openEuler操作系统核心技术与行业应用实践

本书介绍了数字基础设施操作系统——openEuler的关键技术，以及openEuler在14个行业（电信、金融、政府、安平、制造、交通等）应用的实践。全书共分为两篇：第一篇共分为7章，内容包括openEuler的“四梁八柱”技术体系和六大行业应用技术。第二篇共分为7章，主要介绍14个行业现状、对操作系统的诉求，以及各个行业的openEuler实践案例。

本书面向的读者包括操作系统从业人员、openEuler社区开发者、开源爱好者，以及其他对操作系统感兴趣的人士。

陈海波，华为基础软件首席科学家，中央软件院副总裁，上海交通大学特聘教授，IEEE Fellow；任ACM SIGOPS主席、ACM旗舰杂志Communications of the ACM编委与领域共同主席、ACM EuroSys 2025程序委员会主席。主要研究领域为操作系统、分布式系统与系统安全，研究成果通过产学研深度结合被应用到数十亿设备，产生了广泛的学术与产业影响。曾获陈嘉庚青年科学奖（信息技术科学奖）、中国青年科技奖、教育部技术发明一等奖、全国优秀博士学位论文奖、CCF青年科学家奖等。研究工作还获得了华为卓越贡献个人奖，ASPLOS、EuroSys、VEE等最佳论文奖，以及DSN“十年时间检验奖”、SIGMOD研究亮点奖等。按照csrankings.org的统计，其近五年（2018～2022年）在操作系统领域顶会SOSP/OSDI上发表的论文数并列世界第一。主持撰写的《现代操作系统：原理与实现》图书获得2020年度“最受读者喜爱的IT图书奖”与2022年上海交通大学最佳本科生教材奖。

1.华为公司官方出品，工程院院士廖湘科和多位专家共同推荐，华为公司董事、2012实验室主任查钧作序。

2.全面介绍openEuler操作系统的“四梁八柱”技术体系，以及面向不同应用场景的解决方案。

3.系统介绍openEuler在14个关键基础行业的应用实践，给各行各业提供参考。

序言

操作系统对下抽象并管理硬件资源，对上创建应用执行环境，是整个计算系统的中枢，被誉为信息产业之“魂”，也是国家数字基础设施战略安全的基石。自十几年前开始，华为公司就开始投入操作系统的研发，为极限环境下的战略生存做好技术储备。近年来，华为公司进一步加大操作系统的战略投入，持续进行根技术创新与突破，并通过“黄大年茶思屋”，粘接全球智慧，探索、牵引、开放、思辨，共同推进操作系统的发展，构建稳固的“四梁八柱”技术体系。

操作系统的发展离不开生态伙伴的支持，我们秉持开放、协作、共赢的理念，将积累十几年的操作系统技术贡献出来，于2019年12月构建了openEuler开源社区，并于2021年11月将openEuler捐献给开放原子开源基金会，构建数字基础设施操作系统的根社区，与合作伙伴共建共享操作系统技术与生态。我们坚持“有所为，有所不为”，坚持不做openEuler的商业发行版，而是通过使能合作伙伴基于openEuler构建各自的商业发行版，共同促进openEuler生态的繁荣。我们很高兴地看到，自2019年开源以来，已有465万套基于openEuler的操作系统发行版，覆盖金融、电信、政务、邮政、能源、教育等多个国家关键信息基础设施行业，成为首选操作系统。

本书内容凝聚了华为公司与合作伙伴的集体智慧，不仅介绍了openEuler的“四梁八柱”技术体系与面向不同应用场景的技术方案，还系统性地介绍了在各个行业中的应用实践。本书作者长期从事操作系统领域的研究与产业工作，不仅在操作系统基础理论、根技术突破方面取得了显著成绩，而且在操作系统的竞争力提升与开源生态方面具有丰富的实践经验。相信本书不仅能帮助读者更好地理解openEuler操作系统的技术体系，而且能为在各行各业中应用openEuler操作系统提供有益的参考。

“道阻且长，行则将至。”经过多年的不懈努力，openEuler已成为我国各行各业的首选，逐步走出国门服务广大海外客户。期待和大家一起继续努力，打造中国基础软件的根，为世界提供第二选择。

