Offenlegung des Kernels des vivo Blue River Betriebssystems: Eine „Rust-Revolution“ für chinesische Betriebssysteme

Wie kann das Betriebssystem in der Ära der großen KI den Kern weiter entwickeln?

Mit der Integration von Modellen in verschiedene intelligente Endgeräte rückt das Betriebssystem, das oben an Anwendungen und unten an Hardware angeschlossen ist, in den Mittelpunkt des historischen Wandels.

Über einen längeren Zeitraum hinweg war das Betriebssystem der Wächter der digitalen Welt der Benutzer und kontrollierte den Zugang zu allen Hardware-Ressourcen. Von der CPU-Scheduling und der Speicherzuweisung bis hin zu den Berechtigungen für Sensoren wie Kamera, Mikrofon und Positionsbestimmung - ohne die Genehmigung des Betriebssystems kann keine Anwendung auf diese unteren Ebenen zugreifen.

Es ist auch der Wächter für den Datenfluss - es entscheidet, wann Daten eintreten, wie sie gespeichert werden, ob sie verlassen können und wer sie lesen darf. Man kann sagen, dass das Betriebssystem in der KI-Ära nicht nur ein Vermittler hinter der Hardware, der sich auf die Ressourcenverwaltung konzentriert, sondern auch die zentrale Brücke für den Betrieb großer Modelle und den Schutz der Datengrenzen geworden ist.

Tatsächlich hat die Schlüsselrolle, die das Betriebssystem spielt, auch Fragen zur Sicherheit in der KI-Ära aufgeworfen: In einer Zeit, in der intelligente Endgeräte überall sind und der Durchschnittsbürger drei oder mehr Geräte besitzt, wie können wir ein sicherereres und wirklich vertrauenswürdiges Betriebssystem aufbauen?

Insbesondere in den letzten Jahren, in denen das Betriebssystem und seine unteren Komponenten häufiger hohen Angriffen ausgesetzt waren, sei es, dass der Linux-Toolchain mit Hintertüren in die Lieferkette eingebaut wurde oder dass Windows aufgrund von Abstürzen von Kernkomponenten massive Bluescreens verursachte, deutet alles darauf hin, dass Sicherheit eine grundlegende Eigenschaft des Betriebssystems werden muss.

Die Lösungsmöglichkeit könnte in der System-Programmiersprache liegen.

Wenn man das Betriebssystem als ein Wolkenkratzer ansieht, dann ist die System-Programmiersprache der Stahlbeton, der seine Stabilität und Zuverlässigkeit bestimmt. Die traditionellen Hauptbetriebssystemkerne, wie Windows NT und Linux, stammen aus den 80er und 90er Jahren des letzten Jahrhunderts und sind heute in der KI-Ära verschiedenen strukturellen Beschränkungen ausgesetzt.

Einerseits werden die traditionellen Systemkerne meist in der Programmiersprache C entwickelt. Obwohl sie in Bezug auf die Leistung effizient sind, besteht ein potenzielles Risiko in Bezug auf die Speichersicherheit. Normalerweise werden Sicherheitslücken nachträglich mit Sicherheitsupdates behoben, und es ist nicht möglich, eine native Sicherheit zu gewährleisten, um dem zunehmend erweiterten Angriffsvektor, der durch die multimodale Interaktion und das komplexe Verhalten der Benutzer in der KI-Ära entsteht, entgegenzuwirken.

Andererseits sind die traditionellen Betriebssystemkerne im Allgemeinen funktional überladen, und der Kerncode umfasst oft mehrere Millionen Zeilen. Dies macht es schwierig, sie in diversen Endgeräteszenarien wie IoT und Edge Computing effizient anzupassen und zu kürzen. Dieses riesige Kernvolumen bringt das Betriebssystem in eine strukturelle Anpassungsschwäche.

Man kann sagen, dass diese traditionellen Systemkerne, die in der Ära der allgemeinen Computation entstanden sind und hauptsächlich für die PC-Architektur entworfen wurden, die Anforderungen an "Leichtgewichtigkeit, Hohe Sicherheit und Plattformübergreifung" kaum erfüllen können und somit nicht an die gegenwärtige Umgebung der Mehrgerätekooperation und der heterogenen Computation in der KI-Ära angepasst sind.

