从龙蜥看国产操作系统的生态和机会

这几年，随着“人手N个”手机，平板，手环，手表等终端设备；云计算技术的广泛应用；车联网，工业自动化等边缘侧场景的发展，这些技术背后的底层技术越来越受到大家的重视，不管是芯片还是操作系统，更多的出现在公众媒体上。作为操作系统从业者，很开心看到国内在基础技术上越来越重视。

2020年12月8日，CentOS社区宣布原有的CentOS8将于2021年年底停止维护，国内之前使用CentOS生态的厂家何去何从变成了一个非常现实和急迫的问题。正好这个时候，阿里、统信、英特尔、红旗、龙芯、飞腾等多家公司发起了龙蜥社区。我有点好奇，看一看龙蜥在做什么事情，能不能帮助这些原有依赖CentOS生态的公司？

什么是Linux发行版？

CentOS是一个Linux发行版（Linux distribution），通俗的说，Linux发行版是基于Linux内核，GNU工具，一系列软件以及软件包管理器组成的操作系统。

常见的发行版如下图，大致可以分为社区和商业版本。

不同的发行版适配的软件和硬件不尽相同。更换一个发行版意味着原有的业务软件和硬件可能需要重新适配，测试。RHEL支持周期可以达十二年（参见下图），意味着一次大版本适配可以管十年以上，频繁更换发行版，会极大增加企业的成本。

图片来源：https://access.redhat.com/support/policy/updates/errata

为什么“CentOS8没了”影响这么大？

CentOS和Redhat的企业级Linux发行版RHEL完全一样，不光特性一样，bug都一样，只是更新稍稍慢一点，使用CentOS意味着免费使用Redhat企业级Linux维护能力。CentOS8在2019年release之后，在2020年宣布停止维护，相当于刚刚情定十二年，第二年对方说要分手。。。

替换CentOS是否可能？

前面提到，CentOS8没有了，是更换么？换，意味着之前的部分研发投入打了水漂。不换，意味着自己要把整个发行版维护起来，相当于原本只是自己家的装修和维护，变成了要自己维护整栋楼。工作量大了不是一点点。不换，又希望有人维护，是否可能？国际上有Rocky Linux和AlmaLinux两个新项目继续CentOS8的维护，还有之前一直做RHEL兼容的Oracle Linux。国内则有龙蜥社区。

Rocky Linux和AlmaLinux二者的背后既有AWS、Google Cloud、微软Azure这样顶级云厂商，也有方案提供商。而Oracle Linux，除了和RHEL兼容，还有自己的增强。

一个发行版的维护周期长达十几年。选择一个发行版，意味着日后的十几年要和这个发行版高度合作。所以对于一个基于发行版达成自己商业目标的公司来说。这个发行版的维护能力，本公司的需要能不能有效地反馈到发行版社区，这两个因素都非常重要。

很显然个人和小团队是做不了这个事情的。上面两家新成立的公司意味着要和这两家公司一起发展。对于国内的公司来说，跨文化和地域的沟通实际上增加了研发成本。同时在一个发达国家主导的发行版（例如Oracle Linux）里面，国内公司能有多少话语权也是一个问号。所以如果能由国内的公司提供兼容于CentOS的方案，并且这个公司有丰富的操作系统维护能力，并且能够开放地接纳不同的需求，无疑是一个很好的选择。

龙蜥行不行？

调查一下龙蜥，我发现这么几点：

  • 龙蜥社区的最高机构是理事会，包括阿里云、英特尔、兆芯、统信软件、中科方德、万里红等14家单位。不仅有阿里巴巴这样的互联网厂商，也有统信这样的长期在国内做操作系统的公司，还有龙芯、兆芯、飞腾这样的芯片原厂。

  • 阿里云有丰富的场景。如果阿里云自身已经有大量使用龙蜥，对外部客户来说，相当于获得了阿里云的高强度海量测试。

  • 龙蜥即可以兼容已有的CentOS8，也可以选择龙蜥自研Linux内核获得更多功能特性。

  • 最后龙蜥还能提供超过十年的技术支持。

嗯，看起来是一个可选项。

但是对于一个工程师背景的我。我对于这个事情处于比较谨慎的态度。不仅仅因为我之前曾经在 SUSE也工作过，对于发行版有比较深的了解。同时也是因为我之前一直在研发一线，更看重代码，文档等具体工作。正如Linus所说，talk is cheap，show me your code。

龙蜥在云场景做的怎么样？

对于云场景来说，最重要的是弹性扩容和资源隔离。我选择了资源隔离，看一看龙蜥在资源隔离上面有哪些东西。一看发现龙蜥在资源隔离上支持的方案非常广，能支持各种各样的场景。

在云场景里面，容器扮演了非常重要的角色。大家都在说的云原生的基础就是容器。容器技术可以分成两个层次。一个是像集装箱一样把应用装到容器里面，以容器镜像的形式发布并运行。另一个是如何管理这些集装箱。在如何管理这一块社区有一个事实标准Kubernetes。而集装箱如何执行，集装箱和集装箱之间有多厚的保护壳？这些属于容器运行时要解决的问题。

传统容器方案的特点是非常轻量级，但是安全性和隔离性不足。而基于虚拟化的方式，虽然提供了非常好的安全性和隔离性，但是没有办法做到像容器那样轻量级和快速启动。

看一个发行版对容器的支持，首先要看对基本的容器和容器的管理是否支持的比较好。这部分龙蜥做的没有问题，而且有阿里自研的Pouch增强，还有基于互联网业务的需要实现的混合部署（把需要高优先级快速响应的业务和低优先级的业务混合部署到一起，业界称为混部）。混部的目的是在效率和成本之间有一个非常好的平衡。在没有混合部署之前，为了保证高优先级业务的运行，同一个机器上容器的部署量有限，这样浪费了一部分硬件资源，也就提高了业务的运行成本。通过混部，既保证了高优先级业务的服务质量，也充分利用了硬件资源：让低优先进业务可以在系统负载充足的情况下适当运行。

