Мир готов к новому типу операционной системы

Примерно в это же время в прошлом году я написал « Метавселенной нужна операционная система », глубокое погружение в то, почему была необходима идея новых программных основ, позволяющих справиться с изменениями в том, как мы взаимодействуем посредством пространственных вычислений. В нем исследовались новые и старые концепции, но в конечном итоге пришел к выводу, что то, куда мы движемся, во многих отношениях требует переосмысления проектирования ОС с нуля.

Мы просто не можем двигаться вперед там, где мышление все еще зациклено на проектировании ядра и архитектуре операционной системы середины 1980-х и 90-х годов. Теперь, с появлением искусственного интеллекта и моделей большого языка, суверенитета данных и контроля пользователей, идентификации и вековых аргументов « проприетарный код против открытого исходного кода », этот вопрос о необходимости переосмысления вчерашней ОС для завтрашнего дня снова поднимает голову.

Я хотел взять исследование, проведенное в прошлом году, но переключить внимание на другую отрасль, которая получила много внимания и рекламируется как будущее человечества — космическую отрасль. Вероятно, не существует сектора, в котором требования к программному и аппаратному обеспечению были бы столь же строгими и безопасными из-за среды, в которой они работают (за исключением оборонной и аэрокосмической отраслей, которые, конечно, в любом случае все еще являются частью одного и того же сектора).

Никаких больше монолитов

Космическая отрасль, несмотря на все ее инновации за последнее десятилетие или около того благодаря SpaceX, по-прежнему опирается на принципы оперативного программного обеспечения, восходящие к 1960-м годам, и это не является основой для построения будущего освоения космоса («[Starlink] Constellation сейчас имеет более 30 000 узлов Linux (и более 6 000 микроконтроллеров) в космосе», — сказал Мэтт Монсон на Reddit AMA еще в 2020 году. Это большой объем кода, хранящийся в фрагментированной архитектуре, первоначально задуманной в 90-х годах.

Я убежденный сторонник и сторонник децентрализации, несмотря на то, что идеологию узурпируют идиотские венчурные капиталисты Web3 и криптовалютные стартапы. По сути, распределенная и децентрализованная архитектура указывает путь к новому Интернету и к тому, как мы пишем программное обеспечение, которое выведет нас за пределы земных границ.

Ландшафт операционных систем, особенно в космическом секторе, характеризуется пестрым переплетением проприетарных систем и систем с открытым исходным кодом, каждая из которых имеет свой собственный набор интерфейсов и протоколов. Отсутствие стандартизации привело к неэффективности, увеличению затрат и сложностям в разработке миссий . Что-то новое могло бы напрямую решить эти проблемы, предоставив целостную платформу, которая обеспечивает совместимость и бесперебойную связь между различными аппаратными и программными компонентами с помощью уникального подхода — комбинации децентрализованной архитектуры и архитектуры RTOS.

Концепция децентрализованной ОС не нова, Bell Labs еще в 1980-х годах создала План 9, который показал путь вперед, и пришло время продолжить с того места, на котором они остановились, и завершить работу.

Для непосвященных: Plan 9 от Bell Labs — это распределенная операционная система, созданная в Центре компьютерных исследований (CSRC) Bell Labs в середине 1980-х годов и построенная на концепциях UNIX, впервые разработанных там в конце 1960-х годов. С 2000 года Plan 9 является бесплатным и имеет открытый исходный код. Последний официальный выпуск состоялся в начале 2015 года. Plan 9 заменил Unix в качестве основной платформы Bell Labs для исследования операционных систем. Он исследовал несколько изменений исходной модели Unix, которые облегчают использование и программирование системы, особенно в распределенных многопользовательских средах.

Зачем вообще это волновать, зачем об этом беспокоиться? Что ж, потому что концепции, лежащие в основе Plan 9 (и, в определенной степени, GridOS, также упомянутой в оригинальной статье Metaverse OS ), указывают путь к радикальному сдвигу в том, как нам действительно нужно думать о дизайне операционной системы и архитектуре ядра, особенно в космическая промышленность.

Каковы требования, как я их вижу?

