从流浪地球550自编程谈操作系统

柏舟   新冠4年 02-01

《流浪地球2》550系列通过自编程动态生成操作系统，大幅提高发动机建造效率，这个想法真的很有趣。操作系统一般用于管理系统资源和外设，而550显然不止于此，发动机系统的机械部件肯定包含其它计算机，550必须拥有集群管理能力，同时有很强的运筹能力。

自编程

自编程真的不是什么新概念，计算机发明初期，还只有汇编的时候，就有运行时生成代码的做法。后来，window的渲染管线中也有动态生成汇编执行的做法。lisp使用宏不仅能够在编译时生成代码，同时能够在运行时不断生成宏或函数，赋予了程序员极大的自由度，能够自由的控制程序执行顺序。

在550中，我认为自编程主要用于外设的驱动生成，远程调用的驱动生成，550量子计算机自身计算特点的代码生成。为什么自编程动态生成操作系统就一定优于传统做法呢？早期的计算机和嵌入式计算机因为计算能力、存储空间有限，只会携带需要的驱动程序，如果需要添加新的设备，就需要重新编译内核。后来，操作系统能够动态安装驱动程序，不需要重新启动。但是，这肯定会增加操作系统的复杂度，将编译期的工作转移到运行期，操作系统的适应能力更强了，但是也变复杂了，更慢了。

那么有没有办法像jit一样，操作系统动态生成最优的代码呢？

理想的操作系统

操作系统究竟是什么东西？有人说，操作系统是C语言的运行时。C语言太简单了，只具有运算的抽象，如果需要调用外设，打印输出，使用多个CPU，使用进程、线程的抽象就必须引入操作系统的接口。

操作系统中很多损耗，比如内核态和用户态的切换，虚拟内存等等都是因为C语言本身不安全造成的。假如，我们确保语言本身安全，是不是就可以取消虚拟内存了呢？比如，将JVM做成操作系统，是不是程序就可以直接在物理内存上跑了呢？

在很多年前，plan9就通过9p协议做了远程服务调用，Erlang在语言层面上做了消息驱动模式的封装，它们屏蔽了调用本地的服务和远程服务的区别。Go语言自己实现了调度器，相当于在操作系统的进程上跑了一个微型的操作系统。但是，这些方法总感觉差了点什么。

进程、线程的抽象是CPU物理的抽象，在计算程序中真的该如此吗？我认为理想的操作系统就像分形一样，操作系统的每个子节点也是操作系统，文件系统的每个文件也是文件系统。其实kubernetes已经很接近了，将容器视作操作系统，在容器中已经可以通过API spawn一个容器了。但问题是，这是一个扁平的结构，而不是树状的分形的结构，而且最大的问题是，spawn的容器必须是已存在的容器，很难通过自编程动态生成新的容器。

我很期待在未来看到，语言有一个对资源、外设的好的抽象。Java .NET能够直接运行在硬件上。操作系统成为是一种跨语言的分形接口，可以屏蔽本地和远程的区别。