嵌入式OS的核心是任務(wù)優(yōu)先、安全與可靠

　　一些愛(ài)琢磨的軟件人員會(huì )心里癢癢，想自己做一個(gè)操作系統(OS);微軟等軟件巨頭為何很少涉足嵌入式操作系統?嵌入式操作系統的真諦是什么?近日，風(fēng)河公司的工作人員向電子產(chǎn)品世界編輯講了一些鮮為人知的故事。

　　嵌入式OS貴在可靠

　　幾年前，美國某大型零售公司的老板過(guò)去用別家軟件，臨近圣誕節大促銷(xiāo)，系統一旦壞了承受不起。風(fēng)河銷(xiāo)售人員把他帶到風(fēng)河最高長(cháng)官那里，“我想買(mǎi)你的軟件，但你得讓我放心?！憋L(fēng)河最高長(cháng)官說(shuō)，“我把我的私人電話(huà)給你，你任何時(shí)候可以打給我?！边@樣這家公司變成了風(fēng)河的客戶(hù)。

　　幾年后，這家零售商又來(lái)風(fēng)河簽新合同，恰巧碰到了最高長(cháng)官。風(fēng)河長(cháng)官得知情況后，說(shuō)：“順便告訴你，從明天開(kāi)始，你剛剛買(mǎi)的這款產(chǎn)品就免費了。但是，免費后，圣誕節的時(shí)候不準給我打電話(huà)!”那個(gè)零售商想了想，還是付了錢(qián)。

　　客戶(hù)明明知道將要宣布要免費，花錢(qián)干什么?當企業(yè)做大了以后，其實(shí)最難的是風(fēng)險管理，是控制那些不確定的因素，而不是說(shuō)你怎么把成本降下來(lái)。具體地，商業(yè)決策的時(shí)候你要考慮成本，這是基本的要素，但是隨著(zhù)你的業(yè)務(wù)規模擴大，你會(huì )發(fā)現比成本、收入更重要的是風(fēng)險，風(fēng)險你是承受不起的。所以那位零售商愿意在降低風(fēng)險上投資。

　　其實(shí)代碼就是代碼，哪個(gè)代碼不能跑?可是你要保證它不出問(wèn)題很難。因為能做和安全可靠是兩碼事。你要經(jīng)過(guò)反復的實(shí)驗，十幾年的時(shí)間驗證。

　　一個(gè)極端保守的例子，據說(shuō)NASA(美國航空航天局)某個(gè)部門(mén)的實(shí)驗室里，有一幫人的工作就是清理代碼，諸如火箭上的代碼，大概十幾萬(wàn)行，并不多，那個(gè)軟件都已經(jīng)用了幾十年，他們這個(gè)團隊每天還是在清理，看看里面有什么bug。他們雖然在做枯燥無(wú)味的工作，這個(gè)代碼不知看了多少遍，甚至已經(jīng)把這些代碼背得滾瓜爛熟了，但是還是要查，如果能發(fā)現一個(gè)bug可能會(huì )是救命的——宇航員在太空涉及到生命安全。

　　風(fēng)河的競爭對手是誰(shuí)?

　　其實(shí)做嵌入式操作系統的廠(chǎng)商不多。風(fēng)河的競爭對手其實(shí)主要是In-House(公司內部)操作系統。因為嵌入操作系統本來(lái)不大，非常容易給人那種沖動(dòng)，我自己做一個(gè)!尤其是做嵌入式軟件的人員往往都有能力往底下沉。風(fēng)河現在很重的任務(wù)之一是去說(shuō)服這些企業(yè)的決策層，不要讓開(kāi)發(fā)人員去做操作系統，開(kāi)發(fā)人員的時(shí)間可以投入到應用方面，讓?xiě)米龅酶?。這就像不需要重新發(fā)明一個(gè)輪子一樣。

　　按風(fēng)河的邏輯，操作系統沒(méi)有那么重要，它就是一個(gè)勞務(wù)，不要以為操作系統沒(méi)有自己做就不行。

　　另外，操作系統如果開(kāi)始沒(méi)有做完善，盡管產(chǎn)品在很短時(shí)間就出來(lái)了，但到一定階段，企業(yè)會(huì )面臨兩難的選擇。例如你選了開(kāi)源操作系統，有一天你發(fā)現不行，因為再繼續用這個(gè)技術(shù)的話(huà)，由于根扎得不夠牢和深，很難繼續長(cháng)大了。

　　為何做商用嵌入式OS的廠(chǎng)商寥寥?

