RaiseOS

RaiseOS 是一套面向高性能计算与工业实时控制场景的国产操作系统，由无锡江南计算所（国家并行计算机工程技术研究中心）主导研发，随“神威”系列超算与嵌入式控制器同步演进，当前稳定版本为 RaiseOS 5.2。系统内核、文件系统、驱动框架、编程环境与运行时库全部自主可控，兼容申威 RISC 指令集，并提供对 x86、ARM64 的交叉编译支持，可在服务器、机柜级超算节点、边缘控制器、工业 PC 四类硬件形态上原生运行或容器化部署。以下按组件层级逐项展开。

一、内核与进程模型  

RaiseOS 采用混合微内核架构，核心仅保留中断路由、地址空间管理、线程调度、IPC 机制四大功能，其余服务以用户态守护进程形式动态加载。调度器提供 CFS、RT、DEADLINE、SCHED_FIFO 四种策略，支持 NUMA 感知与 CPU 热插拔；实时扩展可将最坏中断延迟控制在 5 µs 以内。进程间通信基于 Capability 机制，所有内核对象以 64 位句柄表示，句柄携带权限掩码，可在进程、容器、虚拟机之间安全迁移。

二、文件系统与存储栈  

系统默认集成三套文件系统：  

1. RaiseFS：专为高并发 I/O 设计的日志结构文件系统，支持 16 EiB 单一命名空间、快照、克隆、在线扩容、元数据校验；  

2. SWFS：面向 HPC 场景的并行文件系统，客户端可直接挂载到计算节点，元数据采用分布式一致性哈希，单目录可支撑 10 亿级文件；  

3. Ext4/F2FS：用于嵌入式或通用场景，保持 Linux ABI 兼容。  

存储栈内置多路径 I/O、NVMe-oF、RDMA、SCSI、IDE 驱动，支持软件 RAID 0/1/5/6/10、纠删码与在线重构。

三、网络子系统  

网络协议栈采用双栈设计：  

• 内核网络：TCP/IP、UDP、SCTP、ICMP、IPv4/IPv6、Netfilter、TC 流量整形；  
• 用户态网络：DPDK、XDP、eBPF、SR-IOV、RDMA verbs，单端口 100 GbE 转发延迟＜2 µs。  

系统提供自定义协议族 SWNET，用于申威节点间高吞吐低延迟通信，支持消息分段、乱序重排、拥塞控制、链路冗余。

四、驱动与设备模型  

设备驱动框架采用统一总线抽象，支持 PCI、PCIe、USB、I²C、SPI、CAN、UART、GPIO、PWM、ADC、DAC、RTC、WDT、TPM 等 20 余种总线。驱动以 ko 模块形式热插拔，支持符号版本控制与 ABI 稳定性检查。设备树（Device Tree）与 ACPI 并存，允许同一镜像在服务器与嵌入式板卡无差异启动。

五、运行时与编程环境  

系统提供三套运行时：  

1. libc-raise：兼容 C11/POSIX.1-2017，支持多线程、异步 I/O、实时信号；  

2. libsw-rt：面向硬实时任务，提供零拷贝环形缓冲区、无锁队列、定时器、事件通知；  

3. libomp-sw：OpenMP 4.5/5.0 兼容运行时，支持线程池、任务窃取、SIMD 指令自动矢量化。  

语言工具链包含 GCC、Clang/LLVM、ICC、Flang、Go、Rust、Python 3.11、Julia 1.9，交叉编译器支持 x86_64、ARM64、RISC-V 作为宿主机。

六、容器与虚拟化  

RaiseOS 集成 CRI-O 容器运行时，兼容 Kubernetes 1.28，提供 KubeVirt、Kata Containers、Firecracker、QEMU/KVM 全栈虚拟化。实时容器扩展可将容器内最坏调度延迟降至 10 µs；安全容器采用 Seccomp、SELinux、AppArmor、Landlock、LSM 多策略叠加。

七、系统服务与守护进程  

• raise-init：兼容 systemd 单元文件，支持并行启动、回滚、快照；  
• raise-log：集中日志收集，支持 journald、syslog-ng、fluent-bit、loki 插件；  
• raise-mon：轻量级性能剖析与火焰图生成；  
• raise-upd：OTA 更新框架，支持差分包、A/B 分区、回滚验证；  
• raise-auth：统一身份认证，支持 LDAP、Kerberos、OAuth2、国密 SM2/SM3/SM4。

八、开发工具链  

系统自带集成开发环境 RaiseIDE，基于 Eclipse Theia，支持 C/C++、Fortran、Python、Go、Rust、Java、JavaScript 语言，提供代码补全、静态分析、性能剖析、远程调试、容器化构建。调试器支持 GDB、LLDB、SystemTap、perf、ftrace、kprobe/uprobe。

九、兼容层与移植接口  

• Linux ABI 兼容：ELF、syscall、procfs、sysfs、epoll、inotify、futex 等接口保持 99% 兼容；  
• POSIX 实时扩展：支持 AIO、POSIX 消息队列、POSIX 共享内存、POSIX 信号量；  
• Windows 兼容：通过 Wine-like 兼容层运行 Win32 控制台程序；  
• BSD Socket：提供 AF_INET、AF_INET6、AF_UNIX、AF_PACKET、AF_ALG 套接字族。

十、典型输出形态  

• 超算节点 OS：部署于神威·太湖之光、神威·E级原型机，支持 10 万核并行作业；  
• 工业控制器 OS：运行于边缘网关、CNC、机器人控制器，实时抖动 < 5 µs；  
• 容器镜像：官方发布 sw-latest、sw-lts、sw-rt、sw-dev 四条镜像线，支持 Docker Hub、Harbor、ACR、ECR 同步分发。

综上，RaiseOS 以微内核实时性、分布式文件系统、超低延迟网络、丰富驱动生态、全栈开发工具链为特色，为高性能计算、工业控制、边缘智能提供统一、可扩展、可演进的国产操作系统底座。