Welche Sprache kann also die Grenzen dieser Ära brechen und den Bedürfnissen der Benutzer in der KI-Welle entsprechen? Vivos Antwort ist: Rust.

Mit der Rust-Sprache einen neuen Kern aufbauen - Vivo geht in die "Tiefen der Eigenentwicklung" des Betriebssystems

Warum die Rust-Sprache?

Als eine aufstrebende System-Programmiersprache wurde Rust im Jahr 2006 entwickelt. Damals hatte ein Programmierer von Mozilla einen Aufzugausfall erlebt, als er von der Arbeit nach Hause ging. Dies hat ihn dazu inspiriert, eine neue Programmiersprache zu entwickeln, mit der man kompakte, kurze aber schnell laufenden Code schreiben kann.

Vor der Entstehung von Rust war die Systemprogrammierung fast vollständig von C/C++ dominiert. Obwohl sie hohe Leistung bieten, setzen sie fast keine Beschränkungen für die Programmierer. Dies führt oft zu verschiedenen Sicherheitsproblemen wie häufigen Speicher-Sicherheitslücken und schwer vorherzusagbaren und zu debuggenden Fehlern unter multithreaded Bedingungen.

Die Entstehung von Rust zielte darauf ab, die Sicherheitsprobleme, die in der Ära der C/C++-Dominanz aufgetreten sind, ohne Leistungseinbußen zu lösen. Für Entwickler ist es eine neue Generation von Programmiersprachen, die sowohl die Leistungsebene von C als auch moderne Speicher-Sicherheitsmechanismen bietet.

Zunächst kann es die Probleme der Speichersicherheit und der parallelen Sicherheit bereits während der Kompilierung lösen.

Im Vergleich zur Programmierung in C, bei der die Entwickler den Speicher manuell verwalten müssen und es leicht zu schwerwiegenden Lücken wie Nullzeigern, wilden Zeigern und Pufferüberläufen kommt, kann Rust durch seinen Besitzverwaltungsmechanismus und die Lebenszeitverwaltung bereits während der Kompilierung Sicherheitslücken aufgrund von unsachgemäßem Speichergebrauch entdecken.

Zweitens kann es auch die parallele Sicherheit gewährleisten. Das parallele Modell von C ist schwach und hat höhere Debugging-Kosten, während Rust auf sprachlicher Ebene sicherstellen kann, dass der Datenzugang zwischen Threads sicher ist. Für Entwickler können sie sicher parallele Programme schreiben, ohne sich um die unteren Probleme zu sorgen.

Schließlich eignet es sich für wichtigere Sicherheits-Szenarien und vielfältigere Endgeräte.

Die Eigenschaften von "Null-Kosten-Abstraktion" und "Kein GC-Laufzeitumgebung" von Rust ermöglichen es, dass es flexibel auf leichtere, kleinere und verteiltere Endgeräte - wie IoT-Knoten, Edge-Computing-Einheiten, intelligente Wearables und sogar eingebettete Chips - abgestimmt werden kann und tatsächlich eine Systemsprache für alle Szenarien von der Rechenzentrums bis zum Armbanduhr-Chip wird.

Man kann sagen, dass Rust eine neue Wahl wird. Bereits 2022 hat Mark Russinovich, der Cheftechniker von Microsoft Azure, die Entwickler direkt aufgefordert, C und C++ aufzugeben und sich der Rust-Sprache zuzuwenden. Eine Umfrage von Stack Overflow unter Entwicklern im Jahr 2023 zeigte, dass über 80 % der Entwickler die Rust-Sprache weiterhin verwenden möchten, weit höher als C/C++ (weniger als 50 %).

Während ausländische Tech-Riesen tausende von Entwicklern aufrufen, Rust zu verwenden, haben chinesische Tech-Unternehmen bereits eine Rust-Community aufgebaut.

