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系统软件新洞察

更新时间：2019-12-31 14:00:24 大小：688K 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：系统软件 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

系统软件是计算学科的基本概念之一,从系统软件的本质特征、时代特点和发展趋势这3个方面给出了关于系统软件的新洞察.洞察1认为,通用图灵机和存储程序思想是系统软件的理论源头和技术源头,其本质特征是“操纵计算系统执行”,编码加载和执行管控是两种主要的操纵方式.洞察2认为,系统软件在互联网时代的时代特点是持续在线提供基础服务,为“软件即服务”的新型应用模式奠定了基础.洞察3认为,系统软件的发展趋势是持续在线演化,在计算系统创新、信息物理融合和智能技术的推动下,将成为未来软件生态的核心.


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软件学报 ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW  
Journal of Software,2019,30(1):22-32[doi: 10.13328/j.cnki.jos.005648]  
©中国科学院软件研究所版权所有.  
E-mail:  
Tel: +86-10-62562563  
系统软件新洞察*  
1
2
2
2
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2
王怀民  
,
毛晓光  
,
丁
博
,
沈
洁
,
罗
磊
,
任
怡
1(国防科技大学,湖南 长沙 410073)  
2(国防科技大学 计算机学院,湖南 长沙 410073)  
通讯作者: 毛晓光, E-mail:  
摘
要: 系统软件是计算学科的基本概念之一,从系统软件的本质特征、时代特点和发展趋势这 3 个方面给出了  
关于系统软件的新洞察.洞察 1 认为,通用图灵机和存储程序思想是系统软件的理论源头和技术源头,其本质特征是  
“操纵计算系统执行”,编码加载和执行管控是两种主要的操纵方式.洞察 2 认为,系统软件在互联网时代的时代特点  
是持续在线提供基础服务,为“软件即服务”的新型应用模式奠定了基础.洞察 3 认为,系统软件的发展趋势是持续在  
线演化,在计算系统创新、信息物理融合和智能技术的推动下,将成为未来软件生态的核心.  
关键词: 系统软件;洞察;本质特征;操纵;计算系统  
中图法分类号: TP316  
中文引用格式: 王怀民,毛晓光,丁博,沈洁,罗磊,任怡.系统软件新洞察.软件学报,2019,30(1):22-
1000-9825/5648.htm  
英文引用格式: Wang HM, Mao XG, Ding B, Shen J, Luo L, Ren Y. New insights into system software. Ruan Jian Xue Bao/  
Journal of Software, 2019,30(1):22-
New Insights into System Software  
WANG Huai-Min1, MAO Xiao-Guang2, DING Bo2, SHEN Jie2, LUO Lei2, REN Yi2  
1(National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)  
2(School of Computer, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)  
Abstract: This paper presents several new insights into system software, which is one of the basic concepts in computing discipline,  
from three perspectives of essential features, characteristics of the times, and the future development trend. The first insight is that system  
software stems theoretically and technically from universal Turing machine and the idea of stored-program, with an essential feature of  
“manipulating the execution of a computing system”. There are two typical manipulation modes: encoding and then loading, executing  
and controlling. The second insight is that software system is a kind of software, in the Internet age, providing substantial online services  
continuously, which lay the foundation for the newly emerged “software-as-a-service” paradigm. The final insight is about its  
development trend: system software will evolve online continuously. Driven by innovations of computing systems, integration of cyber  
