中國自研操作系統(tǒng)獲全球頂會最佳論文 Rust浪潮中實現(xiàn)架構(gòu)卡位

【環(huán)球網(wǎng)科技報道 記者 李文瑤】2025年10月，被譽為操作系統(tǒng)領域“奧運會”的國際頂會SOSP揭曉最佳論文獎。在全球368篇投稿中，僅三篇獲此殊榮，其中之一來自中國團隊——由中關(guān)村實驗室、螞蟻集團、北京大學、南方科技大學等機構(gòu)聯(lián)合研發(fā)的開源操作系統(tǒng)“星綻（Asterinas）”。

一款完全國產(chǎn)的操作系統(tǒng)內(nèi)核的核心技術(shù)斬獲SOSP'25最佳論文，這是中國在SOSP歷史上極為罕見的一次突破。此次SOSP‘25最佳論文是星綻團隊繼USENIX ATC'25頂會論文之后又一重大創(chuàng)新獲得國際學術(shù)屆高度認可。星綻的USENIX ATC‘25論文提出了“框內(nèi)核（framekernel）”O(jiān)S架構(gòu)，被視為該國產(chǎn)操作系統(tǒng)實現(xiàn)了一次“架構(gòu)級卡位”。

頂會認可背后的分量：從“跟隨”到“架構(gòu)定義”

SOSP與其姊妹會議OSDI，被全球?qū)W術(shù)界與工業(yè)界公認為操作系統(tǒng)領域的最高殿堂，是孕育顛覆性計算技術(shù)的搖籃。谷歌、微軟、Meta等科技巨頭的許多核心系統(tǒng)，其理論基礎都源于此地。歷史上，中國團隊在此類頂會上的表現(xiàn)，尤其是以獨立核心技術(shù)斬獲最佳論文，可謂鳳毛麟角。

正如螞蟻技術(shù)研究院高級研究員、星綻OS發(fā)起者和維護者田洪亮對記者所言：“我們論文顛覆了傳統(tǒng)認識，在常識之地出奇兵，于舊境之中開新天。”

此次星綻的獲獎論文《CortenMM: Efficient Memory Management with Strong Correctness Guarantees》，聚焦于操作系統(tǒng)中最經(jīng)典，也最核心的難題之一——內(nèi)存管理。在過去幾十年間，如何打造更安全、更高效的操作系統(tǒng)，是全球科技界共同面對的挑戰(zhàn)。當前，網(wǎng)絡黑灰產(chǎn)已形成龐大的國際產(chǎn)業(yè)鏈，嚴重安全事件頻發(fā)。

據(jù)操作系統(tǒng)供應商(OSV)報告顯示，約60%～70%的嚴重安全漏洞都源于內(nèi)存安全問題。2024年7月那場導致全球數(shù)百萬Windows電腦藍屏、航班取消、手術(shù)中止的“CrowdStrike事件”，其根源正是一個驅(qū)動程序中內(nèi)存越界訪問所引發(fā)的。

傳統(tǒng)操作系統(tǒng)如Linux，普遍采用“軟件－硬件”兩級內(nèi)存抽象設計。這種設計的好處是兼容性強，能在不同硬件平臺間移植，但代價是引入了顯著的同步開銷，嚴重制約了多核處理器性能的充分發(fā)揮，并潛藏并發(fā)安全風險。

星綻團隊的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)在于，當今主流的x86、ARM和RISC-V等指令集架構(gòu)，其內(nèi)存管理單元（MMU）的設計已趨于統(tǒng)一。這意味著，過去為屏蔽硬件差異而存在的軟件抽象層，在今天已不再是“必需品”，甚至成了性能瓶頸與安全盲點。

基于這一判斷，星綻創(chuàng)新性地提出了CortenMM，一種“單層抽象”的全新內(nèi)存管理架構(gòu)。它摒棄了冗余的軟件層，消除了額外的同步開銷，其結(jié)果是驚人的性能釋放：評估結(jié)果顯示，在真實應用場景中，CortenMM的性能提升最高達Linux的26倍。CortenMM還引入了創(chuàng)新的事務化接口來統(tǒng)一所有的MMU操作，并采用形式化驗證工具證明了其核心代碼的正確性。