• Децентрализованный и модульный : что-то новое должно быть разработано так, чтобы быть децентрализованным, то есть оно может работать в распределенной сети, уменьшая количество единственных точек отказа и потенциально повышая отказоустойчивость и отказоустойчивость, что имеет решающее значение для космических операций.

  
  

• Настраиваемость : благодаря модульной архитектуре микроядра она обеспечивает большую гибкость. Модули можно добавлять или удалять по мере необходимости для различных приложений или задач, что делает его легко адаптируемым к различным требованиям.

  
  

• Возможности работы в реальном времени : интеграция возможностей обработки в реальном времени, имеющих решающее значение для чувствительных ко времени приложений, таких как те, которые используются в исследованиях космоса и работе спутников, решает некоторые из насущных проблем, связанных с децентрализацией и связью между узлами.

  
  

• Движение сообщества и открытый исходный код : он должен быть построен на модели с открытым исходным кодом, поощряя вклад сообщества и делая исходный код доступным для проверки, что может способствовать инновациям и доверию.

  
  

• Совместимость и переход : необходимо разрабатывать с учетом совместимости, поэтому он поддерживает существующие аппаратные платформы и может запускать устаревшие приложения в защищенных модулях, облегчая переход с традиционных операционных систем.

Проектирование чего-то столь важного должно было бы разобрать существующую головоломку Red Hat, различных версий Linux, встроенного программного обеспечения и Vxworks от Wind River, совершив скачок в архитектуре ОС и открыв новое и неоспоримое рыночное пространство. Проверив свою разработку на одном из самых сложных рынков, вы сможете затем воспроизвести и работать в обратном направлении в аналогичных отраслях, которые будут необходимы для освоения космоса, включая горнодобывающую промышленность, производство, Интернет вещей и другие тяжелые отрасли, которые используют одно и то же старое программное обеспечение. принципы.

Если вы хотите пойти дальше, особенно там, где осведомленность о космической сфере (SDA) является важной инициативой государственных учреждений, тогда любая новая операционная система, созданная для исследования космоса, может стать критическим компонентом как для гражданских, так и для военных организаций, которые управляют активами в космосе. также.

• Расширенная интеграция данных : модульная природа обеспечивает плавную интеграцию различных датчиков и источников данных. Эта возможность имеет решающее значение для SDA, где данные с радаров, телескопов, спутников и других датчиков должны быть синтезированы, чтобы получить полную картину космической среды.

  
  

• Улучшенная обработка и анализ данных : децентрализованный аспект новой ОС может облегчить распределенную обработку данных, сокращая время, необходимое для анализа огромных объемов данных космической области. Более быстрая обработка данных приводит к более своевременному реагированию на такие угрозы, как космический мусор, маневры противника или природные явления.

  
  

• Устойчивость и избыточность : для военных операций устойчивость имеет решающее значение, поэтому децентрализованная структура может обеспечить большую устойчивость к кибератакам и сбоям системы. Если один узел выходит из строя, другие могут взять его на себя, обеспечивая непрерывную работу SDA.

  
  

• Функциональная совместимость : поскольку в военных операциях часто участвуют коалиции, децентрализованная ОС может предоставлять стандартизированные протоколы связи и интерфейсы, обеспечивая совместимость между системами и службами разных стран, что важно для совместных усилий SDA.

  
  

• Адаптивность и масштабируемость : модульная конструкция децентрализованной ОС позволяет быстро адаптироваться к новым датчикам, технологиям или требованиям миссии. По мере развития космической сферы можно будет включать новые модули для удовлетворения возникающих потребностей SDA без капитального ремонта всей системы.

  
  

• Безопасность : благодаря новой архитектуре ядра протоколы безопасности могут быть тесно интегрированы в каждый модуль, обеспечивая надежные меры безопасности, которые жизненно важны для военных операций. Децентрализованный характер также означает, что атака на один модуль с меньшей вероятностью поставит под угрозу всю систему.