Das kürzlich von Vivo veröffentlichte und quelloffene BlueOS-Kern (im Folgenden BlueOS-Kern genannt) hat drei einzigartige Eigenschaften: Sicherheit, Leichtgewichtigkeit und Allgemeingültigkeit. Diese einzigartigen Kernvorteile ermöglichen es dem BlueOS-Kern, die drei Kernanforderungen an das Betriebssystem in der KI-Ära wirklich zu erfüllen: Hohe Sicherheit, Leichtgewichtigkeit und Allgemeingültigkeit.

Zunächst ist es sicher. Der BlueOS-Kern baut mit der Rust-Sprache eine speichersichere Laufzeitumgebung auf. Es implementiert die Kernmodule, die Standardbibliothek und die Systemaufrufe in Rust, um die Speichersicherheit von Grund auf zu gewährleisten. Das heißt, dass das BlueOS-System standardmäßig eine höhere Laufzeitstabilität und Angriffsresistenz besitzt.

Zweitens ist es leicht und leistungsstark. Dank der Leichtgewichtigkeit von Rust benötigt der BlueOS-Kern sehr wenig Hardware-Ressourcen. Der minimale Speicherbedarf beträgt nur 13 KB, was es möglich macht, die Anforderungen von Endgeräten wie Wearables mit geringeren Kosten zu erfüllen.

Schließlich ist es allgemeingültig. Dieser Kern mit geringem Hardware-Ressourcenbedarf kann mehrere Chip-Architekturen wie RISC-V und ARM unterstützen, um die Geschäftsanforderungen von Entwicklern auf verschiedenen Plattformen zu erfüllen. Gleichzeitig unterstützt es auch die Standardbibliothek, die mit POSIX-Schnittstellen kompatibel ist, um die bestehende Hardware- und Software-Ökosysteme zu erweitern.

Für Benutzer kann die Veränderung auf Systemebene zu einer spürbaren Verbesserung der Erfahrung führen - weniger Abstürze, stärkerer Datenschutz, schnellere Reaktionszeit, was die Standards des Betriebssystems neu definiert; für Entwickler senkt dieser Kern auch die Entwicklungsbarrieren und die Wartungskosten erheblich, so dass sie mit weniger Aufwand sicherere, leistungsstärkere, wartbarere und leichter zu deployende System-Code schreiben können und die Blüte der Anwendungs-Ökosysteme in der KI-Ära beschleunigen können.

Wenn Vivo den BlueOS-Kern mit der Rust-Sprache baut und ihn quelloffen macht, schafft es nicht nur ein vollständig eigenentwickeltes Betriebssystem, sondern beantwortet auch die Herausforderung der KI-Ära an das Betriebssystem in Bezug auf "Sicherheit und Vertrauenswürdigkeit" auf eine neue Art. Weitere Informationen können Sie auf der offiziellen Website des BlueOS-Kerns einsehen: https://blueos.vivo.com/kernel.

Mit der Kraft der Open-Source-Bewegung eine innovative und gemeinschaftliche Blüte in der "BlueOS-Ära" schaffen

Warum will Vivo sein eigenes Betriebssystem entwickeln?

Für Hersteller von intelligenten Endgeräten ist die Entwicklung eines Betriebssystems zweifellos eine "innovative Marathon", bei der es keine Abkürzungen gibt. Tausende von Millionen von Codezeilen, die enge Kopplung von Hardware und Software sowie die langfristige Ökosystementwicklung erfordern, dass Hersteller oft strategische Entschlossenheit und Ressourcen über einen langen Zeitraum hinweg investieren müssen.

Aber angesichts der ständig auftauchenden neuen Szenarien und Anforderungen in der KI-Ära haben die traditionellen Systemkern-Architekturen aufgrund ihrer schweren historischen Lasten und der hohen Kopplung von Modulen Schwierigkeiten, sich an die ständig sich entwickelnden vielfältigen Endgeräte anzupassen. Sie stoßen an Grenzen in Bezug auf Leichtgewichtigkeit, Sicherheit und Intelligenz.

Vivos Weg der Eigenentwicklung des Betriebssystems zielt darauf ab, diese Kernkonflikte zu lösen, die sich negativ auf die Benutzererfahrung auswirken.

