區(qū)塊鏈竟然開始在物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)里“作妖”了….

------   【導讀】   ------

區(qū)塊鏈技術的確可以為IoT帶來特定層面的提升，比如改進數(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?！拔镦溇W(wǎng)”操作系統(tǒng)如果想在IoT領域站穩(wěn)腳跟，必須讓物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)易于使用，它的本質與物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)別無二致，因此應滿足物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的各種要求。

這是一篇非典型的學習筆記，因為這周我想聊聊物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。

為什么突然想到這個老生常談的話題呢？有兩個主要原因：

一是這個禮拜有意無意當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)項目的展示。

二是隨著區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)深度結合為“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于物鏈網(wǎng)操作系統(tǒng)這門“課程”我的學習筆記，需要說明的是，首先我認為筆記必須淺顯易懂，其次這些筆記蘊含了【物聯(lián)網(wǎng)智庫】篩選優(yōu)質項目的部分方法論。畢竟作為物聯(lián)網(wǎng)領域中獨具“高冷范兒”的專業(yè)媒體和研究機構，對于報道哪些有價值的靠譜項目，雪藏哪些埋伏著“定時炸彈”的忽悠項目，我們是這個行業(yè)中最為“挑剔”的。

“物鏈網(wǎng)”操作系統(tǒng)的本質是“物聯(lián)網(wǎng)”操作系統(tǒng)

區(qū)塊鏈技術的確可以為IoT帶來特定層面的提升，比如改進數(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?！拔镦溇W(wǎng)”操作系統(tǒng)如果想在IoT領域站穩(wěn)腳跟，必須讓物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)易于使用，它的本質與物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)別無二致，因此應滿足物聯(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？因為雙重解耦]

物聯(lián)網(wǎng)的典型特征是碎片化，硬件設備配置多種多樣，不同的應用領域差異很大。從小到只有幾個KB內(nèi)存的低端單片機，到數(shù)百MB內(nèi)存的高端智能設備。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)應用開發(fā)的成本和時間。

IoT OS與Android在移動互聯(lián)網(wǎng)領域的地位和作用類似，實現(xiàn)了應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的編程接口編寫應用程序，就可以運行在所有基于Android的智能終端上一樣，IoTOS的作用也是如此。除此之外，在邊緣計算時代的某些特定場景中，物聯(lián)網(wǎng)OS還需要達到另外一種解耦：硬件驅動程序與操作系統(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，至少包含3個關鍵子系統(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，共同組成一個完整的面向各種各樣物聯(lián)網(wǎng)應用場景的軟件基礎平臺。同時這些子系統(tǒng)之間有一定的層次依賴關系，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制，都是在內(nèi)核中實現(xiàn)的。

內(nèi)核中包括線程/任務管理、多任務同步與通信、內(nèi)存管理、內(nèi)核安全等機制。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)設備比作外星人，他們的智商參差不齊，其中一些只會從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)，超標了外星人就要罷工，另外一些則不同，內(nèi)核尺寸達到MB級別也不在話下。

2. 中間件平臺（外圍功能組件）是指為了適應物聯(lián)網(wǎng)的應用特點，操作系統(tǒng)應該具備的一些功能特征。

中間件平臺還包含為了擴展物聯(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、藍牙、Wi-Fi、ZigBee、NFC、LiFi、NB-IoT、LoRa等。

延續(xù)上面的比喻，想讓領養(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/呼機/商務通…讓他能與外界聯(lián)系（滿足連接需求）、當然還需要一位翻譯讓外星人理解你的指令（JAVA虛擬機）。

3. 物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同框架是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)“協(xié)同”功能性需求的關鍵功能系統(tǒng)。

團隊的能量是巨大的，為了最大程度壓榨外星人團隊的腦力和體力，自帶十八般武藝的“總管”不可或缺（一組軟件的集合），他負責統(tǒng)籌外星人隊員之間的協(xié)同工作。也就是說，協(xié)同框架使得物聯(lián)網(wǎng)設備能夠“充分合作”，以達到單一物聯(lián)網(wǎng)設備無法完成的功能。

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，機器學習等功能模塊。

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，同時也是形成“二級開發(fā)模式”的基礎。

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，進行應用程序開發(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)運行庫（IoT Runtime）值得劃重點強調(diào)。任何一種開發(fā)語言，都有一個與之對應的運行庫，比如針對Java語言的J2SE/J2EE/J2ME等配套庫。這些運行庫包含開發(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。

以最后一個比喻結束筆記2。如果你想讓一個外星人不止會算加法，還要會算平方，就拿來“平方”對應的Runtime直接導入。綜合上面的說明，可以把物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的框架做進一步細化，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、通信標準、應用場景。開源，有利于打破技術障礙和壁壘，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，某些操作系統(tǒng)會將關鍵部分閉源授權。同時，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)應用需求，目前物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)領域主要存在出2條技術路徑：

