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前言：近年来随着国际形势巨变，中国在多个关键技术畛域都面临着难题，外部需要和外部环境的变动正在减速国内操作系统的进化降级。与此同时，不少操作系统都在打造开源社区，汇聚各方力量，以此晋升操作系统的话语权和位置。
随着国家层面、公司策略层面对开源的器重水平越来越高，中国开源也逐步迎来了倒退的高光时刻。作为国内当先的 DPU 企业，大禹智芯同样借助于 OpenCloudOS 这样的国内开源社区平台，推动与 DPU 相干的新型架构在标准化、兼容性等方面的高速倒退。
但跟先发厂商比，国内操作系统除了技术层面的差距，生态系统的建设也仍然道阻且长，咱们不禁要问，国内开源社区之路又将走向何处？
以下文章内容来自大禹智芯软件研发部负责人王伟在「新一代根底软件倒退与国家数字经济平安研讨会」上的分享《中国服务器操作系统开源社区倒退的思考》。
本文从企业级开发者的维度，从使用者和参与者的角度登程，联合本身 DPU 的运作环境以及开发过程中遇到的问题，剖析以后操作系统的倒退现状与需要，进而探讨国内开源操作系统社区的业务模式和生态倒退。
一、DPU 的系统结构与运行环境
家喻户晓，DPU 是一种专门为网络数据处理而生的全新处理器类型，是继 CPU、GPU 当前的云计算第三引擎。其呈现将推动计算架构从以算力为核心向以网络通讯为核心进行转变。而 DPU 作为底层基础设施组件，要实现这样技术架构的降级和变革，势必须要与下层的应用层进行连接，同时波及到宏大的生态协同和共建，所以开源操作系统也是 DPU 重点关注的一环。
在上图中，左图是传统服务器的构造，网络数据间接交由 CPU 解决，CPU 在解决业务的同时，还须要解决沉重的通信、虚拟化工作，使得 CPU 的无效使用率大幅度降落。部署 DPU 当前，网络数据则将首先经由 DPU，目前常见的 DPU 应用状态是通过 PCIE 接口与 Host 相连，在 DPU 上运行一个独立的操作系统，下面运行着用户以及厂商的应用软件，DPU 会针对网络、存储、平安等畛域对数据做一些预处理，让应用程序更专一于解决业务逻辑。
DPU 系统结构 DPU 是集芯片、硬件板卡、操作系统以及应用软件的一整套解决方案。从逻辑构造上看，DPU 领有与主机局部雷同的逻辑处理单元，甚至领有额定的减速单元，能够说，DPU 就是一台部署在服务器外部的「服务器」。但 DPU 的集成度更高，数据处理会通过非凡调度与减速单元。DPU 也可作为 CPU 的平安壁垒，保障 CPU 的数据和网络安全。
DPU 可通过 PCIE 提供 Ethernet 和 Storage 相干性能，反对 SRIOV、VirtIO、NVMe 等规范驱动，用户通过正当的划分，将局部逻辑跑在 DPU OS 上，协同配合管制 DPU 做数据处理，因而 DPU OS 须要有和 Host OS 雷同的软件兼容性，以此升高用户的开发成本。而且在 DPU OS 中，会存在一些与 CPU OS 通信的需要，因而这块也是 DPU OS 标准化的一个很重要的局部。
而对大禹智芯 DPU 来说，其利用场景可拓展至云计算、高性能组网、边缘计算等宽泛畛域。这里我将举以云计算畛域作为例子，通过虚拟化和裸金属这两个常见的利用场景，详述下 DPU 构造里数据的流动方向和处理过程。
左图为虚拟化场景，右图为裸金属场景
虚拟化场景中，在网络虚拟化方面，Host 对虚拟机提供网络接口，Host 会通过 IOMMU 做地址空间映射，让 DPU 能够间接拜访虚拟机的物理地址，这样虚拟机的数据流就能够 Bypass Host，间接与 DPU 交互，DPU 在接到网络数据后会做一些网络虚拟化方面的解决，常见的处理软件是 OVS。
在 DPU 中，OVS 分为 slowpath 和 fastpath，slowpath 软件运行在 DPU OS 中，fastpath 则运行在 DPU 的硬件逻辑中，两者相互配合从而高效地实现网络虚拟化解决。对于存储虚拟化侧，DPU 给虚拟机提供 virtio blk/Nvme 存储接口，DPU 在接到数据当前，会依据 DPU OS 运行的 Initiator 程序，抉择如何与远端的存储集群通信。
