演講嘉賓 | 杜 東
回顧整理 | 廖 濤
排版校對 | 李萍萍
嘉賓介紹
OS內核及視窗分論壇
杜東,上海交通大學助理研究員,OpenHarmony項目群技術指導委員會并發與協同TSG成員,中國計算機學會CCF會員,ACM會員。研究興趣為操作系統與體系結構、服務器無感知(Serverless)計算、系統安全。在包括ASPLOS、ISCA、OSDI、SOSP、ACM SoCC、TOCS等國際著名會議和期刊發表/錄用多篇學術論文。
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隨著設備智能化程度的提升,以及跨設備的通訊協同需求日益增長,我們將迎來萬物智聯的新時代。分布式設備共享與協同是萬物智聯場景下操作系統的重要能力,如何進一步打造更低時延分布式共享設備?上海交通大學助理研究員杜東在第二屆OpenHarmony技術大會上進行了精彩分享。
基于分布式共享設備,OpenHarmony上的應用可以實現跨設備的無縫流轉以及跨場景的無縫協同。例如,在筆記本電腦和Pad上繪畫,或者手機和筆記本電腦上玩娛樂游戲,由于這些終端設備都在一個設備池中,用戶的任意操作均可在相關設備上同步進行,實時顯示。
相比傳統分布式共享內存(DSM)等經典技術,分布式設備面臨更多挑戰:
關鍵技術挑戰一:面向分布式設備場景的應用編程抽象。
在傳統設計中,應用基于跨設備SDK適配,如Android Cross-Device SDK: session API、iOS: Continuity camera等。這類設計不涉及硬件和內核的修改,僅在框架層支持或提供新的應用API,但需要修改框架和應用。其中,框架提供系統服務,實現類似C-S模型或者代理的架構,應用通過框架的系統服務來使用其他節點上的設備。應用基于新的API適應遠端設備,可以在框架層支持兼容。
OpenHarmony的分布式設備如何實現應用無感知?在OpenHarmony的分布式設備之間,可以基于軟總線的信道交換數據,并基于Mgr控制和同步數據。此外,在內核層面會虛擬化一個設備,并將數據上報至該虛擬設備中,則用戶可以基于該虛擬設備對遠端設備直接進行訪問和控制。
因此,基于系統甚至內核能力構建分布式共享設備體系,能夠使應用甚至操作系統框架無感知,提供友好的軟件棧生態,是后續OpenHarmony技術演進的方向之一。但如此一來,很可能帶來更加復雜的系統或內核實現,且還需要進一步考慮在應用無感知的情況下如何實現性能提升。
關鍵技術挑戰二:面向分布式設備場景的硬件設備管理。
在分布式設備場景中,如何高效管理各硬件設備?有3個技術路線:
(1)本地管理,多端應用(RPC)。這種路線的軟件棧兼容性較好,容錯高,易于共享,但軟件棧復雜,性能開銷較大;
(2)跨端管理,獨占應用。這種路線的兼容性較好,性能較高,但由于驅動分離,可靠性等挑戰大;
(3)設備“智能”化。這種路線較好地平衡了應用兼容和性能,但協同性能、可靠性等存在較大挑戰。
因此,可靠性與安全,是分布式共享硬件下一階段的重要挑戰。例如,互聯的設備池中,可能出現設備錯誤、網絡斷聯等問題。驅動和設備分離后,我們的代碼能有多可靠?“惡意”設備將會變成常態,而防護會帶來顯著開銷。
關鍵技術挑戰三:面向分布式設備場景的互聯協同。
傳統網絡協議棧如TCP、UDP、HTTP等,對可靠性保障較為成熟,能夠支持多種設備和場景,但延時挑戰大。OpenHarmony的軟總線設計更底層,支持定制化協議,提供了多底層的通信方式。為什么說低時延是分布式設備的重要需求呢?因為端側場景的“強交互”屬性,對分布式設備時延提出了極高要求。同時,低時延、可擴展以及安全也是互聯協同場景的主要挑戰與開放問題。
在萬物智聯場景中,軟硬件將同時面臨性能挑戰,而低時延是提升軟硬件性能的關鍵。在硬件角度,需要探索更快的互聯方式(5G及后續通信能力),通過軟硬件協同的體系結構擴展支撐分布式共享設備;在軟件角度,需要通過垂直整合,打通應用框架、驅動以及內核。
低時延的分布式共享設備為當前萬物智聯場景下面臨的安全、性能、互聯協同等挑戰提供了解決方案:
(1)針對當前并非所有的設備上都有TEE相關的硬件支持,無法基于TEE來運行一些安全敏感應用的問題,可以基于分布式設備,構建一個安全算力統一的分布式可信執行環境,從而實現安全應用的計算和數據的安全高效遷移、將分布式TEE的算力和安全內存進行有效整合、服務提供方的選擇對應用無感知等能力;
(2)針對分布式異構算力的易用性(兼容性)和性能的權衡問題,通過引入一層異構算力設備上的分布式全局內核層,結合遷移和進程間通信,能夠平衡易用性和性能,且同時提供了跨設備的OS機制;
(3)針對當前的硬件/架構設計并不一定適合分布式設備場景的問題,基于硬件擴展構建分布式共享設備是一種新型的互聯方式。這種互聯方式能夠基于CXL等新型總線,使分布式設備支持更加細粒度、低時延的協同通信,但同時也需要考慮硬件依賴(兼容性)等問題。
如何基于OpenHarmony打造更低時延、更高性能、更安全的分布式共享設備,賦能萬物智聯場景,希望能跟各位同仁共同探討。
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