and physical spaces, and intelligence technologies, system software will become the core of future software ecology.  
Key words: system software; insight; essential feature; manipulation; computing system  
系统软件是计算学科的基本概念之一,早期,此概念是关于操作系统、编译系统等基础性软件的统称.随着  
计算技术应用范围和应用模式的不断拓展,后续出现的数据库管理系统、网络中间件、云计算基础软件,甚至  
* 基金项目: 国家自然科学基金(61432020, 61751208); 国家重点研发计划(2016YFB100100)  
Foundation item: National Natural Science Foundation of China (61432020, 61751208); National Key Research and Development  
Program of China (2016YFB100100)  
本文由“软件学科发展回顾特刊”特约编辑梅宏教授、金芝教授、郝丹副教授推荐.  
收稿时间: 2018-07-10; 修改时间: 2018-08-21; 采用时间: 2018-09-25; jos 在线出版时间: 2018-11-22  
CNKI 网络优先出版: 2018-11-23 07:18:02, http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2560.TP.20181123.0717.003.html  
王怀民 等:系统软件新洞察  
23  
网络浏览器等基础性软件也被归入系统软件的范畴.今天,随着计算技术的持续变迁,系统软件的外延仍在不断  
拓展.那么,系统软件的本质特征究竟是什么?什么样的软件应该属于系统软件范畴,或者因为什么样的属性使  
得一种软件应该纳入系统软件的范畴?当今的系统软件具有什么样的时代特点?如何认识和把握系统软件的未  
来发展趋势?这是软件领域研究者和实践者关注的问题.本文试图从系统软件的本质特征、时代特点和发展趋  
势这 3 个方面给出关于系统软件的 3 个新洞察.  
1
洞察 1:系统软件的本质特征  
系统软件是指操纵计算系统(硬件形态或软件系统)有效执行、为上层应用软件提供运行支撑的软件.本文  
认为,系统软件的本质特征是“操纵计算系统执行”.这一洞察的理论源头和技术源头分别是阿兰⋅图灵的通用图  
灵机模型和冯⋅诺依曼的“存储程序”的通用电子计算机体系结构.  
1.1 系统软件的理论基础  
在软件领域,系统软件与应用软件的分野并非偶然,而是图灵可计算理论,特别是通用图灵机模型在实现层  
面上映射的必然结果.阿兰⋅图灵在 1936 年发表的著名论文“On Computable Numbers, with an Application to the  
Entscheidungsproblem”[1]不仅奠定了图灵可计算的理论基础,而且也为系统软件提供了理论依据.具体表现在两  
个方面.  
·
第一,图灵提出,把“一个可计算序列γ由计算γ的机器所描述”,这个机器就是图灵构思的图灵机,并且  
“可以用一个整数(描述数)唯一确定一台机器”[1],即,每个图灵机可被规范表示或编码.理论上讲,此后  
发展起来的编程和编译系统由此发端;  
·
第二,图灵提出能够模拟任何图灵机的机器,被称为通用图灵机(或通用计算机器、通用机),通用图灵机  
u 通过在纸带的开头写入任意图灵机 M 的标准描述,可以模拟计算出与 M 相同的序列,即,实现通用计  
算.理论上讲,此后发展起来的操作系统由此发端.  
如今,主流的计算机系统从计算模型上讲就是通用图灵机,其上执行的软件,从表示模型上讲,就是完成该  
软件所描述计算的图灵机编码,而系统软件正是通用图灵机模型在软件实现层面上的具体表现形态:从图灵可  
计算角度而言,系统软件具备接收、支撑和管理应用层“图灵机”的能力,负责“操纵”应用层“图灵机”的执行;从实  
现角度而言,系统软件是当今各类计算系统可被编码、可被高效加载和执行的前提和基础.  
因此,系统软件的本质特征是“操纵”计算系统有效“执行”的软件.这里的“计算系统”包括了单一应用软件  
系统,或者分布式系统乃至未来大规模人机物融合系统,而“操纵”则具体有两层含义.  
·
编码与加载.也即编码并加载计算系统,实现对其执行生命周期的管理,能够通过编排和协调硬件资源,  
为计算系统提供良好的通用执行管理;  
·
执行与管控.也即在运行时管控硬件资源和计算系统运行时行为,从而实现对计算机资源的高效利用  
和高效复用.  
需要指出的是:依据上述定义,单纯地进行数据查询的数据库管理系统并不属于系统软件范畴,因为它不具  
备在运行时“操纵”计算系统执行的能力,仅仅是按照一定方式来存储数据的仓库.但是,如果一个数据库管理系  
统加入了管理、装载和执行“存储过程”的能力,则该数据库管理系统可以划归系统软件.部分浏览器也可以划归  
系统软件,这是因为,它们具备加载、执行和管控其中所运行的内容或插件的能力.此时,浏览器构成了通用“图灵  
机”的物化实现,而浏览器内容或插件则可以被视为应用层“图灵机”的物化实现.这也是近年来“Web 操作系  
统”(如 Google ChromeOS)[2]这一概念出现的背景.  
如今,人们讲“软件定义一切”[3]“软件是基础设施”,一方面是指人们利用计算技术解决现实问题的一种信  
念,即:通用计算平台能够模拟(或解决)物理世界的一切问题,因此,现实世界将运转在通用计算平台上;另一方  
面是指人们利用计算技术解决问题的一种标准技术途径:部署通用计算平台,其中的系统软件支持编码及其  
执行.  

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