Im Jahr 2018, mit der Welle der KI, wurde das BlueOS-Betriebssystem offiziell ins Leben gerufen. 2023 wurde das von Vivo eigenentwickelte BlueOS-Betriebssystem, dessen Systemrahmen in Rust geschrieben wurde, offiziell veröffentlicht. 2024 hat BlueOS einen weiteren Schritt gemacht und ist das erste Betriebssystem in der Branche, das von Kern bis Systemrahmen vollständig in Rust geschrieben wurde.

Wie Vivos Vizepräsident Zhou Wei über das Betriebssystem in der KI-Ära nachdenkt: Ein wirklich zukunftsträchtiges intelligentes Betriebssystem muss drei Kernfähigkeiten beinhalten - starke KI-Unterstützung, umfassender Datenschutz und sicherer Betrieb des Systems.

Zhou Wei, Vizepräsident von Vivo, Vizepräsident des OS-Produkts und Direktor des globalen KI-Forschungsinstituts von Vivo

Jetzt, mit der Veröffentlichung des intelligenteren, flüssigeren und sicheren BlueOS-Betriebssystems und seiner Installation auf intelligenten Endgeräten, hat Vivo als Pionier und wichtiger Akteur in der Entwicklung der Rust-Sprache auch angekündigt, den BlueOS-Kern quelloffen zu machen. Man kann sagen, dass Vivo von der Eigenentwicklung bis zur gemeinschaftlichen Entwicklung im Open-Source-Modell einen eigenen Weg für das Betriebssystem in der KI-Ära gefunden hat.

Eine noch wichtiger zu beantwortende Frage ist: Warum entschied sich Vivo dafür, den BlueOS-Kern quelloffen zu machen?

Zunächst ist in einem Bereich wie dem Betriebssystem, wo die unteren Ebenen stark miteinander verknüpft sind und der Wert des Ökosystems die Obergrenze bestimmt, weder Alleingang noch Abgeschlossenheit langfristig erfolgreich sein. Für führende Hersteller ist es eine notwendige Entwicklungswahl, die Ökosystementwicklung mit ihrer eigenen Entwicklungsstärke anzutreiben.

Zweitens, obwohl Rust als eine relativ junge System-Programmiersprache in Bezug auf Sicherheit, Parallelität und Leistung bemerkenswerte Vorteile zeigt, ist ihre Ökosystem in China noch in den anfänglichen Stadien. Um die Bedeutung von Rust wirklich auszubauen, reicht die Technologie allein nicht aus.

Vivos Entscheidung, den BlueOS-Kern quelloffen zu machen, zielt darauf ab, dass mehr Entwickler Rust kennen und verwenden, um so die Ökosystemgrundlage für das BlueOS-System aufzubauen.

Deshalb hat Vivo auch das BlueOS-Innovationswettbewerb in diesem Jahr bereits in die dritte Runde fortgesetzt. Gleichzeitig hat Vivo durch die Partnerschaft mit der OpenAtom Foundation und der engen Zusammenarbeit mit der Industrie und der akademischen Welt die Entscheidung, den BlueOS-Kern quelloffen zu machen, nicht nur auf die technologische Investition in das Betriebssystem beschränkt, sondern auch auf die Ausbildung von Entwicklungs-Talenten gerichtet.

Bis jetzt kann Vivos Forschung und Exploration der Rust-Sprache mit den besten akademischen Hochschulen in China und im Ausland konkurrieren. Die Betriebssystem-Arbeitsgruppe der Softwareabteilung der Fakultät für Informatik der Tsinghua-Universität hat bereits vor Jahren in Bereichen rund um Rust OS geforscht und die Rust-Programmiersprache genutzt, um die Innovation des Betriebssystems voranzutreiben.

Und Vivo plant, durch die Partnerschaft mit der OpenAtom Open-Source-Foundation, Hochschulen und der Branche, den BlueOS-Innovationswettbewerb kontinuierlich zum einflussreichsten Rust-Wettbewerb in der Branche zu machen. In der Vergangenheit hat das Ergebnis des Wettbewerbs in der Übersetzung zwischen C, C++ und Rust bemerkenswerte Ergebnisse erzielt, und mehr als 400 Teams aus über 90 Spitzenhochschulen haben an der letzten Runde teilgenommen.

Tatsächlich ist die Förderung der Entwicklung der Rust-Sprache durch eine Reihe von Formen wie