透明计算
一种云计算操作系统TransOS%3a基于透明计算的设计与实现
基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．６０９０３０２９）；国家８６３高技术研究发展计划（№．２００９ＡＡ０１２１５１）
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在用户终端机上完成． 至今为止，谷歌、ＩＢＭ、亚马逊等公司都推出了自己 的云计算模式和产品怛Ｊ．特别是谷歌的ＧＦＳ［３ Ｊ和ＭａｐＲｅ． ｄｕｃｅ【４１分别给出了其大规模网络文件系统的存储结构 和快速搜索算法．但是，在网络化的云计算操作系统方 面，则还未见有相关研究成果报道．尽管谷歌公司于 ２００９年推出了面向终端机的操作系统Ｃｈｒｏｍｅ 网络软硬件资源． 本文从用户服务和以网络为基础管理系统软硬件 资源的角度出发，提出一种把传统操作系统、应用程序 与文件／数据也看做资源，通过网络对这些资源进行调 度、分配、回收和控制，把资源的存储和运算分开管理 的云计算操作系统（ＴｒａｎｓＯＳ）．由于ＴｒａｎｓＯＳ是在各种传 统操作系统的底层分布式运行，因此，它使得用户可以 自主选择自己需要的操作系统（例如Ｗｉｎｄｏｗｓ或Ｌｉｎ． 慨），以及其上的各种应用服务，使不同厂家和不同标准 的操作系统可在同一用户终端上兼容运行；同时，这种 模式减少用户终端的存储负载、管理难度以及增加用 户使用的方便性和安全性．
原来在单台计算机中软件的运算和存储分开到用户终 端机和网络服务器上完成．即，这种模式把主要软件（含 系统程序、应用程序和数据）存储在网络上，而用户的终 端机只负责和用户的交互以及获取服务，为用户提供服 务的运算既可在网络上的某台计算服务器上完成，也可
收稿１３期：２０１０－１２－２０；修回日期：２０１１－０３，１８
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透明计算系统端计算机间的数据传送方法
的示 意 图 。
计算设备从普适计算基础设施 中获取包括操作系统在 内的各 种个性化、主动化 的计算服务 。作为普适计算 的一种实现模
式 ，透 明计算 使得 用户可 以通过使用 的端计算机（ ｃ 按需 Ｔ ） 地远程加载操作系统等软件资源 ，使得在 同一终端上可获得 来 自于不 同平 台的各种服务 。
在基于透明计算的系统中 ， Ｃ上不带二级存储设备 ， Ｔ 其
操作系统等使用的软 件资源都在服 务器 上存储和管理 。 Ｃ在 Ｔ 加 电启动后通过主板上附加的启动芯片进行多操作系统的远
中 分 号 Ｔ３ 图 类 ：Ｐ１ １
透 明计 算 系统 端计 算机 间的数据 传 送 方 法
徐广斌 ，匡文渊 ，周悦芝
（ 清华大学计算机科学与技术系普适计算教育部重点实验室 ，北京 １０ ８） ００４
摘
要 ： 出一种透 明计 算系统 中端计 算机 间的数据 传送方法，该万法通过将数据传送 的控制信 息和传送 的数据分 离，省去数据在 网络上 提
ｏ ｒｎ ｐ ｒ ｎ ｙ ｔｍ ． ｆａｔａ ｓ ａ ｅ ｔｓ ｓｅ ＣＳＤＴ ｉ ｅ ａａｔ ｓｅ ｒ ｕ ｈ ｔｅｎ ｔ ｒ － ｌ ｎ ｍｕ ｃ ｎｒ ｌｎｆｒ ｔ ｎｉ ｅ ｔ ｒ ｕ ｈｔｅｎ ｔ ｒ ｕ ｎ ｅ ｗａｖ ｓｄ ｔ ｒ ｆｒｔ ｏ ｇ ｅｗｏｋ－ ｏｎｙｍｉｉ ｍ ｏ ｔｏ ｏ ｍａ ｏ ｓｓ ｎ ｏ ｇ ｅｗｏｋｄ ｒ ｇ ｔ ｎ ａ ｈ ｈ ｉ ｉ ｈ ｔ ｈ ｉ ｈ
当文件系统请 求磁盘块 的时候 ，它向 Ｖ ｉ Ｄｓ ｋ驱动发起请 求。 后Ｖ ｓ 之 Ｄｉ ｋ驱动开始 ＶＤ Ｐ的协议 过程 ： Ａ 形成操作码（ ， 读 写或确认） Ｄｉ ，Ｖ ｓ ｋ类型，块号和数量 ，用户磁 盘号 ， 验码 校 等必要的参数 ，并将其 封装 到 ＶＤ ＡＰ分组中发送给服务器 。 服务器上的 Ｖ ｓ Ｄｉ ｋ服务接收 Ｔ Ｃ的 Ｖ ｓ Ｄｉ ｋ请求 ，将 根据请求 访问相应的 Ｖ ｓ 镜像 ，并将 “ Ｄｉ ｋ 确认”类型 的 ＶＤ Ｐ分组发 Ａ