“框內(nèi)核”：一個源自中國的OS新范式

如果說CortenMM是在經(jīng)典模塊上實現(xiàn)了“單點爆破”，那么星綻OS更大的突破，則在于其提出了一個由中國團隊主導的全新操作系統(tǒng)架構(gòu)——“框內(nèi)核”（Frame-kernel），試圖從根本上破解操作系統(tǒng)領域長期存在的“性能與安全不可兼得”的困境。

業(yè)界主流的Windows和Linux采用“宏內(nèi)核”架構(gòu)，將所有核心功能集中于內(nèi)核態(tài)，性能優(yōu)異，但因其數(shù)百萬行主要用C語言編寫的代碼，內(nèi)存安全漏洞防不勝防。另一種“微內(nèi)核”架構(gòu)，如學術(shù)界知名的seL4，將內(nèi)核功能極致簡化，大部分服務運行在用戶態(tài)，安全性高，但頻繁的進程間通信導致了性能損耗。

星綻的“框內(nèi)核”架構(gòu)，敏銳地抓住了Rust語言崛起的歷史機遇，試圖“魚與熊掌兼得”。它將整個操作系統(tǒng)內(nèi)核劃分為兩部分：特權(quán)的“OS框架”和去特權(quán)的“OS服務”。OS框架負責將底層非內(nèi)存安全的Rust代碼封裝為高層次、內(nèi)存安全的接口；而OS服務則完全使用Rust語言中的安全部分進行開發(fā)，構(gòu)建操作系統(tǒng)的大部分功能模塊。

“框內(nèi)核 = 宏內(nèi)核的性能 + 微內(nèi)核的安全，”田洪亮如此總結(jié)這一創(chuàng)新設計。通過這種架構(gòu)，星綻OS極大地減少了可能引發(fā)內(nèi)存安全問題的“關(guān)鍵代碼”（Trusted Computing Base, TCB）。在星綻過去兩年的迭代中，其“關(guān)鍵代碼”占比僅為“非關(guān)鍵代碼”的約30%，遠低于傳統(tǒng)OS及其他Rust OS。隨著系統(tǒng)發(fā)展，驅(qū)動等非核心功能將繼續(xù)增長，而核心框架保持精簡，這一比例還將進一步降低，意味著系統(tǒng)整體安全性將持續(xù)增強。

“我們可以把Rust這個語言的優(yōu)勢最大化，也不會有掣肘，所以我覺得這就是我們所謂的后發(fā)優(yōu)勢。”田洪亮強調(diào)。這種架構(gòu)級的創(chuàng)新，使得星綻不再僅僅是另一個“國產(chǎn)Linux發(fā)行版”，而是一個在設計理念上就面向未來、源自中國的“更好的Linux”選項。

Rust語言成新機遇 挑戰(zhàn)者或?qū)崿F(xiàn)換道超車

在田洪亮看來，Rust語言的成熟是操作系統(tǒng)領域一場“電氣化”級別的范式轉(zhuǎn)移，這為挑戰(zhàn)者創(chuàng)造了歷史性的窗口。

“Rust語言之于操作系統(tǒng)，就像電氣化之于汽車一樣，”他打了一個生動的比方，“為什么中國的汽車能夠迎頭趕上？就是因為傳統(tǒng)燃氣汽車里面的發(fā)動機等等傳動這些技術(shù)在電氣化之后就得重新研究。” 同理，當未來的操作系統(tǒng)都轉(zhuǎn)向Rust，Linux和Windows在C語言時代積累的千萬行代碼資產(chǎn)和開發(fā)模式，其護城河效應將大幅削弱。

他犀利地指出了傳統(tǒng)巨頭在轉(zhuǎn)型中的困境：“Linux和Windows，他們也認為Rust是未來，所以他們也在做Rust化。但是他們的處境就像日本車企的狀況，又想擁抱電氣化，又不想放棄在燃油車上面的技術(shù)積累，所以就處在又想擁抱新技術(shù)，又沒辦法完全擁抱新技術(shù)的境地。” 事實上，Linux社區(qū)內(nèi)的“Rust for Linux”子項目一直伴隨著爭議，甚至發(fā)生過核心維護者因理念不合而離開的事件。

