這是一篇非典型的學(xué)習(xí)筆記，因?yàn)檫@周我想聊聊物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。
為什么突然想到這個(gè)老生常談的話題呢？有兩個(gè)主要原因：
一是這個(gè)禮拜有意無意當(dāng)面接觸了很多做物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的公司，尤其在坐鎮(zhèn)由母校組織的第3屆清華校友創(chuàng)意創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽（簡稱三創(chuàng)大賽）過程中，看到了新型物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)項(xiàng)目的展示。
二是隨著區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)深度結(jié)合為“物鏈網(wǎng)”的發(fā)酵，專為“物鏈網(wǎng)”而生的操作系統(tǒng)也不甘寂寞，紛紛ICO或者發(fā)行代幣，比如Elastos（現(xiàn)在叫亦來云）、Ruff、萬物鏈ITC…我也被越來越多的人問到怎么看待這些物鏈網(wǎng)OS，那么這次我就來分享一下關(guān)于物鏈網(wǎng)操作系統(tǒng)這門“課程”我的學(xué)習(xí)筆記，需要說明的是，首先我認(rèn)為筆記必須淺顯易懂，其次這些筆記蘊(yùn)含了物聯(lián)網(wǎng)篩選優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目的部分方法論。畢竟作為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中獨(dú)具“高冷范兒”的專業(yè)媒體和研究機(jī)構(gòu)，對于報(bào)道哪些有價(jià)值的靠譜項(xiàng)目，雪藏哪些埋伏著“定時(shí)炸彈”的忽悠項(xiàng)目，我們是這個(gè)行業(yè)中最為“挑剔”的。
“物鏈網(wǎng)”操作系統(tǒng)的本質(zhì)是“物聯(lián)網(wǎng)”操作系統(tǒng)
區(qū)塊鏈技術(shù)的確可以為IoT帶來特定層面的提升，比如改進(jìn)數(shù)據(jù)的安全性和激發(fā)新的商業(yè)模式，但這并不是一種顛覆，而是一次融合。“物鏈網(wǎng)”操作系統(tǒng)如果想在IoT領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟，必須讓物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)易于使用，它的本質(zhì)與物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)別無二致，因此應(yīng)滿足物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的各種要求。
[筆記1：為什么需要物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)IoT OS？因?yàn)殡p重解耦]
物聯(lián)網(wǎng)的典型特征是碎片化，硬件設(shè)備配置多種多樣，不同的應(yīng)用領(lǐng)域差異很大。從小到只有幾個(gè)KB內(nèi)存的低端單片機(jī)，到數(shù)百M(fèi)B內(nèi)存的高端智能設(shè)備。因此需要IoTOS屏蔽物聯(lián)網(wǎng)底層硬件碎片化的特征，提供統(tǒng)一的編程接口，降低物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的成本和時(shí)間。
IoT OS與Android在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的地位和作用類似，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件與智能終端硬件的解耦。就像在Android的生態(tài)環(huán)境中，開發(fā)者基本不用考慮智能終端的物理硬件配置，只需根據(jù)Android的編程接口編寫應(yīng)用程序，就可以運(yùn)行在所有基于Android的智能終端上一樣，IoTOS的作用也是如此。除此之外，在邊緣計(jì)算時(shí)代的某些特定場景中，物聯(lián)網(wǎng)OS還需要達(dá)到另外一種解耦：硬件驅(qū)動(dòng)程序與操作系統(tǒng)內(nèi)核的分離。
[筆記2：物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的整體架構(gòu)，至少包含3個(gè)關(guān)鍵子系統(tǒng)]
IoTOS由操作系統(tǒng)內(nèi)核、中間件平臺（外圍功能組件）、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同框架、集成開發(fā)環(huán)境等子系統(tǒng)組成。這些子系統(tǒng)之間相互配合，共同組成一個(gè)完整的面向各種各樣物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的軟件基礎(chǔ)平臺。同時(shí)這些子系統(tǒng)之間有一定的層次依賴關(guān)系，比如外圍功能組件需要依賴于物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)內(nèi)核，物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同框架需要依賴于外圍功能組件。
1.內(nèi)核是任何操作系統(tǒng)都有的核心組件，操作系統(tǒng)的核心功能和核心機(jī)制，都是在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)的。
內(nèi)核中包括線程/任務(wù)管理、多任務(wù)同步與通信、內(nèi)存管理、內(nèi)核安全等機(jī)制。對于物聯(lián)網(wǎng)硬件來說，內(nèi)核的能力千差萬別。