除了基本的容器，龙蜥还在安全性和隔离性方面提供了不同的解决方案，以适合不同的业务需要。举个例子，为了同时发挥虚拟机和容器的特点（虚拟机有较好的安全性和隔离性，容器能够快速启动），龙蜥集成了开源社区项目Kata，Kata的由蚂蚁金服，华为和英特尔主导；为了支持机密计算的场景，龙蜥支持了inclavare-containers。后者是一个非常典型协作的产品，包括：

  • Occlum：由蚂蚁安全计算团队自研的实现了内存安全的多进程 library OS（rune 的默认 enclave runtime）

  • Dragonwell：由阿里编译器团队定制的 LTS OpenJDK 发行版本（后续会提供 Golang 的支持）

  • Graphene：基于 IntelSGX（SoftwareGuard Extensions）技术并可以运行未经修改程序的开源 library OS（阿里云安全团队合作贡献 Golang 支持）

  • enclave-device-plugin：由阿里云容器服务团队和蚂蚁金服安全计算团队针对 Enclave 硬件技术联合开发的 Kubernetes Device Plugin

能够看得出来，龙蜥在满足业务需要和统筹集成方面有很多的工作。看到这儿我难免有一个疑问。上面的团队其实都属于大阿里，到底龙蜥是不是一个开放和活跃的社区？看一个社区有两个方面，一个是它有没有向上游贡献自己的工作，一个是有没有其他公司向社区贡献。

龙蜥对社区的贡献

先来看看社区贡献这部分，云场景对操作系统的需要可以分为计算、存储和网络三部分。这里我选择了存储场景，在存储场景，原有libaio方案的性能已经不能满足新型高性能存储的需要，由Facebook发起的io_uring很可能可以解决这一类问题。

龙蜥在这里也有大量的贡献，在最新Linux内核（5.15 rc3）使用版本管理工具查看，linux.alibaba.com的作者在io_uring贡献了74个补丁（参见下图），据说在io_uring社区排名第二。比补丁数量更重要的是补丁的质量，通过查看补丁提交信息，可以看到工作包括对多实例的编程模型的改进、多线程的性能优化和内核其他子系统的协作开发等等。

不仅如此，龙蜥的高性能存储技术SIG还基于这些工作，针对Redis等上层业务需要的组件做适配和优化。“redis 在 event poll 和 iouring 下的 qps 对比，可以看到：  高负载情况下，io_uring相比 event poll，吞吐提升 8%～11%。开启 sqpoll 时，吞吐提升 24%～32%“：

上面的性能优化非常的有价值，可以想象，基于它的业务一定会有更好的性能体现。就像一棵大树，让人看到了枝繁叶茂的树冠。同时，更重要的是这棵大树的树干是否健康，前面在内核社区的社区贡献，就是龙蜥操系统的在高性能存储等场景的树干。

其它厂商的参与

独木不成林，作为一个开放的社区，除了向外的贡献，还需要看社区内部是一家独大还是各家都有贡献。前几天我看到一个新闻，国内少有的有自主指令集的龙芯LoongArch在龙蜥社区的贡献众多，涉及基础平台、OpenStack、Ceph、AI 框架、大数据等内容。此外，我在龙蜥SIG列表还看到深度操作系统著名的DDE桌面SIG。

Anolis，is Not Only Linux System

其实龙蜥还有很多工作没有来得及看。比如完整的国密解诀方案，比如Java在ARM64的优化获得SPECjbb第一的得分，比如龙蜥的可靠性和调测能力。

所谓操作系统，就是对下抽象硬件，对上满足业务需要。从这个角度看，操作系统可做的事情很多。尤其是在当前云计算场景，语言的开发者越来越多地基于语言本身开发，越来越不关注操作系统。这无疑给操作系统的演进和优化提供了更大的空间。

龙蜥提到过端边云的规划，据称会把AliOS Things集成到龙蜥中。相比之下，龙蜥在边缘侧的场景还没有任何消息，期待龙蜥在边缘侧最热门的场景——车联网——会有所动作。目前龙蜥还没有ARM和RISC-V的工作组，如果龙蜥能在这两个架构上有更多发力，端和边缘的可能行感觉会更多，也能更好地支持龙蜥做通用基础设施的目标。

参考链接：

1、CentOS Project shifts focus to CentOS Stream 
https://blog.centos.org/2020/12/future-is-centos-stream/

2、Ten scenarios where edge computing can bring new value 
https://www.zdnet.com/article/10-scenarios-where-edge-computing-can-bring-new-value/

3、Cloud Computing Gets Enhanced by Linux Distributions 
https://www.worldposta.com/en/cloud-computing-enhanced-by-linux-distributions/

4、浅谈机密计算-发表在Inclavare Containers开源之际
https://openanolis.cn/blog/detail/242161389854032808

5、高性能存储技术SIG Redis：
https://openanolis.cn/sig/high-perf-storage/doc/218937424285597744

6、干货满满！龙蜥社区Meetup走进龙芯圆满结束，5大技术分享精彩回顾
https://www.leiphone.com/category/industrycloud/NfD57X8MsBupbc3c.html

作者介绍：

张健，先后在SUSE，华为，区块链创业公司，寒武纪等公司工作，任工程师，架构师，技术合伙人，架构师等角色。

技术方向：Linux内核，Linux发行版，ARM，RISC-V，虚拟化。

目前自由职业：提供计算机软件技术课程，职业规划咨询/教练服务。

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