万物互联时代的操作系统

万物互联时代的操作系统研究报告亿欧智库 https://www.iyiou.com/researchCopyright reserved to EO Intelligence, October 2020EO Intelligence2研究背景与目的前言前言物联网因其宏大主题，以及巨大的应用想象空间而备受政府和企业的关注。国际电信联盟 (ITU) 对物联网的定义：“物联网主要解决物品到物品 (Thing to Thing，T2T)，人到物品(Human to Thing，H2T)，人到人 (Human to Human，H2H) 之间的互联。”因此物联网也被视为是继计算机、互联网之后的第三次技术革命。但由于物联网包含的软硬件技术太多，既牵涉到硬件端如传感器、通讯模组、异构芯片，也涉及到软件层如操作系统和应用软件，行业发展遇到不少困境，行业整体呈波段式前进。AIoT+云计算+5G的发展，使得万物互联正在逐渐成为现实，整个ICT产业可能有一次重塑的机会。数据的连接节点、传输速度、时延、处理的规模和速度得到不断的提升，“万物互联”的AIoT将会在智能家居、智慧工厂、智慧城市等场景下均有较大表现。亿欧智库一直关注于物联网产业的发展，自2018年发布《2018中国物联网应用研究报告》以来，后续又推出了深入探讨物联网技术发展及应用的报告。《 2019年中国智慧城市发展研究报告》、《 2020中国车联网商业模式分析报告》、《 2020智能物流产业研究报告》、《2020巨头企业物联网业务布局研究》等已发布报告从不同角度探讨物联网技术的发展。我们也越来越关注底层技术在物联网产业发展中起到的推动力。操作系统作为重要底层软件技术之一，上承应用开发，下接海量的硬件终端，正在吸引巨头提前布局。我们观察到国内外科技巨头都在操作系统层面有所布局，比如谷歌的Android Things和Fuchsia、阿里的AliOS和AliOS Things、华为的LiteOS和鸿蒙OS、ARM的MbedOS等。但市场中对于面向万物互联时代的操作系统还未有充分的讨论，我们希望借助这份报告来实现对物联网操作系统（IoT OS）的定义与梳理，提供给物联网从业人士和其他对物联网产业感兴趣的人士一些有用见解。EO Intelligence3前言主要研究发现前言⚫物联网终端海量碎片化的特征，很可能使得物联网的操作系统并不像PC或手机系统具有个别企业垄断市场的局面；⚫云计算厂商和终端硬件设备厂商有充分的动力去推动自研物联网操作系统，“云+端”是物联网操作系统的主要竞争场；云计算厂商做IoT OS的代表有阿里云、谷歌云、AWS、Azure等，硬件相关厂商做IoT OS的代表有华为、ARM、苹果等。技术积累和资源禀赋决定了不同厂商的入局点不同。⚫当前阶段应用的物联网操作系统往往呈现出轻量级系统和通用级系统并存的情况，轻量级满足低计算资源（RAM及ROM资源最小以KB计）场景，通用级适用于计算资源较好（ RAM及ROM资源在MB以上，甚至达到GB）的物联网场景，是否会出现一种统一的IoT OS，还是多套系统的配合实现功能，目前而言下定论还为时尚早。巨头尝试去打破操作系统这种异构状态，但前景不明朗。新老操作系统的交替会持续相当一段时间。⚫嵌入式操作系统几乎每10年会发生一次重大模态进化，目前的时间节点下来比较，很类似于2005-2008年移动操作系统的爆发前夜，当时无论是微软、惠普&Palm、诺基亚、谷歌、三星、黑莓，还是苹果公司都在积极探索面向下一代的便携式个人计算机新形态，并最终出现智能手机的繁荣。桌面端：Windows系列 88.23% + Mac系列 8.9% = 97.13%移动端：Android 74% + iOS 25%=99%海量碎片的物联网端：分业务、分场景、分生态EO Intelligence专业术语解释•MCU：微控制单元（Microcontroller Unit），又称单片微型计算机（Single Chip Microcomputer ）或者单片机，是把中央处理器（CPU）的频率与规格做适当缩减，并将内存（memory）、计数器（Timer）、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。•SoC：系统级芯片或片上系统（System on a Chip），国内外学术界一般倾向将SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器（或片外存储控制接口）集成在单一芯片上，它通常是客户定制的，或是面向特定用途的标准产品。•嵌入式系统（Embedded system）：以应用为中心、计算机系统为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。•操作系统（Operating System，简称OS）：管理计算机硬件和软件资源的基础软件。操作系统需要处理内存管理、配置系统资源、控制输入输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。•实时操作系统（Real Time Operating System，简称RTOS）：操作系统的一种，系统保证在一定时间限制内完成。实时操作系统有硬实时和软实时之分，硬实时要求在规定的时间内必须完成操作；软实时则只要按照任务的优先级，尽可能快地完成操作即可。•物联网操作系统（IoT OS）：目前对于IoT OS并无明确的统一定义，可以认为其是在嵌入式基础上，面向物联网开发和功能实现需求（低功耗、通讯协议、二次开发、云端对接、高可靠等），使嵌入式系统具备网络连接和通信能力的操作系统总称。•宏内核（Monolithic kernel）：操作系统核心架构的一种，特性是整个核心程序都是以核心空间（Kernel Space）的身份及监管者模式（Supervisor Mode）来运行。用户服务和内核服务运行在同一地址空间中。4EO Intelligence专业术语解释•微内核（Micro kernel）：仅提供操作系统的最核心功能，如进程调度、进程间通信、存储管理等，而诸如文件管理、网络支持等服务以接口形式和微内核通信。因此与宏内核相比尺寸小、可扩展性好。•进程间通信（Interprocess communication，IPC）：程序运行中，每个进程各自有不同的用户地址空间，任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据读走，这一过程称为进程间通信。•系统总线（System Bus）：系统总线是连接计算机系统的主要组件，包括数据总线（Data Bus）、地址总线（Address Bus）和控制总线（Control Bus）。•随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）：是与CPU等计算单元交换数据的内部存储器。作为操作系统或其他正在运行中程序的临时数据存储介质。RAM具有数据易失性，在计算机系统中暂时存储程序、数据和中间结果，断电所存储的数据将随之丢失。•只读存储器（Read-Only Memory，ROM）：ROM存储数据稳定 ，断电后