如果把物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備比作外星人，他們的智商參差不齊，其中一些只會(huì)從0數(shù)到1，而另一些外星人的智商超過愛因斯坦。內(nèi)核就相當(dāng)于外星人的腦容量，智商不同腦容量自然差異很大。一些內(nèi)核尺寸必須維持在10K以內(nèi)，超標(biāo)了外星人就要罷工，另外一些則不同，內(nèi)核尺寸達(dá)到MB級別也不在話下。
2. 中間件平臺（外圍功能組件）是指為了適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用特點(diǎn)，操作系統(tǒng)應(yīng)該具備的一些功能特征。
中間件平臺還包含為了擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)內(nèi)核的功能范圍，而開發(fā)的一些模塊，比如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧等。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)內(nèi)核和外圍功能組件結(jié)合起來，可以解決物聯(lián)網(wǎng)的連接需求，比如支持以太網(wǎng)、3G/4G、藍(lán)牙、Wi-Fi、ZigBee、NFC、LiFi、NB-IoT、LoRa等。
延續(xù)上面的比喻，想讓領(lǐng)養(yǎng)來的外星人可管可控，你得給他配備必要的服飾和工具。這些工具就由中間件平臺提供，比如穿好工作服（GUI）、配備手機(jī)/呼機(jī)/商務(wù)通…讓他能與外界聯(lián)系（滿足連接需求）、當(dāng)然還需要一位翻譯讓外星人理解你的指令（JAVA虛擬機(jī)）。
3. 物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同框架是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)“協(xié)同”功能性需求的關(guān)鍵功能系統(tǒng)。
團(tuán)隊(duì)的能量是巨大的，為了最大程度壓榨外星人團(tuán)隊(duì)的腦力和體力，自帶十八般武藝的“總管”不可或缺（一組軟件的集合），他負(fù)責(zé)統(tǒng)籌外星人隊(duì)員之間的協(xié)同工作。也就是說，協(xié)同框架使得物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠“充分合作”，以達(dá)到單一物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備無法完成的功能。
4. 物聯(lián)網(wǎng)智能引擎（非必需），其中包含了諸如語音與語義識別，機(jī)器學(xué)習(xí)等功能模塊。
5. 集成開發(fā)環(huán)境是豐富操作系統(tǒng)生態(tài)圈的核心組件，同時(shí)也是形成“二級開發(fā)模式”的基礎(chǔ)。
所謂二級開發(fā)模式，指的是包含操作系統(tǒng)平臺本身功能開發(fā)的第一級開發(fā)，以及基于操作系統(tǒng)平臺，進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)或操作系統(tǒng)內(nèi)核定制的二次開發(fā)。簡單而言，它讓你能夠重新配置外星人大腦中的部分底層代碼。
其中，物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行庫（IoT Runtime）值得劃重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)。任何一種開發(fā)語言，都有一個(gè)與之對應(yīng)的運(yùn)行庫，比如針對Java語言的J2SE/J2EE/J2ME等配套庫。這些運(yùn)行庫包含開發(fā)過程中常用的功能或函數(shù)，提供最為常見的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)功能支持。
以最后一個(gè)比喻結(jié)束筆記2。如果你想讓一個(gè)外星人不止會(huì)算加法，還要會(huì)算平方，就拿來“平方”對應(yīng)的Runtime直接導(dǎo)入。綜合上面的說明，可以把物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的框架做進(jìn)一步細(xì)化，如下圖所示。
[筆記3：物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)呈現(xiàn)開源為主、閉源并存的發(fā)展態(tài)勢]
各種物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)可以支持不同的硬件、通信標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用場景。開源，有利于打破技術(shù)障礙和壁壘，提高互操作性和可移植性，減小開發(fā)成本，同時(shí)也適合開源社區(qū)的開發(fā)人員參與。
典型的開源物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)包括：RT-Thread、LiteOS、Tizen、TinyOS、RIOT、Contiki、FreeRTOS、ApacheMynewt、Zephyr OS、Ubuntu Core、ARM mbed、AndroidThings、Yocto、Raspbian。
為了保證安全性和掌握控制權(quán)，某些操作系統(tǒng)會(huì)將關(guān)鍵部分閉源授權(quán)。同時(shí)，由于某些特殊行業(yè)存在自身特殊需求，操作系統(tǒng)的閉源策略仍有很大的互補(bǔ)需求。