而在裸金属场景 DPU 侧运行的软件与虚拟机无差别。
从例子中能够看到 DPU OS 侧会运行 OVS、DPDK、SPDK 和 Ceph RBD 等应用程序。
更宽泛地来看，DPU 侧会关联许多开源利用，比方云平台相干的 OpenStack、K8s、平安相干的 SNORT、OpenSSL、SURICATA 等。而 Host 侧会有如 KVM、QEMU 等相干虚拟化软件，这里只是简略举了几个例子。实际上整个 DPU 的生态是相当简单且宏大的，这些都须要依赖于 OS 来提供生态相干软件的运行环境。
二、企业级开发须要什么样的 OS？
大禹智芯于 2022 年 6 月退出 OpenCloudOS 社区，并实现了产品的兼容互认证，通过协同技术的倒退，为操作系统和软件倒退的整体提质。
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在深度参加以及社区共建过程中，大禹智芯联结 OS 社区独特解决了一些在开发过程中遇到的问题，一类是兼容性的，一类是标准化的。
首先是不同发行版 kernel 多样化导致的驱动兼容性问题 。因为内核不同版本间，一些接口构造有时候变动很大，在驱动上须要兼容不同的版本。
其次是根底库 ，有一些库在不同版本上也会存在接口构造兼容性问题，应用程序也须要提供不同版本库的兼容版本。除此之外，如之前提及，DPU 会有与 Host 通信的需要，因为有利用无感知的冀望，所以抉择走网络是不适合的。如果抉择走网络，则需配置 IP 地址，为此须要一个 PCIE 物理通道加上 multi channel 协定来满足要求，对上是一个对立的平台，如果对下不同硬件厂商是公有实现，那么对于平台来说兼容性就存在很大问题，并且用户利用起来也有适配问题，因而这里须要将接口标准化，各 DPU 厂商提供对立公有驱动来实现这个逻辑。
最初是云平台构造的标准化 。在传统构造中，OpenStack 的计算节点上个别会运行 nova-compute 及 ovn-controller 服务，nova-compute 次要负责调用 libvirt api 来创立及销毁虚拟机，ovn-controller 负责配置 OVS 流表，更新 neutron 端口状态。而在计算节点上应用 DPU 卡后，OVS、nova-compute 及 ovn-controller 将运行在 DPU 内置的操作系统中。
以后咱们接触较多的版本次要有 redhat 和 Debian、centOS、fedora、ubuntu 以及国内倒退较好的 OpenCloudOS 等，在抉择版本的时候咱们的关注点个别会集中在兼容性、稳定性、安全性以及性能方面。
在兼容性上，则次要包含硬件兼容性和软件兼容性 。硬件上国产设施与国内的操作系统兼容性最好，软件兼容性次要是接口兼容性。
稳定性则体现在零碎稳定性和接口稳定性上 。零碎稳定性个别会在版本公布前被充沛测试，软件组件在公布前也会被大规模验证过。而接口稳定性体现在同一个版本在降级软件时，不会呈现软件接口变动，从而导致操作系统上跑的系统软件须要从新适配这个版本的操作系统。
在安全性上 ，比方 0day 的及时更新以及如最近呈现的 CentOS 转向 CentOS stream，Ubuntu 对俄罗斯进行反对等事件，都面临着不同水平的安全性挑战。
在性能方面，要求则是满足行业需要 。在服务器操作系统方面，目前大家利用最多的当属 CentOS，因为 CentOS 是在 redhat 公布当前的 rebuild 版本，相当于 CentOS 的稳定性、兼容性、安全性以及性能都是和 redhat 企业版相当的，并且有独立社区反对，这对于生产环境来说，实用度较高。