透明计算
什么是“透明计算”“透明计算”是由中国工程院院士张尧学首次提出进而进入公众视野的，不少人赞誉他的透明计算”突破了冯·诺依曼结构束缚“、”开启了计算机新时代“。
一直以来，学界赋予国家自然科学奖的期望值都很高，从1999年到2013年的15年间连续10年空缺中可见一斑。
而就是这么一项期望值很高的奖项的得主，受到业界的广泛关注，有人认为这是学术”忽悠”、并无实创性，但业界中力挺其发展的也大有人在。
接下来，我们可以讨论下透明计算究竟是什么样的研究成果：这要从计算机的发展开始，1945年，美国数学家冯·诺依曼和他的同事联名发表史上著名的”101页报告”。
报告中，他们指出计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成；指令和数据以二进制的形式(这与计算机的物理特性有关)不加区别混合存储在计算机内存中；计算机顺序执行程序(自动地并按顺序从主存储器中取出指令一条一条地执行)。
因此说冯·诺依曼奠定了现代计算机体系结构的根基，人们称他为“计算机之父”。
这份报告即被认为是计算机发展史上里程碑式的文献掌控着现在整个计算机世界。
当然，随着经济的发展与科学技术不断创新，这个体系结构不免暴露了自身的一些缺陷。
比如随着单机上的发展越多，操作系统也会越来越复杂，用户需要频繁更新换代，同时很难在统一终端实现跨平台操作，随之而来的还有许多漏洞：速度变慢、病毒入侵、网络安全性不确定等。
如今，台式电脑、笔记本、PAD、智能手机等设备成为生活的常用装备，当随之而来的问题也令人头疼：智能手机的各种软件程序要定期更新和维护，而且占用着大量内存，直接导致手机又卡又慢；时常想不起某一份资料存在了哪个设备里，只能在本就杂乱的存储库里疯狂翻找；比如伴随苹果公司承认iPhone 可窃取用户信息、12306网站用户信息大规模泄露这样的新闻不断曝光，你开始时时担心自己的隐私数据有一天会不会也被人窃取；再比如一个信息技术发展滞后的国家该如何维护自身的信息安全。
透明计算技术分析及试探子华
前言“透明计算”事件的荒唐和对国内科技界造成的庞大阻碍虽已经被普遍认知，但是，至今缺乏最直接的论断，使得“透明计算”继续侥幸前行，有“绑架/混淆”决策层视听之意, 最终结果必然是“黄钟毁弃，瓦釜雷鸣”，以至于断送当前以创新尤其是科技创新为主导的产业升级, 并对国家平安造成重大隐患。
尽管已经有人试图对“透明计算”进行技术上的剖析，但目前来看，更多的是针对“透明计算”外围进行的，即针对的是“透明计算”的技术描述，而非“透明计算”技术本身，而这，又恰正是“透明计算”事件荒唐的缘故所在：依托技术的“文学描述”而取得国家自然科学一等奖。
正是这种技术描述与技术本身的误差大到超过能够容忍的底限，才致使了本次普遍的质疑，进而进展到对当事人“学术欺骗”、“权利运作”、“学术腐败”的指责，并进一步指向对整个科研体制和评判体系的否定，这种因情绪致使的极端化偏向淹没了独立的试探及对事实真相的探求。
基于此，本文试图从技术上(尤其是技术与技术描述的对照上)对“透明计算”事件作一基础“诊断”，算是“抛砖引玉”，以扒开迷雾，尽可能的还原事实真相，以便在正确的方向上(技术上)进行“讨论”，进而发觉问题，解决问题。
也希望“透明计算”团队和各界人士针对本文予以指正。
本文作者经历了专业的运算机专业教育及具有超过25年的运算机专业实践，专业知识及实践体会能够覆盖所述技术领域, 愿公布同意各方在技术上的批评和质证。
2021国家自然科学奖一等奖“透明计算”技术分析与试探2021国家自然科学奖一等奖“网络计算的模式及基础理论研究”（又称透明计算，下称该技术）出台后，受到科技界尤其是运算机业界人士的强烈质疑，这些质疑要紧在以下几个方面：1. 该技术是不是够获奖，尤其是国家自然科学奖一等奖的水平;2. 指责该技术的负责人是“学术骗子”；3. 以为该奖项是学术腐败，权利运作的结果；通过对该技术的了解，尤其是查阅了相关的论文及技术文档后，笔者以为质疑合理，但上述认定缺乏依据, 对该事件，本人通过技术分析的结论为：1. 所谓“透明计算”技术属于运算机领域内的“民科”功效。
