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| 本文作者： 小七 | 2025-10-16 11:49 |
近日，被譽(yù)為全球計(jì)算機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域“奧運(yùn)會(huì)”的頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議SOSP 2025公布獎(jiǎng)項(xiàng)評(píng)選結(jié)果，“星綻”開(kāi)源操作系統(tǒng)在高可擴(kuò)展內(nèi)存管理方面的研究論文，斬獲今年的最佳論文獎(jiǎng)（Best Paper Award）。據(jù)悉，本屆SOSP會(huì)議共收到368篇投稿，最終錄用66篇，其中最佳論文獎(jiǎng)僅設(shè)三席。這標(biāo)志著星綻OS在破解操作系統(tǒng)“性能與安全兼顧”這一難題上的探索，獲得了國(guó)際學(xué)術(shù)界的認(rèn)可。
“星綻”（Asterinas）是由中關(guān)村實(shí)驗(yàn)室、螞蟻集團(tuán)、北京大學(xué)、南方科技大學(xué)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)起，并在2024年10月22日向全球開(kāi)發(fā)者開(kāi)源，聚焦于安全可信底層技術(shù)的開(kāi)源系統(tǒng)軟件棧。星綻系統(tǒng)軟件棧包括星綻OS、星綻機(jī)密計(jì)算兩大項(xiàng)目，其中星綻OS內(nèi)核作為下一代工業(yè)強(qiáng)度的開(kāi)源通用OS內(nèi)核，兼顧性能和安全，采用首創(chuàng)的框內(nèi)核架構(gòu)和新興的Rust編程語(yǔ)言，支持x86和RISC-V等CPU體系架構(gòu)，不僅兼容Linux內(nèi)核，還在安全性方面有望大幅領(lǐng)先于Linux和其他現(xiàn)有主流OS。
據(jù)悉，SOSP始于1967年，與它的姊妹會(huì)議OSDI 一起，被全球?qū)W術(shù)界和工業(yè)界公認(rèn)為操作系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件領(lǐng)域最高水平、最權(quán)威、最具影響力的頂級(jí)會(huì)議，被稱(chēng)為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域的“奧運(yùn)會(huì)”。SOSP/OSDI也深受全球科技公司的重視，Google、Microsoft、Meta、Amazon、Apple等科技公司會(huì)派遣核心研發(fā)人員參會(huì)、投稿及做報(bào)告等。許多在工業(yè)界產(chǎn)生巨大影響的項(xiàng)目，其核心論文都發(fā)表在SOSP/OSDI上。目前，SOSP/OSDI已經(jīng)成為衡量一個(gè)研究機(jī)構(gòu)或團(tuán)隊(duì)在系統(tǒng)領(lǐng)域是否處于世界領(lǐng)先水平的關(guān)鍵標(biāo)尺，是孕育顛覆性計(jì)算技術(shù)的搖籃。
現(xiàn)代內(nèi)存管理系統(tǒng)長(zhǎng)期存在的兩大痛點(diǎn)：性能瓶頸與并發(fā)安全。本次獲獎(jiǎng)?wù)撐摹禖ortenMM: Efficient Memory Management with Strong Correctness Guarantees》，闡釋了星綻操作系統(tǒng)的獨(dú)創(chuàng)技術(shù)CortenMM在這一領(lǐng)域的探索。該文由北京大學(xué)、中關(guān)村實(shí)驗(yàn)室、螞蟻集團(tuán)、CertiK公司、加州大學(xué)洛杉磯分校、密歇根理工大學(xué)等共同合作完成。
論文提出，傳統(tǒng)操作系統(tǒng)如Linux普遍采用“軟件—硬件”兩級(jí)抽象設(shè)計(jì)，好處是在很大程度上保證了操作系統(tǒng)在不同硬件平臺(tái)之間的可移植性，但顯著的同步開(kāi)銷(xiāo)嚴(yán)重制約多核處理器的性能發(fā)揮，而潛在的并發(fā)漏洞則帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，x86、ARM和RISC-V等幾種主流指令集架構(gòu)在其內(nèi)存管理單元（MMU）的設(shè)計(jì)上已經(jīng)趨于統(tǒng)一，因此過(guò)去為屏蔽硬件差異而存在的軟件抽象層已不再是必需品。基于這一關(guān)鍵判斷，星綻創(chuàng)新成果CortenMM摒棄了獨(dú)立的軟件抽象層，實(shí)現(xiàn)了一種“單層抽象”的全新系統(tǒng)架構(gòu)，使應(yīng)用程序能直接與經(jīng)過(guò)硬件強(qiáng)化的接口進(jìn)行交互。
CortenMM的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)帶來(lái)了顯著的性能提升，其同步正確性也得到了研究驗(yàn)證。通過(guò)消除軟件層的額外同步開(kāi)銷(xiāo)，CortenMM的性能得到釋放，在真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景下，性能最高可達(dá)Linux的26倍。通過(guò)創(chuàng)新性地引入統(tǒng)一的事務(wù)化接口（Transactional Interface），利用Rust語(yǔ)言自身的安全特性，并結(jié)合先進(jìn)的形式化驗(yàn)證工具（Verus）進(jìn)行嚴(yán)格推演，研究團(tuán)隊(duì)成功證明了CortenMM核心并發(fā)代碼的正確性，從根本上杜絕了復(fù)雜的并發(fā)漏洞。
2024年10月，“星綻”對(duì)外發(fā)布并向全球開(kāi)發(fā)者開(kāi)源。一年來(lái)，星綻開(kāi)源操作系統(tǒng)三篇論文被頂會(huì)收錄，除了CortenMM的研究論文入選SOSP 2025外，星綻兩篇論文被頂級(jí)會(huì)議USENIX ATC 2025同時(shí)錄用。此外，星綻在GitHub平臺(tái)斬獲逾3600顆Star，并登上HackerNews和LWN.net等國(guó)外主流技術(shù)社區(qū)頭條，獲2025年OS2ATC大會(huì)“最具影響力開(kāi)源創(chuàng)新貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。
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