一條是基于Android這樣的操作系統(tǒng)進行裁剪和定制，來適應物聯(lián)網(wǎng)接入設備的需求；另一條是以傳統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)為基礎，通過增加設備聯(lián)網(wǎng)等功能，滿足物聯(lián)網(wǎng)接入設備互聯(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)進行裁剪和定制的技術路線

采用這條技術路線的操作系統(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架構一致的基礎上，可以使用原有操作系統(tǒng)的商業(yè)生態(tài)，從而降低市場進入成本。

缺點在于要兼顧多種應用場景，很難保證針對底層應用的最優(yōu)化，包括功耗的最優(yōu)化和可靠性最優(yōu)化等，也很難保證運行在高頻處理器的操作系統(tǒng)，經(jīng)過裁剪能夠運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，智商達標了才可以。

典型代表公司是Google，通過對Android的適當定制裁剪，Google推出了AndroidThings。

2.在傳統(tǒng)RTOS實時操作系統(tǒng)的基礎上增加設備聯(lián)網(wǎng)功能

這條技術路線的優(yōu)勢在于原本單片機操作系統(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)于上面的技術路徑，通過適當增加功能也能保證功耗和性能符合應用需求。

缺點和主要問題在于如何圍繞操作系統(tǒng)構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。

目前兩種技術路線尚處發(fā)展的過程中，兩者技術架構完全不同，基本上不存在交集。

“說法”并不驗證“想法”，用“做法”驗證想法

如今大家對邊緣計算的認識得到了極大提升，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，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?！皞鹘y(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，進行說明。

當下“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用程序提供了更多區(qū)塊鏈功能的支持。

客觀現(xiàn)實的危險性不得不提：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”并不能驗證真實“想法”。一個物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)團隊的想法是否可行、能否落地，只能反應于他們會采取什么樣的“做法”。區(qū)塊鏈技術在物聯(lián)網(wǎng)領域的應用，將是個緩慢長期的過程，但由于物鏈網(wǎng)OS的做法普遍“非比尋?！?，結果或很快就能見分曉。

從學習筆記你可以看出，操作系統(tǒng)是一個比較耗費時間的技術，相對來說從業(yè)者并不多，創(chuàng)始團隊如果沒有10年以上的底蘊積累，難掀風浪。而區(qū)塊鏈也是一種以公信力為代表的技術，也就意味著裝機量不大的系統(tǒng)直接出局。IoT設備普遍計算能力相對薄弱，資源受限，挖礦激勵機制基本上在IoT設備中不可行，也就大概率不存在為了獲得激勵而鋪機器的情況。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)的一個支持JavaScript開發(fā)應用的物聯(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)應用的工具。

Ruff在物聯(lián)網(wǎng)領域是一種獨特的存在。RuffOS是一個兼容多個平臺的運行環(huán)境Runtime，它不僅支持嵌入式Linux，還支持MCU單片機領域等。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。

依照學習筆記中整體架構一項作為主要判斷因素，Ruff的理想是在現(xiàn)有操作系統(tǒng)內(nèi)核之上，增加一個物聯(lián)網(wǎng)運行庫（IoT Runtime）就好，的確令人眼前一亮。然而理想豐滿現(xiàn)實骨感，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Ruff提出了自己的區(qū)塊鏈Ruff Chain之后，雖然在區(qū)塊鏈技術應用于物聯(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施過程中引入?yún)^(qū)塊鏈技術，況且Ruff團隊在運營區(qū)塊鏈生態(tài)之余，還有多少精力兼顧OS底層架構的牢固可靠性，不禁令人擔憂。

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，他是清華大學計算機系77級的學長，先是在美國伊利諾伊大學研究了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。

從學習筆記中的技術路線上來看，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)相當成熟，改進空間不大，因此亦來云將主要精力用于虛擬機技術。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更加適合于計算能力較高的物聯(lián)網(wǎng)設備以及與互聯(lián)網(wǎng)接壤的領域。Elastos將區(qū)塊鏈功能運行在操作系統(tǒng)之上，提升了部署效率。

寫到這里，不禁有個問題，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)承載區(qū)塊鏈DApp應用并非難事，為什么那些最有實力的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。相信每個人對照著上面的“課程”筆記，都可以對它進行一目了然的評價。根據(jù)一份最新的研究報告顯示，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有本質不同，由于碎片化、場景復雜等特性，IoT可能不會出現(xiàn)只有幾款操作系統(tǒng)主導整個物聯(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)缺點都不能放之四海而皆準，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。上述學習筆記可以進一步提煉為IoT OS要素Checklist，希望它能為你擦亮雙眼。