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自主研发操作系统，究竟有多难？

晰数塔互联网快讯
2021-03-31 16:50

本文来自：腾讯科技，作者：Zach小生（腾讯新闻知识官），题图来自：视觉中国

近期全球缺芯的问题引发了全面关注，与此同时，中国芯片产业、光刻机的攻坚克难也屡次被提及。但除了芯片和光刻机，中国还有一项技术被反复提及，那就是：操作系统。

2月底，在华为Mate X2发布会上，华为消费者业务CEO余承东宣布，从今年四月份开始，华为旗舰手机可陆续升级鸿蒙系统（HarmonyOS 2.0）。

自从诞生开始，华为鸿蒙就被视为一款自主研发的国产操作系统，可以与安卓、iOS掰一掰手腕。但事实真的如此吗？除了鸿蒙，我们还有哪些国产操作系统？这些操作系统都是自主研发的吗？我们是否有必要自主研发一款独立的操作系统？操作系统研发难度到底有多大？

继《中国“芯痛”终极十问：我们能造原子弹，却造不出一枚小芯片？》、《光刻机终极十问：中国有没有必要举全国之力，去造一台光刻机？》之后，腾讯科技推出《操作系统十问十答》策划，全面解读有关操作系统的疑问。

Q1：目前全球主流操作系统有哪些？

操作系统是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

操作系统是用户和计算机的接口，也是计算机硬件和其他软件的接口。操作系统可以分为三类，分别是计算机PC操作系统，手机移动端操作系统，以及车载物联网等操作系统。总的来说，目前主流的操作系统有五种：

一、目前大家所熟知的就是Windows操作系统，它是微软研发的一套操作系统，已经拥有了30多年的悠久历史，大家所熟知的有Windows 95、Windows 98，Windows 2003、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 10等等，该系统在历史的发展中也在不断持续更新和维护。Windows的环境简单明了，容易上手，支持的应用软件多，用户也最多，而且Windows的源代码是顶级的商业机密，无法利用其做基础改版和复制，所以目前很难被取代。

（图片来源于网络）

二、安卓（Android）是谷歌公司基于Liunx在2007年发行的移动操作系统，市场占有率大于80%。得益于国产手机的迅速发展，安卓系统快速地占据了手机市场。到目前为止，大部分的手机在实际上使用安卓手机的概率非常高，包括目前手机上比如MIUI、EMUI这样的系统都是基于Android进行的深度定制。

三、Linux。Linux环境是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，是一个基于POSIX（操作系统为应用程序提供的一种接口标准）的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。

Linux是开源的免费操作系统，因其开源的特性，系统的漏洞更容易被发现，也更容易被修补。此外，因为Linux原本的人机交互界面是命令行，用户如果不熟知Linux命令，几乎完全无法使用这个系统，因为过于专业，Linux常被用作各种服务器操作系统。

可以说，Linux的基本思想有两点：第一，一切都是文件；第二，每个软件都有确定的用途。其中第一条详细来讲就是系统中的所有都归结为一个文件，包括命令、硬件和软件设备、操作系统、进程等等对于操作系统内核而言，被视为拥有各自特性或类型的文件。也正是因为其源代码开源，利用Linux为基础的改版系统很多，所以较Windows和Mac OS来讲，它容易被替代。

（图片来源于网络）

四、苹果MacOS操作系统是基于Unix内核的图形化操作系统，一般情况下在普通PC上无法安装的操作系统，是苹果旗下PC的专属系统，由苹果公司自行开发。

如今苹果机的操作系统已经到了MacOS Big Sur，该系统的许多特点和服务都体现了苹果公司简洁的理念。Mac系统是苹果公司基于Unix操作系统进行深度再开发的操作系统，完全闭源，只能运行在苹果公司的电脑上，且该环境更加简单快捷，深受大众喜爱，加上苹果生态逐渐形成，所以该系统很难被替代。

