基于万物互联网的泛在操作系统开源生态构建方法研究_王孟.pdf

632 2023 年.第 38 卷.第 4 期*通信作者资助项目：国家社会科学基金重大项目（22ZDA078）修改稿收到日期：2023年 3月31日科技与社会S&T and Society引用格式：王孟,李卫东.基于万物互联网的泛在操作系统开源生态构建方法研究.中国科学院院刊,2023,38(4):632-642,doi:10.16418/j.issn.1000-3045.20221121001.Wang M,Li W D.Research on construction method of ubiquitous operating system open source ecosystem based on Internet of Everything.Bulletin of Chinese Academy of Sciences,2023,38(4):632-642,doi:10.16418/j.issn.1000-3045.20221121001.(in Chinese)基于万物互联网的泛在操作系统开源生态构建方法研究王 孟 李卫东*华中科技大学 新闻与信息传播学院 武汉 430074摘要 构建自主可控、健康可持续的开源生态是泛在操作系统发展与应用的关键一环。针对万物互联网环境，结合泛在操作系统的新特性，文章总结出泛在操作系统开源生态的构成要素和系统模型，提出泛在操作系统开源生态的构建方法。文章探索泛在操作系统开源生态的构成要素、基础平台和持续健康演化的方法与机制，为推进泛在操作系统的迭代创新，打破泛在操作系统开源生态“孤岛”，促进泛在操作系统开源生态的初步实践、协同发展提供新思路、探索新途径。关键词 万物互联网，泛在操作系统，开源生态，构建方法DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.20221121001万物互联时代，软件在信息化社会中扮演了重要角色；而操作系统作为软件运行的基础性平台，其重要性更是不言而喻。操作系统不仅是计算机系统的核心，也是计算机产业发展的基石，更是信息安全的重要保障。随着信息技术环境的变化和新型应用模式的出现，操作系统也在不断演化和升级1。当前，物理世界、现实世界和信息世界进行强烈的交互，计算无时不在、无处不在，互联网革命进入“下半场”，一个海量对象相互连接而成的万物互联时代正在开启，操作系统发展的新蓝海已然出现2。为了更好地管理海量、异质、异构、自主的泛在资源，应对新应用和新场景带来的挑战，泛在操作系统应运而生。在泛在操作系统的比拼中，功能、技术是一方面，更重要的是，以开源为契机建立的生态。我国泛在操作系统开源生态建设处于起步阶段，呈迅猛发展趋势，但当前存在的国内外差距巨大3、参与者积极性不高4、组织松散且管理力度不足5、生态不成熟且碎片化严重6等问题造成我国开源生态建设面临诸 院刊 633基于万物互联网的泛在操作系统开源生态构建方法研究多障碍，开源生态的价值和作用尚未得到充分发挥。这些矛盾现象充分说明，我国急需探究和采用有效方法，打破泛在操作系统开源生态“孤岛”，构建我国泛在操作系统开源生态，保障泛在操作系统开源生态持续健康运行。1 泛在操作系统开源生态相关研究背景与发展现状作为一项正在起步的新型技术，泛在操作系统要想蓬勃发展，开源必不可少7。面向多样性应用模式的泛在操作系统需要开源。开源已经成为软件技术创新、产品迭代演化的关键要素，也是强化信息产业基础、驱动信息产业变革的重要组织模式8。因此，只有通过开源，才能集成更多的数据、技术与知识，从而实现对泛在操作系统整体性和系统性的认识。开源有利于共享前沿技术红利，激活泛在操作系统创新生态。随着“人-机-物”融合发展，泛在操作系统开源有利于接入更多的终端设备，连接各种场景应用和海量数据，让更多的企业和开发者更方便地享受泛在操作系统发展红利，助力千行百业。