典型的商業(yè)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)包括：Windows 10 IoT、WindRiverVxWorks、MicriumμC/ OS、Micro Digital SMX RTOS、MicroEJOS、ExpressLogic ThreadX、Mentor Graphics Nucleus RTOS、Green Hills Integrity、Particle。
[筆記4：物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的兩條技術(shù)路線之爭]
由于原有的嵌入式操作系統(tǒng)很難完全匹配物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求，目前物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)領(lǐng)域主要存在出2條技術(shù)路徑：
一條是基于Android這樣的操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪和定制，來適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備的需求；另一條是以傳統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過增加設(shè)備聯(lián)網(wǎng)等功能，滿足物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備互聯(lián)需求，形成新的嵌入式操作系統(tǒng)。
1.基于Android等操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪和定制的技術(shù)路線
采用這條技術(shù)路線的操作系統(tǒng)大多是基于開源Linux系統(tǒng)裁剪，優(yōu)勢在于保持底層技術(shù)架構(gòu)一致的基礎(chǔ)上，可以使用原有操作系統(tǒng)的商業(yè)生態(tài)，從而降低市場進(jìn)入成本。
缺點(diǎn)在于要兼顧多種應(yīng)用場景，很難保證針對底層應(yīng)用的最優(yōu)化，包括功耗的最優(yōu)化和可靠性最優(yōu)化等，也很難保證運(yùn)行在高頻處理器的操作系統(tǒng)，經(jīng)過裁剪能夠運(yùn)行在低主頻和更低主頻的微控制器上。為了便于理解，此處調(diào)用上面的比喻。也就是說，這條路線對“外星人”的腦容量有一定要求，智商達(dá)標(biāo)了才可以。
典型代表公司是Google，通過對Android的適當(dāng)定制裁剪，Google推出了AndroidThings。
2.在傳統(tǒng)RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能
這條技術(shù)路線的優(yōu)勢在于原本單片機(jī)操作系統(tǒng)就是針對資源受限的硬件平臺開發(fā)，功耗和可靠性方面都顯著優(yōu)于上面的技術(shù)路徑，通過適當(dāng)增加功能也能保證功耗和性能符合應(yīng)用需求。
缺點(diǎn)和主要問題在于如何圍繞操作系統(tǒng)構(gòu)建一套新的完整生態(tài)體系，提高市場占有率。
典型代表公司是亞馬遜，2017年底，F(xiàn)reeRTOS作者加入亞馬遜AWS任首席工程師，正式推出AmazonFreeRTOS。
目前兩種技術(shù)路線尚處發(fā)展的過程中，兩者技術(shù)架構(gòu)完全不同，基本上不存在交集。
“說法”并不驗(yàn)證“想法”，用“做法”驗(yàn)證想法
如今大家對邊緣計(jì)算的認(rèn)識得到了極大提升，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的戰(zhàn)略重要性越來越高。一方面物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)不僅包含內(nèi)核，還包含各種功能組件，便于物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)加快產(chǎn)品上市時(shí)間。另一方面，隨著華為、阿里、ARM等巨頭紛紛布局物聯(lián)網(wǎng)，IoTOS作為連接“云”和“端”的“入口”，成為巨頭的必爭之地。
有了上面的課程筆記作為基礎(chǔ)，我們可以相對容易的對各種物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)做出基本判斷。“傳統(tǒng)”物聯(lián)網(wǎng)OS的評述和分析已有不少現(xiàn)成的精華文章，因此這里著重以最近火爆的“新型”物鏈網(wǎng)OS為例，包括萬物鏈ITC、Ruff、亦來云，進(jìn)行說明。
當(dāng)下“物鏈網(wǎng)”操作系統(tǒng)尚沒有明確的定義，對于大量碎片化的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來說，能夠承載區(qū)塊鏈功能的操作系統(tǒng)與“傳統(tǒng)”IoT操作系統(tǒng)并沒有嚴(yán)格的區(qū)別。物鏈網(wǎng)OS的新意之一在于考慮到部署區(qū)塊鏈錢包的便捷性，在內(nèi)核之上通過中間件和應(yīng)用程序提供了更多區(qū)塊鏈功能的支持。
客觀現(xiàn)實(shí)的危險(xiǎn)性不得不提：物鏈網(wǎng)離人性的試金石“利益”太近，往往令人變得“言不由衷”，因此寫在白皮書上的文字和各種高談闊論的“說法”并不能驗(yàn)證真實(shí)“想法”。一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)的想法是否可行、能否落地，只能反應(yīng)于他們會(huì)采取什么樣的“做法”。區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，將是個(gè)緩慢長期的過程，但由于物鏈網(wǎng)OS的做法普遍“非比尋常”，結(jié)果或很快就能見分曉。
