两三年前，我说计算机可以不用操作系统管理程序执行，几乎所有的听众都摇头。没有操作系统的计算机当时是不可想象的。2009年全国计算机大会，能够听到一些人对操作系统提出了质疑，这究竟是进步还是退步，将来自有评说。

 

计算机不用操作系统就不能正常地工作吗？我的结论是未必。特别是“现代操作系统”的处理机管理，进程、线程管理，内存管理等，都可以交给硬件处理，而无需再劳操作系统软件的大驾。

 

在单处理器情况下，现代操作系统曾经为解决多任务的同时完成， 立下了汗马功劳。它的产生，基于当时的两个原因：一是硬件昂贵，计算机稀少，许多任务都必须在同一台计算机上完成；二是计算机基本是单处理器结构的，所有进入内存的程序，都必须在同一个处理器上运行。当时，软件开发相对投入较少，因而计算机科学家想出了使用“进程”的方法，解决了程序并发执行的问题。

 

如今，超大规模集成电路技术使硬件便宜了，使用硬件解决问题的成本低于了软件成本，这促使人们展开用硬件解决软件的问题，并且由于硬件加速的作用和安全性，使 硬件的设计更为人们津津乐道了。但，这与我所说的不用操作系统的原因，还相差甚远。

 

使用操作系统管理计算机是一种软件管理方法。本质上是通过特定程序的执行，来控制和调度其他程序的运行。在单处理器计算机中，只要操作系统程序执行，那么其他的程序都一定停止，因而操作系统能够管理所有的程序运行。有了多个自由运行的处理器，情况就截然不同了。当操作系统程序在某个处理器上执行时，其他程序有极大的可能，在不受其约束的状态下，在其他的处理器上运行着。如果像SMP计算机那样，所有程序的执行将都受操作系统执行瓶颈的制约，就不可能充分发挥多处理器的工作效率。要想解决操作系统瓶颈，多处理器计算机系统必须抛开软件管理资源和调度程序执行的方法。

 

不用操作系统能行吗？回答是肯定的。解决的办法是让进入内存的程序，都能够具有自我调度执行的功能。这如同我们租船玩耍，只要我们告诉船家何往，那么到达目的地的问题，就由船家和水域的环境来决定如何完成了。如果有人要去不同的目的地，又不想分先后到达，那么最好的办法是分船而坐。这种现象启发我们，只要将同在一个大存储器的程序，分散到每个独立的小存储器上，让小存储器按着程序的要求，寻找处理器来执行，不就可以让程序自己具有调度执行的功能了吗？

 

为了能让每个存储器上的程序能够自己调度执行，必须对功能单一的存储器进行改造，附加上程序执行的环境，其中包括数据寄存器、程序计数器、标志寄存器等。总之，只要将程序执行的条件都让程序自己携带，那么无论程序到什么样的处理器上，都能够立即执行。

 

为了不让程序执行发生冲突，资源的使用要有序，优先级低的程序要礼让优先级高的程序，共享资源要加锁使用。这一切功能，都可以通过高层的全局性的逻辑电路实现，参加动态工作的设备，都以信号来表明状态，从而接受调度规则，实现自动调度。

 

这种硬件方法实现程序自动调度执行的优点与操作系统相比：第一，程序调度依据环境自由主动进行，即使在程序停止执行时，依然能够实现自我实现调度，启动执行；第二，程序始终装入同一个存储器，无需复杂的内存分配与管理；第三，存储器带宽和处理器保持一致，没有“存储墙”问题；第四，程序可以随机断开和连接处理器，来停止程序执行和自我启动执行，因而共享资源加锁使用不会影响程序执行，更不会造成“死锁”；第五，分块的存储器的数量，可以根据需要高于处理器的数量，因而可以装入足够多的程序，从而保证处理器的充分同时运行。

 

计算机界一直走在我们前面的国家，他们用操作系统的方法解决了单处理器计算机多程序执行的问题，获得了优于我们的知识产权，似乎可以永远骑在我们的头上，让我们为他们打工。多处理器时代的到来，历史性地摘掉了他们头上的光环，给我们这些暂时在计算机界落后的民族一个超越他们的机会。最终谁能在下一个计算机发展历史中，占据领导者的地位，需要看谁能够抢先进入计算机的制高点。多核时代的计算机制高点是片上多处理器CMP。

 

抢占CMP这个制高点，需要我们不信“资产阶级学术权威”的疯狂的努力。

 

2009-11-19