是为序。

查钧 华为公司董事、2012实验室主任

2023年9月

目 录

第1篇 openEuler关键技术

第1章 openEuler“四梁八柱”技术体系 3

第2章 极致开箱即用 7

2.1 智能调优工具：A-Tune 7

2.2 高性能用户态网络协议栈：Gazelle 9

2.3 高性能用户态存储软件栈：HSAK 12

2.4 应用无感知的原生加速引擎：sysBoost 15

2.5 自适应千核并行调度技术 17

2.6 可编程内核：安全灵活的用户态代码内核卸载框架 19

2.7 软芯协同的高性能虚拟化底座 22

2.8 高性能计算套件：HCK 23

第3章 确定性低时延 26

3.1 实时系统 26

3.2 多级调度框架 29

3.3 资源竞争协议 30

3.4 异步通信 31

3.5 确定性临界区 33

第4章 云原生操作系统底座与智能运维 35

4.1 云原生操作系统底座 36

4.1.1 快速部署 37

4.1.2 高效运行 48

4.1.3 资源优化 55

4.2 智能运维 63

4.2.1 故障快恢 64

4.2.2 系统升级 66

第5章 操作系统极致安全 77

5.1 操作系统安全概述 77

5.2 操作系统安全目标 78

5.2.1 机密性 80

5.2.2 完整性 80

5.2.3 可用性 81

5.2.4 真实性 81

5.2.5 可授权性 82

5.2.6 不可抵赖性 82

5.3 操作系统应该提供的安全能力 83

5.4 操作系统关键安全技术 84

5.4.1 完整性保护 84

5.4.2 机密计算 88

5.4.3 全栈国密（数据安全与隐私） 91

5.4.4 安全隔离（工业安全） 94

5.4.5 入侵检测 95

5.5 操作系统安全未来的发展方向 98

5.5.1 动态调整 98

5.5.2 行为可信 99

5.5.3 AI for OS安全 101

第6章 异构操作系统融合计算 103

6.1 融合算力调度 104

6.2 融合内存管理 105

6.3 资源弹性复用 106

6.4 面向SLA的并发控制 107

第7章 欧拉鸿蒙结合 108

7.1 欧拉鸿蒙结合的方向 109

7.2 能力共享 110

7.2.1 分布式软总线 110

7.2.2 分布式数据 113

7.2.3 操作系统视窗 114

7.3 一机多域 115

7.4 端边云跨域协同 117

第2篇 openEuler行业应用实践

第8章 电信行业应用实践 121

8.1 行业现状和操作系统诉求 121

8.1.1 电信行业现状 121

8.1.2 电信行业对操作系统的诉求 124

8.2 openEuler电信行业解决方案 126

8.2.1 openEuler云应用加速解决方案 126

8.2.2 openEuler操作系统迁移解决方案 127

8.2.3 openEuler云原生操作系统底座解决方案 133

8.2.4 openEuler安全云主机解决方案 134

8.3 电信行业案例 135

8.3.1 移动云天元“易行”迁移 135

8.3.2 移动云可信云主机 137

8.3.3 某运营商云大规模多样性算力开放基础设施 139

8.3.4 中国移动IT中心磐基云原生产品 141

8.3.5 中国移动在线客服营销服务中心 144

第9章 金融行业应用实践 146

9.1 行业现状与操作系统诉求 146

9.1.1 金融行业现状 146

9.1.2 金融行业对操作系统的诉求 148

9.2 openEuler金融行业解决方案 150

9.2.1 openEuler资源混合部署解决方案 150

9.2.2 openEuler智能运维平台解决方案 151

9.2.3 openEuler用户态低时延协议栈解决方案 154

9.2.4 openEuler安全机密计算解决方案 155

9.3 金融行业案例 156

9.3.1 工商银行资源混合部署 156

9.3.2 某行百万人脸识别机密计算 158

9.3.3 某证券交易所低时延协议栈 160

9.3.4 恒生电子公司应用案例 161

9.3.5 兴业银行智慧金融隐私计算平台 165

第10章 政府&安平行业应用实践 168

10.1 行业现状与操作系统诉求 168

