注：本文作者馬濤，阿里云智能研究員、阿里巴巴集團(tuán)內(nèi)核團(tuán)隊(duì)創(chuàng)始人之一、阿里云基礎(chǔ)軟件部操作系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。先后在ORACLE、阿里巴巴負(fù)責(zé)Linux以及操作系統(tǒng)內(nèi)核相關(guān)的研發(fā)工作。十五年以上操作系統(tǒng)和內(nèi)核相關(guān)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)知名Linux內(nèi)核研發(fā)人員，在文件系統(tǒng)、內(nèi)存管理、通用塊設(shè)備層等方面均有深厚的積累，多次受邀在國(guó)內(nèi)外知名Linux操作系統(tǒng)以及內(nèi)核相關(guān)會(huì)議上發(fā)表講座。

現(xiàn)在我們?cè)诟鱾€(gè)場(chǎng)合可以看到各種各樣的“云原生XXX”，云原生已經(jīng)成為IT界最流行的一個(gè)定語，似乎不談云原生就out了。但什么才是真正的云原生？把老的技術(shù)跑在云上就可以了么？貌似不太行！用阿里云高級(jí)研究員蔣江偉的一句話來定義——“因云而生才是云原生”。

簡(jiǎn)單來說，一個(gè)產(chǎn)品或者技術(shù)要能真正加上云原生這個(gè)定語，一定要有因云而生的創(chuàng)新和演進(jìn)，所以想加上云原生這個(gè)定語可不是容易的。如果各位讀者感興趣，可以上網(wǎng)搜索文章“阿里云蔣江偉：什么是真正的云原生？”今天，我就毛遂自薦來講講云原生操作系統(tǒng)。

大家可能比較好奇，操作系統(tǒng)不是所有用電腦的人每天都在使用的玩意么？“操作系統(tǒng)原理”不是一般計(jì)算機(jī)系同學(xué)的第一門艱深的專業(yè)課么？現(xiàn)在最流行的操作系統(tǒng)Linux不是1991年就由Linus Torvalds大神創(chuàng)立了么？以上問題的答案都是肯定的。

那么，這么一個(gè)頗為傳統(tǒng)的系統(tǒng)軟件也可以云原生了么？

對(duì)，操作系統(tǒng)也要與時(shí)俱進(jìn)！

所以，今天我站在操作系統(tǒng)的角度，來談?wù)勥@個(gè)頗為傳統(tǒng)的系統(tǒng)軟件是如何因云而生、因云而變，成為“云原生操作系統(tǒng)”的。在展開講技術(shù)之前。

我先簡(jiǎn)單介紹一下自己。我是從2006年開始與操作系統(tǒng)結(jié)緣的，最開始是在Oracle從事操作系統(tǒng)的開發(fā)工作，2010年加入淘寶核心系統(tǒng)做操作系統(tǒng)，作為阿里最早一批做操作系統(tǒng)的同學(xué)，從淘寶到阿里云一直堅(jiān)守在操作系統(tǒng)領(lǐng)域，一路參與和見證了操作系統(tǒng)在阿里因云而生的演進(jìn)發(fā)展。

雖然淘寶也是一家互聯(lián)網(wǎng)公司，但是淘寶的操作系統(tǒng)和傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)其實(shí)區(qū)別并不大。一切因云而生的改變從我2012年從淘寶轉(zhuǎn)入阿里云開始。那個(gè)時(shí)候，阿里云的操作系統(tǒng)和淘寶的有區(qū)別么？客觀來說區(qū)別不大。唯一的一點(diǎn)點(diǎn)區(qū)別：在淘寶，操作系統(tǒng)是淘寶的一個(gè)基礎(chǔ)組件；而在阿里云，操作系統(tǒng)和虛擬化成為了第一代云計(jì)算的基石，這是操作系統(tǒng)和云的第一次親密接觸。2000年左右，VMware和Xen虛擬化技術(shù)相繼出現(xiàn)，操作系統(tǒng)通過將物理資源虛擬化達(dá)到提高資源利用率和靈活調(diào)度的目的，最終催生了云計(jì)算的誕生。早期的AWS、阿里云都是利用這一技術(shù)提供虛擬主機(jī)的服務(wù)。

這是云原生么，是因云而生的么？

當(dāng)然不是。首先這些云廠商大都是在線下硬件上實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬化層（hypervisor），把原來直接操控硬件的操作系統(tǒng)架到hypervisor上運(yùn)行，然后服務(wù)器物理資源層面的抽象和管理都由hypervisor重新實(shí)現(xiàn)。那么，這個(gè)事情線下能做么？絕對(duì)可以，所以顯然這不符合云原生的定義。雖說這是云的開端，但這不是云原生的。

時(shí)間來到了2013年，操作系統(tǒng)和云的第二次親密接觸源于容器的誕生和發(fā)展。與虛擬機(jī)的服務(wù)器資源虛擬化不同，容器是操作系統(tǒng)虛擬化，在技術(shù)棧上上升了一層——通過內(nèi)核里實(shí)現(xiàn)的cgroup和namespace等技術(shù)為不同應(yīng)用提供輕量、隔離的運(yùn)行環(huán)境。