　　既然很多軟件人員都有能力做操作系統，按理說(shuō)，很多企業(yè)也應該像風(fēng)河一樣能提供操作系統這種服務(wù)?

　　的確，操作系統的門(mén)檻不高，但反而不容易形成巨頭。

　　那么，是否是因為其他公司的市場(chǎng)能力沒(méi)風(fēng)河那么強?

　　其實(shí)，關(guān)鍵的考量是是否值得去做這么大投入。例如微軟也做自己的嵌入式操作系統，但是目前沒(méi)做起來(lái)。微軟的市場(chǎng)能力不強嗎?這恐怕還是一個(gè)取舍的問(wèn)題。

　　首先要明確我要做什么樣的系統?如果要做宇宙飛船、飛機、坦克這種非常關(guān)鍵的應用，要用的設計思路與普通計算是不一樣的。微軟并非沒(méi)有這個(gè)能力，但是假設微軟是一頭大象，現在去抓一只小螞蟻，一是抓不住，另外抓了也不夠吃。所以這就剛好給風(fēng)河這樣規模的公司一個(gè)機會(huì )。

　　從技術(shù)路線(xiàn)的決策方面，安全性、可靠性和性能這三個(gè)方面是三個(gè)不同的方向，但是歸根到底是解決一件事——隔離性的問(wèn)題。即在做軟件設計的時(shí)候，這一部分很專(zhuān)注的，我就解決這個(gè)問(wèn)題，我也不想去解決別的模塊的問(wèn)題;同時(shí)我也絕不允許別的模塊想伸到我這個(gè)模塊里面。從CPU的分配，到存儲空間的分配，都是非常嚴格的限制，這樣嚴格的限制就比較安全。但是你犧牲了交叉時(shí)的通信效率，就好比你一個(gè)小區的門(mén)衛特別嚴格的時(shí)候，小區的安全性提高了，你在里面也會(huì )很安全，但是你跟外界的溝通、交流就變差了，因為進(jìn)門(mén)很麻煩。

　　任務(wù)優(yōu)先vs資源優(yōu)先

　　這就引申到一個(gè)概念：什么是嵌入式操作系統?即所有的操作系統有涉及到一個(gè)共同的問(wèn)題：職能是什么?操作系統是做資源管理的，要讓所有的資料都能最有效地被利用起來(lái)，諸如熒幕、鍵盤(pán)、內存、CPU等，這些都是資源。但是有一個(gè)優(yōu)先的取舍問(wèn)題，就是你是資源優(yōu)先還是任務(wù)優(yōu)先?即我要把資源最充分地利用，還是要讓我的任務(wù)是最佳的執行。

　　Windows是一個(gè)典型的資源優(yōu)先的系統。意思是可讓CPU、內存等計算機資源最高效地利用，但是你的任務(wù)有沒(méi)有最好的完成?在盡量追求，但是沒(méi)那么在意。例如，當你強調每個(gè)任務(wù)要按照確定的順序打開(kāi)，你這個(gè)窗口先打開(kāi)一兩秒鐘，那個(gè)窗口后打開(kāi)一兩秒鐘沒(méi)什么影響，所以任務(wù)是什么時(shí)間完成沒(méi)有特別提到。但是要讓計算機里所有的資源都被充分利用，不要這個(gè)閑得無(wú)聊、那個(gè)忙得不可開(kāi)交?？傊?，資源要充分利用。

　　但是嵌入式系統，例如，飛機在空中飛的時(shí)候，飛行員的一個(gè)動(dòng)作指令，要讓機翼各個(gè)部分按順序執行，順序可能一毫秒都不能差。所以當計算機處理器發(fā)出一個(gè)請求的時(shí)候，你必須立刻做，你不能說(shuō)等一下，我這邊還在忙這件事情。這時(shí)，為了讓任務(wù)能夠最及時(shí)地完成(即任務(wù)實(shí)時(shí)地完成)，其實(shí)計算機的資源很多時(shí)候是空閑的，導致資源利用率會(huì )降低，因為關(guān)鍵任務(wù)系統把內部資源犧牲掉了。所以真正的嵌入式系統強調的是關(guān)鍵任務(wù)的任務(wù)優(yōu)先，不是資源優(yōu)先。