透明计算是一种什么理论
透明计算是一种什么理论？事实上，“透明计算”这个概念在国际上早已声名赫赫：英特尔公司现任总裁詹瑞妮就曾在2012年的英特尔全球信息技术峰会上评价它“代表了下一个计算时代”。
提到云计算，大多数人并不陌生。
但相较于这个“舶来品”，地地道道的“中国货”——透明计算却鲜为人知。
事实上，“透明计算”这个概念在国际上早已声名赫赫：英特尔公司现任总裁詹瑞妮就曾在2012年的英特尔全球信息技术峰会(IDF)上评价它“代表了下一个计算时代”。
要知道，此前10年的IDF历史上，英特尔从未如此高调地评价过一项“非英特尔”原创的技术。
此外，200多家国际技术媒体进行报道、40多家国内外大学和研究机构进行跟踪研究，就连国际上第一本云计算杂志《云计算国际杂志》也首次为“透明计算”出版专辑。
今天，这个“中国货”再次引起关注——我国自然科学领域的最高奖颁给了清华大学张尧学院士率领的研究团队，他们凭借“网络计算的模式及基础理论研究”获得2014年度国家自然科学奖一等奖。
在如今IT界无“云”不欢的影响下，很多人会以为“透明计算”是类似于“云计算”的一种计算方式。
其实不然，被称为“先于云计算、包含云计算”的“透明计算”概念提出比“云计算”早得多。
从1998年率领研究团队开始从事透明计算系统和理论的研究，直到2004年，张尧学才正式提出了这一概念。
在他的描述中，“透明计算”的核心是将存储与运算分离、将软件与终端分离，通过有缓存的“流”式运算，将计算还原为“不知不觉、用户可控”的个性化服务。
简单来说，在这种计算模式下，用户在使用计算机系统时，不必考虑操作系统、中间件和应用程序，而是可以根据自己的需求，随时随地通过网络在自己的终端设备上选择和使用相关服务。
张尧学认为，“透明计算”之所以吸引人就在于跨操作系统和硬件设备，不受到地理位置限制的同时，其数据将更加安全。
他用了一个形象的比喻来解释。
如果把计算机当作一位旅客，“运算”当作衣服，外出旅行时，旅客就要将所有需要的衣服装进相当于计算机存储器的“旅行箱”里。
一种基于透明计算的动态负载平衡算法
（ ｅ ａ ｏａｏｙｏ ｅｖ ｓ ｅ ｍｐ ｔ ｇ Ｄ ｐ ｒ ｎ ｆ ｏ ｕｅ ｃｅ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙＴ ｉｇ ｕ ｉｅｓｙ Ｂ ｉｎ ０ ０ ４ Ｋ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆ ｒａｉ Ｐ ｖ Ｃｏ ｕｉ ， ｅ ａｔ ｔ ｍｐ ｔ Ｓ ｉｎｅａｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ， ｓ ｈ ａＵｎｖｒｉ ， ｅ ｉｇ１０ ８ ） ｎ ｍｅ ｏ Ｃ ｒ ｎ ｔ ｊ ［ ｓｒ ｃ｜Ｆ ｒｔ ｎｐ ｒｎ ｅｃ ｍｐ ｔ ｇ ｉｉ ｉ ｄｍａ ｄｔ ｓａｅｍｕｔｒｓｕｃｓｉ ｔｅｓｒｅ ｌｓｅｓ ｓｃ ｓＣ Ｕ， ｍｏ ，／ ｅ ． ｏｔｅ Ａｂｔａｔ ｏ ａｓａｅ ｃ ｏ ｕｉ ，ｔ ｓ ｎ ｅ ｎ Ｏ ｈ ｌ— ｏ ｒｅ ｈ ｅｖ ｒｃｕｔ ， ｕ ｈａ Ｐ ｍｅ ｒ Ｉ ｒ ｎ ｒ ｉｅ ｎ ｒ ｙ Ｏ， ｔ Ｔ ｃ ｈ
透明计算：对当前主流计算模式的革命
透 明 计 算 模 式
透 明计 算 是 指用 户在 使 用计 算 机 系统 时 ，无 需感 知操 作
以及管理和维护成 本的上升 ，这严 重加 大了用户使用计算机 的难度 统 、中间件、应用程序 的具 体所在 ，只需根 据 自己的服务需求 ，
求。
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一 …口 。
图 １透 明 计算 中服 务器与客 户机连 接 示意 图
５ 所有的客户机应 用计算都 在客户机上 完成 ，资源和 数据 的 ． 存 储在服 务器上 ，这使得资源共享更加 容易。 ４ 使 用和 维护 分 离。 由于所 有的 资 源都 放在 服 务 器上 ，因 ．