2013年docker的橫空出世，使得應(yīng)用容器的打包分發(fā)變得非常簡(jiǎn)單易用，隨后k8s等容器編排技術(shù)的出現(xiàn)，容器生態(tài)系統(tǒng)得到了快速的普及和發(fā)展，容器也迅速成為應(yīng)用打包分發(fā)和開發(fā)測(cè)試的主流形態(tài)，逐漸成為云計(jì)算的主要運(yùn)行單元。

這就是CNCF定義的云原生了，但它只是“狹義”的，操作系統(tǒng)在這個(gè)“狹義”云原生中起到了很大的作用，但其實(shí)它并不是真正意義上的“因云而生的”，也沒有在云上體現(xiàn)任何革命性的技術(shù)革新。不過仔細(xì)觀察一下上圖，我們可以發(fā)現(xiàn)——容器在安全方面的不足在云上成為了一個(gè)大問題。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的操作系統(tǒng)對(duì)于容器之間的干擾問題沒有很好的解決方案，另一方面容器之間還存在彼此攻擊，共享一些關(guān)鍵資源等非常嚴(yán)重的安全問題。

機(jī)會(huì)總是留給有準(zhǔn)備的人，此時(shí)的操作系統(tǒng)終于需要因云而變、為云演進(jìn)了。我們基于操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了輕量級(jí)虛擬化和應(yīng)用內(nèi)核等技術(shù)，打造了一種全新的安全的容器，我們稱之為安全沙箱容器。沙箱容器在解決容器安全隔離問題的同時(shí)，仍然保留容器完整的技術(shù)生態(tài)和體驗(yàn)，可以跟普通容器無縫的混合使用。

這是操作系統(tǒng)在容器場(chǎng)景上因云而生的一個(gè)重要演進(jìn)，至此操作系統(tǒng)完成了“因云而生”的漂亮轉(zhuǎn)型，成為一個(gè)云原生操作系統(tǒng)。目前這套系統(tǒng)已經(jīng)服務(wù)于阿里集團(tuán)各個(gè)云原生相關(guān)業(yè)務(wù)，也通過阿里云上各種容器實(shí)例產(chǎn)品服務(wù)于我們的云客戶。

故事到這里還沒有結(jié)束。面向未來的云原生，操作系統(tǒng)如何繼續(xù)“因云而與眾不同”呢？這就不得不提云原生中另外一個(gè)趨勢(shì)Serverless。2019年，UC伯克利大學(xué)預(yù)測(cè)Serverless將會(huì)逐漸取代Serverful計(jì)算，成為云時(shí)代的新計(jì)算范式。隨著云原生理念的推廣以及各種云原生技術(shù)的不斷發(fā)展，Serverless計(jì)算的趨勢(shì)在加速。

在這種新場(chǎng)景中，用戶只需要專注于應(yīng)用和業(yè)務(wù)邏輯，更多的通用功能、資源和系統(tǒng)能力都下沉到云，用戶不需要提前規(guī)劃容量，不需要運(yùn)維底層系統(tǒng)，可以真正像用水、用電一樣按需使用按需付費(fèi)，Serverless將大幅提升云的生產(chǎn)效率。

背景介紹完，問題也來了—— Serverless和操作系統(tǒng)有啥關(guān)系呢？我認(rèn)為要構(gòu)建好Serverless服務(wù)，操作系統(tǒng)一定不能缺席。由于Serverless場(chǎng)景下服務(wù)邊界的上移，對(duì)用戶來說應(yīng)用容器或函數(shù)代碼之下的系統(tǒng)就是一個(gè)整體，用戶不再感知底層系統(tǒng)的技術(shù)棧分層。

這個(gè)變化給技術(shù)垂直整合創(chuàng)造了條件。我們認(rèn)為云原生的操作系統(tǒng)需要進(jìn)行整體性的全棧優(yōu)化和重塑，這樣才能為Serverless提供更優(yōu)的底層系統(tǒng)能力，基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境、資源彈性、高效執(zhí)行等能力也將因此得到極大的釋放。

如果說在容器和K8S時(shí)代操作系統(tǒng)是“因云而演進(jìn)”，那么到了Serverless時(shí)代，我們則要徹底創(chuàng)造出一個(gè)全新的云原生操作系統(tǒng)。通過底層系統(tǒng)全棧技術(shù)的協(xié)同融合，為云原生平臺(tái)和應(yīng)用提供高效和創(chuàng)新的云原生系統(tǒng)服務(wù)。這次變革和創(chuàng)新的力度對(duì)于傳統(tǒng)操作系統(tǒng)而言是前所未有的，但是我們堅(jiān)信，操作系統(tǒng)一定會(huì)為云而改變，為云而重生。在阿里內(nèi)部，我們給這樣的云原生操作系統(tǒng)起了一個(gè)響亮的名字——“袋鼠”。

多年之后，也許大學(xué)課程“操作系統(tǒng)原理”里的內(nèi)容會(huì)因?yàn)檫@次變革而發(fā)生翻天覆地的改變，但我們堅(jiān)信，這就是云帶給我們這一代操作系統(tǒng)研發(fā)人員的使命：重新定義操作系統(tǒng)。只有通過因云而生的技術(shù)創(chuàng)新打造出來的操作系統(tǒng)，才是真正的云原生操作系統(tǒng)。（完）

編輯：jq