　　因此，需要在任務(wù)優(yōu)先和資源優(yōu)先之間進(jìn)行一個(gè)取舍。

　　所以風(fēng)河是以這樣的思路去設計嵌入式操作系統也的。當然，不是說(shuō)微軟不懂，但是微軟的戰略選擇上不能做這塊，做這塊公司就活不了。

　　風(fēng)河的操作系統本質(zhì)是嵌入式

　　風(fēng)河的特點(diǎn)是想怎么樣用新的方法去解決一個(gè)老問(wèn)題。

　　提出新問(wèn)題，然后解決它，這是創(chuàng )新，像阿里公司。不提出新問(wèn)題，而是提出新方法去解決人們長(cháng)期沒(méi)解決的問(wèn)題，這也是一種創(chuàng )新。

　　風(fēng)河這么多年一直專(zhuān)注于嵌入式，它的產(chǎn)品結構都是呈現操作系統、中間件到最終的應用。風(fēng)河最核心的還是操作系統。你如果需要比較高精尖的，即特別精致的操縱系統，那你就選VxWorks;你要選比較大眾、開(kāi)放的，可選Linux。所以風(fēng)河多年來(lái)沿襲了這種雙操作系統架構。

　　最近幾年風(fēng)河又拆分了，變成了四個(gè)操作系統：增加了Rocket,是一個(gè)縮小版、精簡(jiǎn)版的VxWorks;Linux也加了Pulsar Linux，主要是針對輕巧應用，例如可穿戴。

　　圖：風(fēng)河部分操作系統組合(注：Helix是風(fēng)河物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品集)

　　但是一旦到了中間件及以上，就有了合作伙伴、生態(tài)系統，使客戶(hù)有了更多的選擇。風(fēng)河在中間層的產(chǎn)品有“風(fēng)河智能設備平臺XT”等，是可定制的中間件開(kāi)發(fā)環(huán)境，用于打造安全、可擴展、高性能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

　　到了應用層，嚴苛程度又降低了。

　　所以風(fēng)河這么多年來(lái)，比較專(zhuān)注在操作系統這一核心基礎。到了物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，跟云有關(guān)了，風(fēng)河還運用了云的技術(shù)和環(huán)境，但是解決的問(wèn)題還是嵌入式的問(wèn)題。具體地，在云端做了設備的虛擬現實(shí)，像云端有個(gè)設備在那做開(kāi)發(fā)一樣，不需要真的有那個(gè)設備或芯片，就像在實(shí)驗室拿了一個(gè)實(shí)驗設備。即風(fēng)河在云端可以有VR(虛擬現實(shí))的實(shí)驗室。

　　總之風(fēng)河比較專(zhuān)注于操作系統。你只要是個(gè)設備，你就會(huì )有操作系統，你就會(huì )有開(kāi)發(fā)工具，你就是上了云端我還可以弄個(gè)虛擬的操作系統環(huán)境。我讓你這個(gè)操縱系統既可以在云端里面虛擬的設備里，也可以在你開(kāi)發(fā)自己做出來(lái)的實(shí)實(shí)在在的設備里面，它兩個(gè)最好是完全一樣的，在云端開(kāi)發(fā)好多軟件裝到你實(shí)體的設備里面實(shí)際的運行。

　　值得一提的是，風(fēng)河的Wind River Helix App Cloud的基本想法是借鑒了蘋(píng)果和安卓的的App概念，意思是：就算你是個(gè)路由器設備，抑或汽車(chē)、飛機等，你也可以從云端拿到需要的應用軟件，方法是在A(yíng)pp Store上一點(diǎn)立刻就下載了。但是你可以想象，如果一架飛機也可以像手機一樣用這個(gè)軟件一點(diǎn)就下來(lái)，有多恐怖!首先安全性怎么保證?但是風(fēng)河能夠給客戶(hù)這樣的保障，贏(yíng)得客戶(hù)的信任。風(fēng)河有這個(gè)能力，能保證下載的軟件是安全的，是不會(huì )經(jīng)過(guò)篡改的，風(fēng)河有一整套的相關(guān)技術(shù)。

　　小結

　　嵌入式操作系統看著(zhù)簡(jiǎn)單，但是做好不容易，涉及安全、可靠與任務(wù)優(yōu)先等，購買(mǎi)現成的操作系統是一種提升效率、適合長(cháng)遠發(fā)展的良策。另，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，風(fēng)河的嵌入式操作系統增加了云連接功能，也增加到4種，但本質(zhì)仍然是嵌入式。