五、苹果iOS系统，iOS是由苹果公司开发的移动操作系统, 苹果公司最早是在2007年1月9日的Macworld大会上公布这个系统，最初是设计给iPhone使用的，后来陆续套用到iPod touch、iPad上。

iOS与苹果的macOS操作系统一样，属于类Unix的商业操作系统。原本这个系统名为iPhone OS，因为iPad，iPhone，iPod touch都使用iPhone OS，所以2010年WWDC上宣布将其改名为iOS。

（图片来源于网络）

Q2：如何定义自主研发的操作系统？中国目前有这样的操作系统吗？

一个计算机拥有了操作系统，就可以与计算机的硬件打交道，同时程序员可以用编程语言在操作系统上开发应用APP。如果没有操作系统，计算机本身就是0和1的数字开关，有数以亿记的0和1的组合需要处理器处理，然而操作系统的任务就是让这数以亿记的0和1组合为我们所用，使用者可以更轻松便捷地操作各个应用程序。

操作系统是一个比较模糊的词，它可以指由操作系统内核、内核所包含的一系列基本库和程序、可视化桌面环境组成的计算机软件。

内核，一个底层软件系统，它被用来管理硬件资源的访问，并为与底层硬件交互往来提供一个平台。

编译库和驱动程序可以为系统和应用程序提取特定内核，以便程序员使用相同的机制来与内核和硬件交互，而不考虑其它特定的操作系统。例如，C标准库、C++标准库、BASH shell等。

桌面环境，这是一个图形交互界面，用来管理电脑程序和各个应用程序。 Windows和Mac OS等操作系统只有一个桌面环境，但Linux操作系统会提供多个选项，如Gnome、XFCE、KDE等（三大Linux轻量级桌面环境）。

如果一个系统自下而上，从内核到驱动，从编译库到应用API，都是自己设计的，才算真正意义上的拥有“自主知识产权”的操作系统。UOS和麒麟系统是我国较好的自主操作系统，但很可惜还是达不到自主研发操作系统的标准，因为其核心还是借鉴的Linux的源代码。

（图片来源于网络）

Q3：手机、PC操作系统已经被国外巨头垄断，中国还有哪些机会？

虽然在传统的计算机操作系统和智能手机操作系统方面，国外巨头已经垄断，但是在物联网、汽车等其他平台上，中国某些企业推出的操作系统还是可圈可点。

比如上面一直在说的华为鸿蒙，它是基于微内核的全场景分布式OS，将打穿手机、电脑、电视、智能穿戴等多终端领域之间的壁垒，并可兼容安卓应用及所有Web应用，是一个真正实现了覆盖全生态的大统一系统。

小米在2020年11月5日正式推出Xiaomi Vela物联网软件平台，定位于轻量级应用，专门用于智能家居、可穿戴设备等算力受限设备上的物联网嵌入式开发平台，并逐步实现在手表、手环、音箱、智能家电、相机ISP、传感器等更多终端设备中应用。

除此之外，多家互联网巨头也在物联网领域进行尝试突破，虽然市场前景尚未可知，但在未来物联网操作系统领域，我们已经实现多面开花的局面，技术将不再受到限制。而且万物互联的设备量，远远大于手机的设备量，更是远远大于PC的设备量，谁能占据这块没有竞争对手的空白市场，新的计算平台中，谁就能成为新的王者。

Q4：鸿蒙是否可以算是自主研发的操作系统？是否能完全取代安卓？

其实很多人都在关注鸿蒙是否为独立自主的操作系统，这个也要取决于“自主”的定义。其实不论是安卓还是鸿蒙的系统部分也是采用Linux内核，如果按照自上而下一体都是华为自己设计发明的，鸿蒙显然是达不到这个标准的，所以鸿蒙目前还不算是独立自主的操作系统。而且，任正非也曾说过：华为推出的鸿蒙系统并不会取代谷歌的安卓系统。鸿蒙如果能够有一部分生态，那也是补充，而不是主要的替代关系。

我们也可以从技术专利的角度去谈论这件事，安卓操作系统是来自谷歌公司，你们要知道安卓每卖出一部手机，谷歌和微软就会收手机厂家的专利费。

虽然微软的 Windows 是 PC 操作系统，而安卓是手机操作系统，二者看上去没有什么交集。但是一些写操作系统的最基础的方法，早在微软开发 Windows 的时候，就被注册专利了，所以现在不管鸿蒙系统如何去写，也不可能绕过去。

