以运行Web服务器(如Nginx)和数据库(如Redis)等常见服务器应用,展现出了其强大的兼容性与实用性｡但对于星绽团队而言,这些成就只是他们前行道路上的一个里程碑,他们有着更为远大的目标与规划｡

星绽为自己制定了一份详细的五年计划:在第一阶段,他们将致力于在云端实现规模化应用,完成生产级别的严格验证,确保系统的稳定性与可靠性;在第二阶段,他们将拓展至边缘侧与终端设备,实现“无处不在”的布局,让星绽OS渗透到各个领域｡届时,星绽OS或将建立一个全新的､完全自主可控的计算底座,以此定义下一代操作系统的未来,引领全球操作系统领域的发展潮流｡