开源在中国虽已有 20 年的发展，但开源项目集中在程序开发与万维网（Web）应用开发领域，在操作系统领域项目相对较少，缺乏开源生态的理论和构建研究。开源在推动操作系统技术创新，构建可信协作模式的重要价值上未被人们所认知。学术界和企业界对泛在操作系统开源的关注点不仅在于泛在操作系统开源本身，还涉及整个开源生态系统。事实上，关于开源软件生态构建的研究很早就被关注。但目前研究主要关注开源软件的生态构建问题，鲜有学者专门研究泛在操作系统开源生态。随着泛在操作系统应用领域多样化和设备专用性突出，有必要将泛在操作系统开源视为一个单独的开源生态。目前大多数研究是在一个理想的环境中解决特定问题 9-11；但由于这些研究相互分散和孤立，很难应用和推广这些方法。要更好地构建泛在操作系统开源生态，必须基于当前的技术环境，针对新特性和新问题创新生态构建方法。万物互联网作为一种崭新的信息技术生态环境已经渗透进各行各业，连接对象更为广泛，能与人和社会环境进行强烈的交互12。而万物互联接入的全场景海量终端设备，其协同开发尚属空白。如何帮助开发者打通不同设备间的壁垒，实现跨终端的生态共享与协同，是泛在操作系统开源的关键挑战。2 泛在操作系统开源生态2.1 泛在操作系统开源生态概念阐释泛在操作系统特指秉承泛在计算思想，面向泛在化计算资源管理，支持泛在应用开发运行，具有泛在感知、泛在互联、轻量计算、轻量认知、反馈控制、自然交互等新特征的新形态操作系统13。这种新形态操作系统在传统操作系统的“操作”和“管理”功能的基础上，支持资源虚拟化和异构资源抽象化。目前，操作系统的“碎片化”导致数字基础设施产生大量“软烟囱”“生态孤岛”“重复造轮子”等问题。开源作为当前软件开发的主流，成为泛在操作系统生态建设的重要手段。当前，学界和业界针对泛在操作系统开源生态的构建，进行了大量研究和实践活动。综合现有研究，本文认为，泛在操作系统开源生态是指在万物互联的开放创新环境下，以泛在操作系统为核心导向，借助相关平台，汇聚大量利益相关者，以吸引外部创新思想，适应差异化需求，支持泛在操作系统的持续迭代创新为目标，形成的各主体间良好协作、资源聚合的开源生态。2.2 泛在操作系统开源生态构成要素泛在操作系统是能运行在“万物”上的操作系统，旨在把万物有机地互联起来。在这样一个“人-机-物”互联形成的新型网络环境下，泛在操作系统开源生态的构建涉及众多主体之间的互动，各要素的参634 2023 年.第 38 卷.第 4 期科技与社会与，以及发展环境与资源之间的相互协调，并非一个简单和孤立的过程。泛在操作系统开源生态由主体要素、环境要素和资源要素构成。泛在操作系统开源生态的主体要素包括：开源基金会、产业联盟组织、源代码捐赠者、开发者（设备开发者和应用开发者）、用户、开源运营者等。开源生态的构建并非市场中无序的自发性行为，需要相关主体要素进行主导和牵引。其中，开源基金会和产业联盟组织作为开源社区的组织者和重大开源项目的推动者，主导着开源生态的发展。源代码捐赠者是开源项目的主要发起者，推动开源生态建设。开发者是开源生态的动力支持者和开源项目的知识生产者。泛在操作系统开源生态的开发者一般分为设备开发者和应用开发者：设备开发者根据设备的资源能力和业务特征进行灵活裁剪，满足不同形态的终端设备对于操作系统的要求；应用开发者主要聚焦上层业务逻辑、便捷开发应用程序。用户作为开源项目的使用者，在需求调研、用户体验和项目改进反馈等工作上具有至关重要的作用14。开源运营者是建立开源社区的积极行动者，他们不仅负责开源社区和开源项目的运营及维护，还帮助开源社区建立共同愿景、制定社区路线图、鼓励新贡献者的加入。泛在操作系统开源生态的环境要素指与整个系统的运营与发展密切相关的要素，旨在保障开源生态健康运行，主要包含文化氛围、协作程度和制度保障等。开源是一种透明、协作、彼此尊重、相互沟通的文化，这也是开源社区的要义所在。协作共享是打破操作系统“孤岛化”的关键方法，也能增强社区参与者的归属感信任感，促进开发者和用户在开源社区共同探讨、思想碰撞。