作系统一起 才能构成一台可使用 和操作的系统 。这种 方式造成 了目 前计算机发展 中存在 的如 下几个 主要问题 。
不断升级问题
相 关病 毒 ，这 给用 户带 来 了无 穷 的负担 和烦 恼 。如何 解 决上述
不断升级 问题 尤 以Ｐ 机最 为显著 。随着 各种应用需 求的不断 题 ？ Ｃ 特别是 在普适计 算时代 ，针对那 些 内存 、外设都较 小的各种
２６ ６ ＭＨｚ ０ ＭＨｚ ０ ＭＨｚ ＧＨｚ 等 不同Ｘ８ 结构 的Ｃ Ｕ， 、４ ０ 、８ 成功 了多种透 明计算 客户机 。由于国外芯片的不断升 级 ，我们 每次只能选择市贩２ 最低端Ｘ８ Ｐ 进 行客户机 的主板开发 。 ６Ｃ Ｕ
目前 ，这 些系统 已成 功地用于全 国军事 、教育 、企业 、金 融
服务器端
客户机 端 图 ２透 明 计算体 系结 构示 意 图
３ 中 传 科 ２０７ ８ 固 媒 技／１０ ０／
转变 。 目 ，计算机技术正在 向无处不在的计算 ，即普适计算 阶段 片、操作系统和数据 库等 。这使得 不同的操作系统平 台和应 用很 前 转变 。在计 算机 技术 的发展过 程 中，Ｃ Ｕ、内存 、外存储 器和 输 在一个硬件平 台上 同时存在 。这种 垄断既损害 了用户利 益，又阻 Ｐ 入输 出设备一 直是计算机硬件 的几大主要部分 ，而操作系统和支持 了产业发展 。例 如 ，当用户 安装了一 台Ｗｉ ｄ ｗｓ 的计算机 之后 ｎｏ 工具（ 中间件 ） 以及相关 应用软件则 构成 了计算 机软件系统 。迄今为 就 不能在该计算机上使用Ｌｎ ｘ 的应用软件 ，除非在 这台计算机 ｉｕ
“透明计算”是什么 业内有不同看法
长的诉求和法规的刚性要求之间，教育部门也很为难。
直接强行取缔，置群众诉求于不顾，无异于“扬汤止沸”，吃力不讨好。
给孩子找到正规的上学点才是釜底抽薪之策。
采访中，长安区教育局提出的“不雪中送炭，要锦上添花”的做法，初听有些不可思议，实地调研后终于明白其中深意。
多从问题产生的源头进行思考，对于问题的解决才可能有效。
长安区通过政策引导，一方面鼓励民办园加大自身投资，通过奖励使其越办越好；另一方面取缔无发展潜力的幼儿园，加快普惠性公办园的建设，解决周围孩子的后顾之忧。
这种做法值得推荐。
（来源：人民网）奖、国家科学技术进步奖、中华人民共和国国际科学技术合作奖）。
中国科学院的官方网站写着“国家自然科学奖授予在数学、物理学、化学、天文学、地球科学、生命科学等基础研究和信息、材料、工程技术等领域的应用基础研究中，阐明自然现象、特征和规律、做出重大科学发现的中国公民”。
授奖条件有三：前人尚未发现或者尚未阐明、具有重大科学价值及得到国内外自然科学界公认。
若是一等奖，则必须“在科学上取得突破性进展，学术上为国际领先，并为学术界所公认和广泛引用，推动了本学科或者相关学科的发展，或者对经济建设、社会发展有重大影响”。
据悉，国家自然科学奖一等奖一直以宁缺毋滥著称，1999年到2013年的15年间有10年空缺。
而2014年度一等奖项目——“透明计算”由张尧学首次提出。
它被科学网等媒体形容为“中国的超级操作系统”“别了，冯诺依曼”。
据科学网1月12日报道，2004年张尧学正式提出“透明计算”的思想。
其核心是将数据存储、计算与管理相分离，并确立了跨终端、跨平台的“双跨”原则和“按需服务”的理念。
还说这一体系的确立比国外“云计算”概念的提出早了整整3年。
然而，就是这么一项“国际率先提出”“学术、产业前景广阔”的“透明计算”，却在微博、论坛上引发“轩然大波”。
有网友直言“忽悠”，亦有人力挺其发展。
上海寒风中，骑着电动车的李玉荣从阳光幼儿园出发十多分钟就到了工地。
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透明计算概念编辑本段
透明计算系统由终端设备、服务器和连接终端设备与服务器的网络组成。