比如，谷歌在安卓上发明了一种优化系统方法，申请专利后，如果鸿蒙也用这种方法来去实现，那势必要交给谷歌专利费，类似的专利有许多，这些专利就像一条沟壑，挡在了后来人开发操作系统的路上。所以鸿蒙如果还是基于安卓的系统来开发，很难超越安卓，更无法取代安卓。

Q5：面对行业内的主流操作系统，鸿蒙有多大的胜算？

实话实说，现阶段鸿蒙系统还无法和安卓、iOS一较高下。仔细分析我们会发现，鸿蒙系统还得依赖于安卓生态圈，否则它将无第三方软件可用，而iOS生态则是闭环的，也就是说苹果的任何应用在华为手机上都无法运行。这其实相当于，iOS和安卓是两个面积很大的“大池塘”, 老死不相往来，彼此之间没有可以引流的水渠。而鸿蒙系统则是一个紧挨着安卓的“小池塘”，里面的水很少，需要靠安卓这个“大池塘”来提供水源。

但鸿蒙的发展潜力是巨大的，目前对于物联网操作系统，各个国家都在起步阶段，而鸿蒙系统侧重于物联网，加上华为的生态早已达到一定的程度，只要鸿蒙系统可以达到消费者认可的状态，肯定会一飞冲天。可以看出，鸿蒙、安卓和iOS发展方向其实各不相同。iOS系统只为苹果设备服务；安卓广结盟友，誓要成为全球第一大开源系统；鸿蒙则侧重于物联网领域，它的目标并不是抢占安卓的蛋糕。可以预见的是，未来这三大系统将长期共存。

Q6：此前媒体报道的中标麒麟、UOS等，算是自主研发的操作系统吗？

首先我们需要强调的一点是，国产操作系统基本上都是以Linux为基础二次开发的操作系统。国内暂时还没有自下而上的独立开发系统。我国从很早阶段就开始自主研发操作系统，例如，1980年代左右，COSIX是最早的国产研发操作系统，但由于投入不足及缺少应用软件支持等因素，邓元英并未成功；1999年，红旗Linux由中科院发布1.0版，经过优化迭代，目前最新版本为红旗Linux V11。笔者也接触过许多国产的操作系统，以下三个是目前比较流行且深受大众喜爱的。

1. 国产“DEEP IN深度操作系统”

深度操作系统是由武汉深之度科技有限公司研发打造的，算是迄今为止国产Linux发行版当中最花功夫的一个，其界面优化效果很好，风格的类型既有WINDOWS的众多操作习惯，又有MAC系统的美观，并且其软件生态圈让人很欣慰，众多的软件应接不暇，多媒体应用、办公应用，包括游戏应用也相当不错，截止到2017年，深度操作系统的下载超过5000万次，它提供32种不同的语言版本，以及遍布六大洲33个国家105个镜像站点的升级服务。在全球开源操作系统排行榜上，深度操作系统是率先进入国际前十名的中国操作系统产品。

（图片来源于网络）

2. 中标麒麟

中标麒麟是由中标软件有限公司研发打造，并发行于2010年，分成桌面版、通用版、高级版和安全版等以满足不同客户的要求，已经广泛地被使用在能源、金融、交通、政府、央企等行业领域，属于政府安可系统成员。在安全方面有自己的独到之处，个人用户的免费版本所能提供的支持有限，但是收费版本（政府采购商用版本，安可系统的）支持率很高，界面也比免费版本友善，集成了许多现成的办公软件，奔图系列打印机驱动，还有一些简单的制图软件，只不过在多媒体方面支持比较鸡肋。