• Экономическая эффективность : стандартизация модульной ОС может привести к экономии средств за счет уменьшения необходимости разработки специального программного обеспечения для каждой новой инициативы SDA. Эта экономическая эффективность может высвободить ресурсы для других важнейших оборонных нужд.

  
  

Искусственный интеллект указывает другой путь вперед

Теперь давайте обсудим будущее таких операционных систем, как Windows и Linux, в мире искусственного интеллекта. Разве монолитная ОС не является избыточной, где мы можем использовать ИИ для создания приложений, просмотра веб-страниц, ответа на сложные вопросы, проведения исследований и открытия продуктового магазина с помощью автоматизированных агентов, находящихся под нашим контролем?

Я бы сказал так. Сейчас подход заключается в том, чтобы просто интегрировать LLM и ИИ в различные части ОС или платформ повышения производительности, а не разрабатывать ИИ с нуля, чтобы он был целостным . Тонкая разница.

Интеграция (скорее встраивание) ИИ в операционные системы, такие как Windows, действительно ставит вопрос о том, необходима ли полная переработка, начиная с ядра, для полного использования возможностей ИИ в эту новую эпоху, поэтому нам нужно взглянуть на что может потребоваться.

• Глубокая интеграция против поверхностных надстроек: современные операционные системы могут интегрировать ИИ в качестве дополнительного уровня, расширяя определенные функции. Однако этот подход может не использовать весь потенциал ИИ. Редизайн на уровне ядра может более глубоко внедрить ИИ в основные функции ОС, что приведет к более целостному подходу.

  
  

• Управление ресурсами и планирование : традиционные операционные системы изначально не предназначены для сложных рабочих нагрузок ИИ. Перепроектирование ядра может позволить более эффективно управлять ресурсами (такими как ЦП, графический процессор и память) для процессов ИИ, оптимизируя производительность и энергопотребление.

  
  

• Безопасность и конфиденциальность. ИИ создает новые проблемы безопасности и конфиденциальности. Ядро, переработанное с учетом ИИ, могло бы включать более совершенные протоколы безопасности для решения этих проблем, особенно при обработке больших объемов конфиденциальных данных.

  
  

• Обработка в реальном времени и периферийные вычисления . Приложения искусственного интеллекта, особенно те, которые связаны с машинным обучением и обработкой данных в реальном времени, могут выиграть от обработки с малой задержкой и высокой скоростью. Редизайн на уровне ядра может оптимизировать эти процессы, особенно для сценариев периферийных вычислений.

  
  

• Автономная работа и самовосстановление : ядро, управляемое искусственным интеллектом, может позволить операционной системе выполнять задачи автономной оптимизации и самовосстановления, прогнозируя и предотвращая сбои системы, а также оптимизируя производительность без вмешательства человека.

  
  

• Аппаратное ускорение : современные приложения искусственного интеллекта часто полагаются на специализированное оборудование, такое как графические процессоры и TPU. Ядро, разработанное с учетом этих требований, могло бы обеспечить лучшую поддержку и оптимизацию такого оборудования, повышая производительность приложений ИИ. Очень похоже на то, что Graphcore намеревался сделать со своим IPU, но не соответствовал требованиям рынка продукта и высоким требованиям к капиталовложениям для продолжения работы.

  
  

• Обратная совместимость и переход : серьезной проблемой при перепроектировании ядра для ИИ является сохранение совместимости с существующими приложениями и системами. Этот переход потребует тщательного планирования и постепенной реализации.

• Адаптивное поведение : система может адаптировать свое поведение в зависимости от среды и моделей использования. Например, он может оптимизировать себя с точки зрения энергоэффективности, производительности или безопасности, в зависимости от контекста.

Если мы примем революционный подход к проектированию операционных систем, сочетая архитектуру «сначала ИИ», интеграцию ИИ на уровне ядра и децентрализацию в качестве основных принципов, новое ядро и архитектура ОС будут значительно отличаться от традиционных систем, таких как Windows и Linux. Конечно, такой сдвиг также потребует преодоления значительных препятствий на пути развития, внедрения и совместимости с существующими технологиями и инфраструктурой. Немалый подвиг, но если вы подошли к этому с точки зрения того, что создание такой ОС было стратегией голубого океана, то проявите терпение и развивайте это на протяжении пары десятилетий, и это будет большая игра и награда, к которой стоит стремиться.