理想的透明计算包括三个部分，一个是整合了当前PC、PDA、智能手机、数字家电等轻权设备的透明客户端；一个是整合当前各种网络设备与互联设备的透明网络；最后一个是整合了大量计算能力较强或者很强的普通个人微机、服务器、大型机等的透明服务器。
从总体上看，透明计算构建在一个更加广泛的物理设备之上，运行环境更加灵活。
在透明计算平台下，我们把透明计算系统中所使用的终端设备称为透明客户机或透明客户端，把其中的服务器称为透明服务器，并把连接终端设备和服务器的网络系统称为透明网络。
透明客户机可以是没有安装任何软件的裸机，也可以是装有部分核心软件平台的轻巧性终端。
透明服务器是带有外部存储器的计算装置，例如PC机、PC级服务器、高档服务器、小型机等。
透明服务器存储用户需要的各种软件和信息资源，同时还要完成透明计算系统的管理与协调，例如各种不同操作系统核心代码的调度、分配与传输，各种不同软件服务往透明客户机上的调度、分配与传输等过程的管理。
透明客户端与服务器之间的连接由透明网络完成。
透明网络是指一种在目前常用的局域网或广域网基础上增加了特定通信协议的网络系统。
这种网络系统可以基于以太网、CATV、802.11、IEEE 1394等传输系统，甚至是基于3G、4G的通信网络。
透明计算要解决的问题编辑本段
透明计算要解决的问题也是普适计算要解决的一些问题，同时，也是当前云计算平台构建的应用服务对象。
具体说来这些问题如下：
1. 服务模式的转变。
目前的计算机服务模式是由软硬件厂商设计好后统一提供给用户进行使用，用户能够在有限的范围内进行一些定制工作。
这是一种以厂商为中心的服务模式。
用户不能自由跨平台选择各种应用，更不能完全实现个性化的使用模式。
透明计算，要实现以用户为中心的服务模式，恢复用户的主导地位。
用户可以通过各种平台自由选择和使用各种软件服务，实现软件即服务(SaaS，Software as a Service)。
2. 各种操作系统的和谐共处和普遍访问。
在透明计算系统中，要支持各种操作系统和应用能够在同一硬件平台上和谐共处(运行)。
这也是虚拟机(Virtual Machine)技术试图要解决的问题。
其次，在透明计算系统中，还要能够实现各种操作系统和应用的跨平台普遍访问，即支持在不同的硬件平台上能够访问到用户定制的同一操作系统和应用环境。
3. 技术的开放性。
技术开放也是为了解决各种操作系统的和谐共处问题。
要解决这个问题，就需要发展和制定一种硬件和软件之间的标准接口与交互协议，屏蔽底层硬件和上层软件的异构性和差异性，从而使得不同厂商的操作系统和应用软件都能集成并运行在一个统一的标准平台之上。
SOA (Service-Oriented Architecture)架构就是实现技术开放性，从而使得不同厂商开发的软件服务能够进行跨平台集成的一种有效方式。
4. 技术的透明性。
技术透明则着眼于使用的方便性。
主要有两个方面的含义：一个是指对用户透明，即用户不用关心和了解技术的各种细节，只需关心其使用，并保持过去的使用体验；二是对运行在透明计算平台上的各种操作系统和应用透明，即各种操作系统和应用软件不用关心和考虑透明计算平台的各种技术。
各种操作系统和应用软件不需进行任何修改或者很少修改就可以直接运行在该平台上。
对操作系统和应用而言，运行在透明计算平台上，与运行在通常的计算机平台上一样，没有任何区别，完全不用考虑服务器的位置、指令和数据的存储与传输方式等。
5. 安全性。
安全性是系统使用时必须要考虑的一个问题。
为了在目前的软硬件平台上实现真正的从底层到上层的安全性，人们提出了可信计算(Trusted Computing)的模型和技术。
在透明计算中，也需要解决计算和数据的安全性，实现可信的计算和数据服务。
清华大学计算机系的透明计算平台采用Intel EFI技术来研究开发能够实现透明计算模式的下一代产品。
目前已经完成原型系统的开发，该原型产品在今年4月份的Intel IDF上进行了展示。
该款产品如果产业化成功，将大大扩展机器的性能和产品的适用范围，构建一种应用广泛的新型云计算平台。