而“星綻”從零開始，完全采用Rust原生（Rust-native）的思維方式進行架構(gòu)。“我們就是以Rust的原生思維方式去架構(gòu)的，我們可以把這個語言的優(yōu)勢最大化。” 這種“光腳的不怕穿鞋的”后發(fā)優(yōu)勢，讓星綻能夠更徹底地釋放Rust在內(nèi)存安全、并發(fā)編程和類型系統(tǒng)方面的潛力。

開源共建與產(chǎn)學研用：一條獨特的“中國路徑”

星綻選擇的是一條完全開源的道路，采用與Linux內(nèi)核類似的copyleft協(xié)議，這意味著代碼一旦開源便不可撤回，確保了技術(shù)的開放性與公共性。目前，星綻在GitHub上已獲得超過3700顆Star，并多次登上Hacker News、LWN.net等國際主流技術(shù)社區(qū)頭條，吸引了包括海外開發(fā)者在內(nèi)的60多位貢獻者。

“我們走的是開源路線，我們想PK Linux，我們想在國際上給大家一個比Linux還要更好的開源操作系統(tǒng)，它不僅在國內(nèi)可用，在國際上也是最好的。”田洪亮闡述了團隊的理想。

然而，研發(fā)操作系統(tǒng)是一場馬拉松，尤其對于一家企業(yè)而言，如何平衡長期投入與商業(yè)回報是巨大挑戰(zhàn)。幸運的是，星綻探索出了一條獨特的“產(chǎn)學研用”結(jié)合之路。項目不僅獲得了螞蟻集團在創(chuàng)新土壤和資源上的支持，還早就與中關(guān)村實驗室、北京大學、南方科技大學等國內(nèi)高校科技力量深度融合。

“中關(guān)村實驗室和北京大學的老師們，和我們并肩同行，純粹因為我們有共同的理想愿景，也看好同樣的技術(shù)路徑。”這種基于共同技術(shù)理想而非單純資金驅(qū)動的合作，使得星綻迅速獲得了技術(shù)的加持。隨后，北京市經(jīng)信局成立的“通明湖信息技術(shù)應用創(chuàng)新中心”也將星綻列為主力項目，匯聚產(chǎn)學研各方力量共同推進。

“要有足夠大的夢想，才能吸引到足夠多的人，”田洪亮感慨道。

未來之路：從云端到“泛在”，挑戰(zhàn)“百萬”目標

面向未來，星綻有著清晰的路線圖。田洪亮透露，團隊制定了到2030年的分階段目標：

第一階段（2026—2027年）：上云期。 計劃在2025年底發(fā)布首個最小可行產(chǎn)品（MVP）發(fā)行版，隨后在螞蟻集團內(nèi)部的云服務器場景中率先落地，目標是承載“百萬核心”的計算量。

第二階段（2028—2030年）：泛在期。 將系統(tǒng)從云端拓展至邊緣側(cè)，包括機器人、車載設備、IoT傳感器等“泛在”場景，目標是覆蓋“百萬設備”。

“如果這兩個目標都達到的話，星綻已經(jīng)達到了業(yè)內(nèi)除了Linux之外最大的開源OS內(nèi)核的社區(qū)。”田洪亮對此充滿信心。

回顧研發(fā)歷程，田洪亮認為自己是“幸運的”：幸運于螞蟻集團提供的創(chuàng)新土壤與寬松氛圍，幸運于遇見眾多志同道合的伙伴。這份“幸運”的背后，是中國在系統(tǒng)軟件領域人才密度的質(zhì)變。“其實你可以看到現(xiàn)在參加這些頂會，有一半都是中國人，不是中國的機構(gòu)，就是在外國的中國人。所以中國的技術(shù)不管是在系統(tǒng)還是在其他的地方，已經(jīng)有非常強的競爭力和話語權(quán)，所以我們的人才密度已經(jīng)夠可以做出來很復雜的大型的軟件了。”

正如“星綻”其名——內(nèi)核如星，賦能萬物綻放。這顆在Rust與AI交織的新時代中，由中國團隊孕育的操作系統(tǒng)新星，正以扎實的學術(shù)突破、創(chuàng)新的架構(gòu)設計和開放共治的社區(qū)模式，在全球基礎軟件的疆域上取得一席之地。