泛在操作系统开源在产业化应用中还需制度保障。在开源过程中，加强知识产权保护、建立开源许可合规体系、完善贡献者等级制度等对构建健康的开源生态至关重要。泛在操作系统开源生态的资源要素助力开发者和用户参与贡献，主要分为云计算资源、文档资料、操作系统源代码和生态服务平台等类型。无时不在、无处不在的云计算资源是开源生态生长的“土壤”，能为开源生态中的各类应用提供可扩展的计算资源、存储资源等。文档资料，又被称为开发者文档，是泛在操作系统开发使用和维护过程中不可或缺的资料，也是开发者创新最为直接和有效的参考资源。文档资料既可以是成型的理念和观点，也可以是代码开发的实践过程，可以为开发者提供所需的开发指南、应用接口参考、示例教程等资源。操作系统源代码是一组由字符、符号或码元以离散形式表示信息的源文件，具有通用性、可扩充性和可识别性等特征，是开源生态建构的“核心”。泛在操作系统开源生态还需要有一个互联互通的生态服务平台，以此提供一站式服务，帮助开发者和用户快速、灵活地按自身业务需求定制操作系统。2.3 泛在操作系统开源生态系统模型泛在操作系统开源生态系统以源代码捐赠者为起点，形成源代码捐赠者开发者开源项目用户的上下游关系。这种关联关系以开源项目为核心，形成供应链网络，可简述为：源代码捐赠者提交代码；开发者基于开源代码进行软件开发或硬件设备开发，以产品或服务的形式为用户提供方案；用户下载、体验所开发的项目并反馈信息；开发者根据用户的需求和反馈，不断完善或定制多样性的泛在操作系统，最终形成一个复杂交互的供应链关系网络。因此，本文结合泛在操作系统开源生态的构成要素及其供应链网络关系，对泛在操作系统开源生态的结构和运行机理有更整体和系统的认识，初步构建泛在操作系统开源生态系统模型（图 1）。从图 1 可以看出，在泛在操作系统开源生态系统中，主体要素持续地贡献和运营，构成了系统的主干网络；资源要素作为系统的动力和基础；环境要素构成系统的支撑和保障。各个要素之间有机结合，协同 院刊 635基于万物互联网的泛在操作系统开源生态构建方法研究共生，促使整个生态系统的平稳运转，最终实现系统效率和价值的最大化，使泛在操作系统真正地互联万物，被应用于全场景，赋能千行百业。3“三位一体”：泛在操作系统开源生态基础平台的构建方法基于开源自主“根社区”，以代码托管平台和生态服务平台为依托构建基础设施，旨在实现海量物体的泛在感知、海量设备的泛在互联、海量数据的轻量计算、海量场景的自然交互、海量应用的开发搭建。3.1 自主“根社区”开源是泛在操作系统创新的关键手段，社区是开源的“根”。在自主创新的大背景下，显然这个“根”应该立足于本土，才能筑牢我国泛在操作系统开源生态的基础。目前，国产操作系统基础研发投入不足，技术创新力不够，过多依赖国外上游开源社区，为了激发国产操作系统活力，我们需要构建中国自主统一的开源“根社区”，形成创新合力，从分散进攻变成凝聚力量攻关。（1）以开源基金会为指导，搭好“联接桥”。开源基金会作为重大开源项目的推动者和开源社区的组织者，主导着开源生态的发展，我国开源基金会亟待管理制度和理念的创新支持。开源基金会主要为开源事业的健康有序发展提供顶层设计和配套服务。在顶层设计上，开源基金会应明确沟通机制和贡献机制，建立统一的行为准则为开源社区的健康有序发展提供指导。在配套服务方面，开源基金会发掘更多优秀开源项目和人才，打造开源开放框架，为泛在操作系统的开源提供开源战略咨询、法务咨询、项目运营、品牌营销、学术交流、国际合作、培训教育等服务。（2）建立“根社区”需要培育有吸引力的开源产品，紧跟技术趋势。开源产品的技术优越性是衡量一个社区在全球开源生态话语权的重要指标，也是开发者和用户选择开源的最主要动因。因此，需要从技术先进性和技术吸引力出发来运营社区。一方面，泛在操作系统开源项目以软件定义技术，在项目开发时应扭住“牛鼻子”，突出原始创新，实现基础资源虚拟化和管理功能可编程，构建核心基础能力。另一方面，注重技术的安全、品质和可扩展性功能等，并通过包装、品牌推广或口碑推荐吸引