（图片来源于网络）

3. 统信UOS

统信UOS能够为个人用户提供界面美观、安全稳定的系统体验，兼容市面上大部分的硬件设备，同时支持双内核、系统备份还原等功能，应用生态丰富，并提供差异化的增值服务和技术支持。该系统的版本众多，但大同小异，只是针对的受众群体会有些许区别。其安装的基本要求较高，无论是哪个版本对硬件的要求都要比前两款的高，基本硬盘空间需求130G以上，内存达到4G时可以顺畅运行。但不得不说，这款操作系统还是非常让人惊喜的，界面优化效果很好，风格的类型是即有WINDOWS的众多操作习惯，又有MAC系统的美观，并且它的软件生态圈让人很欣慰，众多的软件应接不暇，多媒体应用、办公应用，游戏应用（当然不可能有WINDOWS那样的支持率，毕竟WINDOWS作为桌面应用的先进代表占领市场太久了）也是相当不错，就个人版来说，家庭用户非特殊要求的使用此款软件还是强力推荐的！

（图片来源于网络）

Q7：我们是否真的有必要自主研发操作系统？如果没有这样的操作系统，我们会面临哪些风险？

随着网络技术的不断发展，信息安全显得愈加重要。操作系统作为各种应用软件的平台，是所有软件的基础，是最基本、最重要的一部分。很多人认为我们的操作系统是很安全的，但殊不知，Linux的系统核心技术是来源于美国的。

值得提出的一点是：任何操作系统其实都在内核中预置了“后门”，Windows如此，Linux也不例外。操作系统开发者可以自由出入后门，为所欲为，包括收集系统信息、篡改系统数据、干扰系统运行、使计算机系统“死机”等;个别国家已经研发出了针对Windows, Linux, MacOS等操作系统的武器，可以随时窃取，删除信息，并注入木马等危害，这与我们的生活息息相关。如果我们的所有操作系统被所谓的武器或者后门攻击，我国的各种计算机，手机，交通系统，电力能源系统，国防系统，医疗系统，北斗导航系统，气象系统等都无法工作，这简直就是灾难，所以非常有必要研发出属于我们自己的操作系统。

但操作系统研发的难度是全流程的，开发非常难。因为操作系统实际上是用户、软件、硬件三者的接口程序。从底层看，需要兼容的硬件五花八门，操作系统需要考虑的不仅仅是各个硬件上的可用性，还需要考虑效率等其他因素；从软件角度看，需要大量的软件做操作系统适配，做操作系统想要有人使用，软件生态非常重要，之前的国产操作系统，包括手机和PC操作系统都死在了软件生态上。从用户的角度来看，美观、实用、高效、安全、稳定缺一不可，哪一条拿出来都砸死一片操作系统。

Q8：此前媒体报道朝鲜都有自己的操作系统——红星，这款操作系统技术含量如何？

其实红星 OS也是朝鲜根据 Linux 系统开发的一款PC端操作系统，它主要基于 Linux 在2009年推出的更新版本 Fedora 11 开发，并在2011年正式推出。而目前使用的红星 OS 是其在2013年更新后的第三个版本。最初，它的外观类似于 Windows ，而更新后的红星 OS 则看上去更像苹果的 Mac OSX。

不过，虽然这套系统已经开发了很多年，但它并没有连接到万维网上，只能连接自己国内的网络，去一些他们的政府网站及被朝鲜官方认可的网站上逛逛，而且外部世界的人们也不了解这个系统本身的情况。

Q9：如果中国要发展操作系统，应率先在哪个领域进行突破？

其实最难的问题还是是否要从零开始研发芯片架构，内核，GRUB以及可编程接口，这些软件都是国外在三十年前开始迭代优化的，每个部分都有上千页的规范说明，开发设计也极其复杂；若是想要完完全全地自主设计开发，就必须从底层软件开始，一口吃不成大胖子，浅心研究个十年左右，可能会有我国的自主品牌诞生。

生态构建是操作系统能否取得成功的核心，构建生态型的操作系统，需要从产品、服务、技术、研发、人才等多个领域着手。例如打造优势产品、提升技术，完善系统版本的更新换代、培养更多的专业人才开展研发计划等等。