10.1.1 政府行业现状 168

10.1.2 安平行业现状 170

10.1.3 政务业务对操作系统的诉求 170

10.1.4 安平行业对操作系统的诉求 171

10.2 openEuler政府&安平行业解决方案 173

10.2.1 openEuler基于TEE的密码模块解决方案 173

10.2.2 openEuler重保会议解决方案 174

10.2.3 openEuler隔离超算解决方案 175

10.3 政府&安平行业案例 176

10.3.1 视频云操作系统存量迁移 176

10.3.2 “鲲密”产品支撑公安行业数据安全 178

10.3.3 SZ政务云视频会议 180

10.3.4 武汉超算高性能操作系统 180

第11章 电力能源行业应用实践 182

11.1 行业现状和操作系统诉求 182

11.1.1 电力能源行业现状 182

11.1.2 电力能源行业对操作系统的诉求 183

11.2 openEuler在电力行业中的解决方案 187

11.2.1 openEuler在电力行业中的优势 187

11.2.2 下一代电力系统边端协同计算方案 188

11.3 电力能源行业案例 189

11.3.1 某电网公司核心调度系统迁移改造 189

11.3.2 某电网公司信息业务系统平滑迁移 191

11.3.3 某发电厂DCS核心控制系统平滑迁移 193

第12章 制造行业应用实践 195

12.1 行业现状和操作系统诉求 195

12.1.1 行业现状 195

12.1.2 制造行业对操作系统的总体诉求 198

12.1.3 高精度制造对操作系统的诉求 199

12.1.4 设备能力多样化对操作系统的诉求 200

12.2 openEuler在制造行业中的解决方案 201

12.2.1 制造行业解决方案 201

12.2.2 分级实时系统解决方案 202

12.2.3 混合关键性系统解决方案 205

12.3 制造业案例 209

12.3.1 柏楚电子高精激光切割控制系统 209

12.3.2 华为制造自动化设备开发部的软运动控制器 211

第13章 交通行业应用实践 215

13.1 民航行业现状和操作系统诉求 215

13.1.1 民航行业现状 215

13.1.2 民航行业对操作系统的诉求 218

13.2 铁路行业现状和操作系统诉求 219

13.2.1 铁路行业现状 219

13.2.2 铁路行业对操作系统的诉求 220

13.3 公路水运行业现状和操作系统诉求 221

13.3.1 公路行业 221

13.3.2 水运行业 224

13.4 openEuler在交通行业中的解决方案 227

13.4.1 铁路行业调度桌面云方案 227

13.4.2 业务不中断升级方案 228

13.5 交通行业案例 229

13.5.1 民航行业某央企电子客票系统建设项目 229

13.5.2 山东港口青岛港码头操作系统A-TOS 230

13.5.3 某铁路局调度桌面云项目 232

第14章 其他行业应用实践 234

14.1 水利行业现状和操作系统诉求 234

14.1.1 水利行业现状 234

14.1.2 水利行业对操作系统的诉求 235

14.2 教育行业现状和操作系统诉求介绍 236

14.2.1 教育行业现状 236

14.2.2 教育行业对操作系统诉求 237

14.3 卫生健康行业现状和操作系统诉求 237

14.3.1 卫生健康行业现状 237

14.3.2 卫生健康行业对操作系统的诉求 238

14.4 广电行业现状和操作系统诉求 239

14.4.1 广电行业现状 239

14.4.2 广电行业对操作系统的诉求 239

14.5 邮政行业现状和操作系统诉求 240

14.5.1 邮政行业现状 240

14.5.2 邮政行业对操作系统的诉求 241

14.6 其他行业案例 242

14.6.1 水利行业：某市水务局运用大禹水文站一体机改进水文感知 242

14.6.2 卫生健康行业案例：国内某市医疗云平台 244

14.6.3 广电行业案例：广电应急广播系统数字签名 245

14.6.4 邮政行业：某邮政OA业务系统迁移改造 248

14.6.5 教育行业案例：重庆大学智慧校园 249