Давайте пойдем поплаваем

Стратегия голубого океана – это одновременное стремление к дифференциации и снижению затрат с целью открытия нового рыночного пространства и создания нового спроса. Речь идет о создании и захвате неоспоримого рыночного пространства, тем самым делая конкуренцию несущественной. Он основан на представлении о том, что границы рынка и структура отрасли не являются данностью и могут быть реконструированы с помощью действий и убеждений участников отрасли.

Красные океаны — это все отрасли, существующие сегодня, — известное рыночное пространство, где границы отраслей определены, и компании пытаются превзойти своих конкурентов, чтобы захватить большую долю существующего рынка. Жестокая конкуренция окрасила океан в кроваво-красный цвет. Отсюда и термин «красные» океаны.

Голубые океаны обозначают все отрасли, которых сегодня не существует, — неизведанное рыночное пространство, неизведанное и незапятнанное конкуренцией. Подобно «голубому» океану, он огромен, глубок и могуч – с точки зрения возможностей и прибыльного роста.

Прекрасным примером этого стал выпуск Nintendo Wii.

Nintendo Wii была выпущена в 2006 году, и в ее основе лежит концепция инноваций. Это ключевой принцип стратегии голубого океана, которая предполагает одновременное достижение низких затрат и дифференциации.

Чтобы сократить расходы, Nintendo отказалась от жесткого диска и DVD, имеющихся в большинстве игровых консолей, и снизила качество обработки и графики. В то же время Nintendo представила беспроводной контроллер движений, чтобы выделиться на рынке. Это позволило компании предложить ряд новых функций и преимуществ, которых раньше не было в мире игр, таких как возможность использовать игровую консоль, чтобы поддерживать форму или играть в большой социальной группе.

Следуя инновациям, Nintendo сможет выйти за рамки конкуренции с такими компаниями, как PlayStation и X-Box, в переполненном и жестко конкурентном красном океане. Вместо этого он смог полностью открыть новый рынок. Nintendo Wii, с ее инновационными новыми функциями и доступной ценой, обратилась к совершенно новому и обширному рынку — голубому океану, не играющему, пожилым людям и родителям с маленькими детьми.

Приняв тот же подход к новой операционной системе, он уничтожит действующий рынок, пронизанный техническим долгом и наследием, который не сможет отреагировать из-за усилий, необходимых для изменения направления.

Куда мы идем отсюда?

В любом случае, это не простое и не маленькое усилие. Причина, по которой я выбрал ИИ и космос, заключалась в том, что они представляют собой взаимодополняющие подходы к одной и той же проблеме, использующие одни и те же ответы. Мы основываемся на концепциях и идеях, которые никогда раньше не объединялись таким образом, но которые могут привести к созданию строительных блоков для следующих 50–100 лет архитектуры программного обеспечения, поскольку они должны соответствовать целям дивного нового мира, который приближается. нам быстро.

Возьмем, к примеру, текущие экспериментальные развертывания IPFS (межпланетной файловой системы) с компанией Lockheed Martin . Эта миссия является первой в своем роде, которая оценивает варианты использования децентрализованного хранилища в космосе. Он будет размещен на борту самостоятельно финансируемого Lockheed Martin Technology Demonstrator LM 400 — программно-определяемого спутника размером с холодильник, предназначенного для поддержки широкого спектра миссий и клиентов. Как только космический корабль выйдет на орбиту, он будет использовать свою программно-определяемую спутниковую технологию SmartSat™ для загрузки и проведения демонстрации IPFS.

Мы постоянно экспериментируем с децентрализованными технологиями, но, похоже, не решаемся сделать их основой будущих платформ.

Это концептуальные рамки и идеи, которые я обдумывал, и бог знает, приживутся ли они, но если кто-то кивает в яростном согласии — будь вы инженер-программист или инвестор — выбейте мою дверь и давайте поговорим, потому что У меня есть желание воплотить это в жизнь.