操作系统的开发其实是很庞大的工程，所需要的技术比较广泛。主要有三大步骤：

第一步是编程语言，这是开发操作系统基础, 目前广泛的是汇编语言和C语言（效率更高）；

第二步：指定操作系统的计划，有8大要点：

（1）操作系统准备在何种媒介上运行，比如硬盘，光驱等；

（2）确定操作系统支持方向，比如是否支持用户界面，还是只需要命令行界面即可；

（3）确定操作系统支持哪些平台处理器，比如，X86架构，ARM架构的处理器；

（4）确定内核方面是否从零开发（C or C++)，还是使用 Linux 内核扩展来开发操作系统；

（5）确定启动程序使用GRUB，LILO还是从0开发, 这块需要对底层软件BiOS/UEFI（硬件和软件的接口）有一定了解，因为硬件的操作都是需要BiOS的中断服务来控制的;

（6）确定可编程接口，目前现成的是POSIX，所有UNIX的系统都或多或少的支持该接口，目前流行的MacOS，Linux都是基于UNIX的操作系统；

（7）确定设计系统的方向，单片机系统（速度快）还是微内核系统（容错机制和可靠性）；

（8）确定高效安全开发模式，最好使用双启动模式，防止数据被抹除或者丢失；

第三步：在操作系统到达某个阶段，可以发行开源版本，让客户和用户测试使用和反馈，提前发现问题；循环上述三个步骤可以优化操作系统，满足用户需求，增加系统使用年限，为自身的生态做准备。谷歌的Android系统，就是开源模式下极具代表性的典型案例。凭借免费、开源的两大特点，安卓系统得到广大手机厂商和开发者的拥戴，一路突飞猛进跻身成为市场份额第一的操作系统，从而达到生态系统和市场渠道的双赢，一举多得。但总而言之，操作系统属于底层软件的一种，想要开发好，还需要懂得其他的底层软件。

Q10：为何日韩和欧洲各国也都鲜有自主研发的操作系统？

目前世界三大操作系统都来自美国，包括谷歌，微软和苹果公司。有不少中国人，甚至连美国人都会疑惑，中国目前在信息产业上发展这么快，为什么没有像Windows，Linux和安卓这种世界闻名的操作系统呢？

其实这个和操作系统的硬件发展有很大的关系。首先，操作系统是搭配硬件一起出现的。比如微软公司的微软系统，是和微软电脑一起出现的，随后占据了几乎全部的电脑操作系统市场份额，苹果操作系统是和苹果手机和苹果电脑一起出现的，迄今为止，这套操作系统依然是苹果公司独有的，但苹果公司就是凭借自己产品的优势，实现了操作系统的普及。但很可惜的是，中国的科技企业目前并没有出现跟微软和苹果一样的标志性产品。就算是华为公司，目前的手机操作系统也是使用了安卓，这就是先入为主的原理。

此外，不只是中国，世界上其他电子产业发达的国家，比如韩国日本和欧洲等，目前都没能研发出可以跟Windows，Linux等媲美的操作系统。

因为这同样面临着大规模推广的难题，为了打败其他对手，美国的谷歌，微软和苹果公司经过了几十年的市场竞争，通过收购等多种手段，建立起了自己的操作系统帝国。

有人说开发操作系统未必很难，但是开发一个受人喜欢的具有商业价值的操作系统简直难于上青天，最大的问题就是生态环境。其实每个国家都有自己的国产操作系统,不过这类系统一般不适合民用,都是军事之类的用途。

不论如何，华为鸿蒙系统的成功研发，包括国产“DEEP IN深度操作系统”的多项应用，相比起之前完全依靠英美等国操作系统的局面来说，都是一个不小的进步。技术在进步，时代在发展，研发我国完全独立自主的计算机操作系统仍旧任重道远。

对于中国未来操作系统的发展，复制别人的技术永远都不是创新，自主研发这个口号人人都会喊，但实行确实艰难无比。尤其对于芯片和操作系统，是需要投入大量的时间、金钱，才会有所收获。目前，国产操作系统已经初具雏形，只要静心去搞研发，笔者坚信，在未来的十年，我们会收获一个为之骄傲的真正实现自主的操作系统。“能打败安卓的，一定不是另一个安卓，而是下一个。”

本文来自：腾讯科技，作者：Zach小生