從學(xué)習(xí)筆記你可以看出，操作系統(tǒng)是一個(gè)比較耗費(fèi)時(shí)間的技術(shù)，相對來說從業(yè)者并不多，創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)如果沒有10年以上的底蘊(yùn)積累，難掀風(fēng)浪。而區(qū)塊鏈也是一種以公信力為代表的技術(shù)，也就意味著裝機(jī)量不大的系統(tǒng)直接出局。IoT設(shè)備普遍計(jì)算能力相對薄弱，資源受限，挖礦激勵(lì)機(jī)制基本上在IoT設(shè)備中不可行，也就大概率不存在為了獲得激勵(lì)而鋪機(jī)器的情況。因此作為操作系統(tǒng)的“新生”萬物鏈ITC可以直接跳過。
直接來看Ruff。Ruff是由上海南潮信息科技有限公司開發(fā)的一個(gè)支持JavaScript開發(fā)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。RuffOS 1.0于2016年4月正式發(fā)布，同時(shí)發(fā)布的還有RuffSDK、Ruff軟件倉庫、Ruff開發(fā)套件等幫助開發(fā)者快速開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的工具。
Ruff在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域是一種獨(dú)特的存在。RuffOS是一個(gè)兼容多個(gè)平臺的運(yùn)行環(huán)境Runtime，它不僅支持嵌入式Linux，還支持MCU單片機(jī)領(lǐng)域等。RuffOS為開發(fā)者提供統(tǒng)一的硬件資源的抽象，幫助開發(fā)者便捷管理APP。
依照學(xué)習(xí)筆記中整體架構(gòu)一項(xiàng)作為主要判斷因素，Ruff的理想是在現(xiàn)有操作系統(tǒng)內(nèi)核之上，增加一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行庫（IoT Runtime）就好，的確令人眼前一亮。然而理想豐滿現(xiàn)實(shí)骨感，以Runtime為支撐的操作系統(tǒng)很“單薄”，受到來自芯片企業(yè)和IoT軟件應(yīng)用開發(fā)者的雙重壓力也更大，使用場景比較有限。
尤其在當(dāng)Ruff提出了自己的區(qū)塊鏈Ruff Chain之后，雖然在區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)方面有一定優(yōu)勢，但“傳統(tǒng)”物聯(lián)網(wǎng)公司也可以在具體實(shí)施過程中引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，況且Ruff團(tuán)隊(duì)在運(yùn)營區(qū)塊鏈生態(tài)之余，還有多少精力兼顧OS底層架構(gòu)的牢固可靠性，不禁令人擔(dān)憂。
Elastos現(xiàn)在有了更令人熟知的名字，亦來云。我與亦來云的創(chuàng)始人陳榕相識于2015年，他是清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系77級的學(xué)長，先是在美國伊利諾伊大學(xué)研究了7年操作系統(tǒng)，隨后又在微軟總部8年，參與Windows操作系統(tǒng)底層模塊的開發(fā)，回國后一心做操作系統(tǒng)苦熬十多年，可以說從頭見證了各種OS的發(fā)展。
從學(xué)習(xí)筆記中的技術(shù)路線上來看，亦來云采用了物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)中的第一種。由于Linux已經(jīng)相當(dāng)成熟，改進(jìn)空間不大，因此亦來云將主要精力用于虛擬機(jī)技術(shù)。這一定位決定了亦來云對于大量的碎片化小型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來說有些“龐大”，覆蓋不了占據(jù)絕大多數(shù)比例的物聯(lián)網(wǎng)場景，Elastos更加適合于計(jì)算能力較高的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及與互聯(lián)網(wǎng)接壤的領(lǐng)域。Elastos將區(qū)塊鏈功能運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上，提升了部署效率。
寫到這里，不禁有個(gè)問題，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)承載區(qū)塊鏈DApp應(yīng)用并非難事，為什么那些最有實(shí)力的IoTOS沒有介入呢？你我心中都有答案。
除了物鏈網(wǎng)操作系統(tǒng)之外，現(xiàn)在打著各種“人工智能”旗號的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)正在浮現(xiàn)。比較奇葩的一款比如TreeOS，號稱可以“從電路圖直接生成代碼”，呵呵。相信每個(gè)人對照著上面的“課程”筆記，都可以對它進(jìn)行一目了然的評價(jià)。
根據(jù)一份最新的研究報(bào)告顯示，全球物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)最近幾年將以超過42%的CAGR增長。與PC、平板電腦和智能手機(jī)有本質(zhì)不同，由于碎片化、場景復(fù)雜等特性，IoT可能不會(huì)出現(xiàn)只有幾款操作系統(tǒng)主導(dǎo)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)市場的情況。相反，和物聯(lián)網(wǎng)云平臺的情況類似，我們將不得不面對數(shù)十種IoT OS的備選方案，它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)都不能放之四海而皆準(zhǔn)，但四海之內(nèi)一定有最適合你手中物聯(lián)網(wǎng)場景的OS或OS組合。上述學(xué)習(xí)筆記可以進(jìn)一步提煉為IoT OS要素Checklist，希望它能為你擦亮雙眼。
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