但转向 CentOS Stream 当前，状况有所转变。原本 Fedora 算是 redhat 的前置版本，redhat 跑的软件都在 Fedora 上验证过，当初 CentOS Stream 变成了前置版本，并且是滚动更新的，这对稳定性和兼容性都存在一些挑战。例如，可能会存在原本一次 0day 的安全更新导致了软件接口变动，那么跑在操作系统上的软件就须要从新适配。对于一个商用产品来讲，性能确定后，对于操作系统的功能性更新需要个别没那么大，所以对于企业级开发来讲还是更偏向于一个长期稳固的版本。
从另一个层面讲，服务器的 CentOS 零碎停服也造成相应的市场缺口，操作系统厂商需承接 CentOS 生态连续与技术兜底带来需要，这也为 OpenCloudOS 这样的操作系统带来了更大的潜在时机。
三、对操作系统及开源社区的将来瞻望
从我集体来看，中国操作系统的发展前景广大。首先，源是有保障的，源上提供的都是二进制程序，外面是有暗藏后门危险的，而国内操作系统都是国内的源，并且是国内社区保护的源，这个危险就没有了，并且所有代码都可通过一次平安扫描，再出对应的二进制包，代码中暗藏的一些问题，也不必那么放心。
另外一个就是国内的源的更新效率很好，并且社区由国内搭建和经营，沟通效率比国外社区更高。目前国内的几个社区产出的操作系统以及操作系统上的软件都是通过大规模生成环境验证的，因而可靠性高，同时也与国内厂商也有很好的兼容性。
国内操作系统的倒退过程是源于国内 ICT 的高速倒退，随同着互联网行业掀起的热潮，这一过程中大量的软件人才汇集进入，深度参加并奉献了泛滥开源软件，也有催生很多自有的软件开源。国内不少厂商因为本身场景的高复杂度，也都有本人保护的一个外部操作系统版本，随着开源文化的逐渐遍及，各厂商也开始抉择把自保护的操作系统奉献进去，由此造成了国内几大开源操作系统社区。
目前，一些国内能力很强的社区倒退十分迅速，这阐明国内开源环境和开发能力都是不错的，但也带来了一些问题。比方社区多样化导致的兼容性挑战，从一个硬件厂商的视角来看，对于不同源社区，不同的 kernel 版本，意味着硬件驱动须要兼容这些不同的内核版本，应用程序也存在不同的库版本的适配问题。另外，各操作系统有大多软件都是重叠的，每个社区独自保护，这样可能会产生一些反复的工作，造成了开发者力量的节约。
这里咱们简略梳理一下操作系统社区的构造。首先，OS 源社区会依据社区的版本理念统筹规划 OS 的倒退路线，而后硬件厂商通过将驱动以及驱动依赖的框架 feature 提交给社区，以此达到硬件兼容操作系统的目标。
之后各个厂商依据本人的需要，会从源社区里抉择版本，而后构建本人的验证版本，并继续将一些 feature 和 bugfix 回馈给社区。开发者会依据操作系统路线，到开源社区中抉择软件版本，并抉择一些 feature 做 backport，同时开发者也在一直保护抉择的软件分支，并做 bugfix。因而社区的开发者会涵盖很多畛域。
对于一个理想化的社区环境来讲，咱们冀望的是各社区反对的行业是不重叠的，保护理念是不重叠的。在保护理念方面，须要就重视性能最新和重视稳定性之间衡量。一般来说，实验室版本重视性能最新，以满足其钻研需要；生产版本个别重视稳定性好，以满足生产环境。
对社区进行清晰划分能够让开发者力量充沛利用到各个组件上，让某一个我的项目有更多的人在参加，并可能保障做着不重叠的工作。另外，社区须要有一个良性、可继续倒退的商业模式，不须要借助外力就能自力更生，这样能力保障社区版牢靠、稳固的品质。
依靠于宏大的源社区，对于一些必要的开源我的项目，也能够建设一个国内分支，满足国内需要，并反馈到 upstream。当然也能够依据国内的硬件现状，开发一些个性化的内容，来对立硬件接口，以此激励中国 ICT 行业的翻新。
四、小结
在开源凋谢的生态环境中，操作系统迅速崛起，而凋谢开源的外围是软件根技术创新，须要联结开发者、社区、软硬件上下游产业链企业来，独特构建多元生态。
而作为生态中的一员，大禹智芯与 OpenCloudOS 也在为推动打造共建共享、凋谢共赢的社区环境贡献力量，助力操作系统生态减速推动。咱们也期待着国内操作系统产业实现跨越式倒退，迎来真正的凋敝倒退。欢送更多开源力量退出 OpenCloudOS 社区，打造凋敝生态。
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