在这个云计算风起云涌的时代，Linux的局限性开始变得越来越明显。就在大家对此毫无头绪时，数据库界的传奇人物迈克尔·斯通布雷克（Michael Stonebraker）带来了颠覆性的解决方案——DBOS（数据库导向的操作系统），这不仅仅是一种思维的革新，也预示着云计算技术的一大飞跃。近日，DBOS在AWS平台上宣布启动其商业服务，并同时宣布获得850万美元的启动资金。

斯通布雷克不仅因创建了众多知名数据库如Ingres、Postgres等而声名鹊起，还因其持续不断的创新而获得了图灵奖。他那些颠覆常规的思维和挑战传统的行为，早已在业界名声大噪。记得2014年，当时大众对Hadoop的盲目追捧之际，斯通布雷克就已经洞察到了它的弊端，这头大黄象最终还是没能扭转乾坤。

然而，将一个操作系统运行在数据库之内的构想真的可行吗？毕竟，操作系统一直都是和硬件贴得最近的软件层。它是计算机的大脑和心脏。斯通布雷克为何要打破常规，把数据库搞成指挥官，而让操作系统沦为数据库提供的一项服务？

经过一番深思熟虑，斯通布雷克给出了“为什么”的三个主要理由。

首当其冲的，是现今大型计算集群产生了海量的操作系统数据。随着分布式计算技术的前进，集群间的通讯量激增，斯通布雷克指出。

斯通布雷克解释道：“操作系统必须追踪的数据，基本上和你手头的资源挂钩，而这个规模在过去的40年里增长了六个数量级。”“因此，很明显，管理操作系统状态根本就是个数据库问题。这就是我们的启示之源。”

其次，OLTP数据库性能的大幅提升。过去，想要将操作系统整合进数据库似乎是遥不可及的梦，如今这已经成为可能。“过去15年里，OLTP数据库速度有了质的飞跃，我相信，在数据库之上运行操作系统是完全可行的，”斯通布雷克说。

第三个理由源自一次偶然的讲座。Apache Spark的创始人、Databricks的联合创始人及CTO Matei Zaharia讨论了在云集群中管理操作系统状态的挑战。

“他提到Databricks经常需要在庞大的云资源上协调上百万个Spark子任务，很明显，传统的操作系统技术无法胜任这样的调度工作。”斯通布雷克补充道，“他利用Postgres数据库来管理所有调度信息，但他抱怨Postgres速度太慢。”

斯通布雷克认为，对于Databricks这样规模的任何集群，使用传统操作系统维护其状态几乎是不可能的。“因此我们开始深入探讨，最终共同启动了DBOS项目。”

DBOS项目在MIT和斯坦福大学启动，其代码在GitHub上公开共享。在这两位计算领域巨头的引领下，科研团队迅速确定了项目的轮廓。它为每个操作系统所需的核心服务提供了支持，如文件系统、调度引擎和消息系统。这些都是通过SQL编程实现的。

DBOS的初版采用Java开发，并使用了斯通布雷克十多年前创建的高速关系型数据库VoltDB。但是，由于早期反馈表明，市场不接受专有系统。DBOS的每一位投资者也都一致认为，由于VoltDB并非开源，因此不适合作为DBOS的核心技术。鉴于DBOS项目的开源性质，其底层数据库同样需要开源。基于这样的共识，团队最终选择了FoundationDB作为DBOS第一版的核心调度系统。FoundationDB是由Nick Lavezzo、Dave Rosenthal和Dave Scherer联合创建的，自2012年发布以来以其惊人的NoSQL数据库速度著称，虽然它支持关系型数据库的ACID属性，但并未完全遵循SQL标准。斯通布雷克透露，DBOS未来将支持完全的SQL兼容性，这暗示了底层数据库引擎可能会发生变化。

与此同时，DBOS的编程语言也从Java转向了更现代的TypeScript。目前，DBOS已在1000个核心上运行TypeScript编写的应用程序进行了测试，而斯通布雷克表示，没有理由认为DBOS不能扩展到超过100万核心，并支持Java、Python等更多应用程序语言，以满足客户需求。

用户可以使用DBOS提供的FoundationDB数据库，或者他们可以选择在DBOS之上运行任何兼容Postgres的OLTP数据库，如CockroachDB、YugabyteDB、Citus等。DBOS本身在AWS上运行，并使用Firecracker，这是其为无服务器计算提供的轻量级虚拟化软件。用户获得了一个SDK，可以用TypeScript开发应用程序。这就是DBOS公司目前在AWS上销售的商业产品。同时，也提供了开源版本。

但更引人注目的是DBOS所不包含的内容。“Linux和Kubernetes都看不见了，”斯通布雷克说。“如果你现在的堆栈中有事务性文件系统，那么你就不需要它了，因为我们已经自动提供了一个。因此，很多东西都不需要了。生活变得简单多了。”

这种简化带来了几个主要优势，其中最大的一个是安全性的提升。没有了Linux、Kubernetes以及旨在解决架构安全弱点的一系列安全包，DBOS提供了比传统堆栈更小的攻击面。

“大多数工作环境都一团糟，因为他们到处都在运行Linux，到处都在运行Kubernetes。他们还在这些之上运行了一堆安全包，”斯通布雷克说。“你有一个巨大的攻击面，因此很容易被入侵。由于需求极其复杂，很难确保所有入口都已关闭。我们就是去除了所有这些。因此，系统管理变得简单多了。你得到的是一个更安全的环境。你也得到了一个更好的调试环境。”

将操作系统状态保持在数据库中，还使得使用TypeScript SDK开发的DBOS应用能够进行时间旅行。斯通布雷克解释说：

“如果这对操作系统来说已经足够快，那么对你的应用程序肯定也足够快，”他说。“所以如果你把所有的应用程序状态都放在数据库里，那么你就可以对一切进行时间旅行。如果15分钟前发生了勒索软件攻击，你只需要把一切都回滚到16分钟前，绕过问题单步前进，你就能立即恢复运行。”

时间旅行功能还有助于调试。用户可以备份他们的应用，然后单步向前执行，同时更改变量以查看哪里出了问题，斯通布雷克说。这在尝试追踪大量并行微操作中发生的问题时特别有帮助。

时间旅行功能界面

此外，时间旅行功能还能让你在历史的系统状态上运行新代码，探索软件开发的新维度。

“我们为你提供了一个避免了许多并行问题的更好的调试体验，”他说。“因此，你得到了一个高级的调试器。系统管理简化了。安全也更好。这就是我们所提供的。”

DBOS目前仅在云端可用，这是用户可能遇到大规模问题的地方。初期用户可能是那些需要最高安全级别的政府机构；能从DBOS对“一次且仅一次”分布式事务语义的支持中受益的金融服务领域的“冒险者”；以及那些想要比昨天的新玩意更亮眼的“西海岸初创公司”，斯通布雷克说。

斯通布雷克表示，公司正在拖着50年的遗留代码艰难前行，并对此感到厌烦。随着云的召唤，他们面临两个选择：将这些遗留系统迁移到云环境中，这样做将保持原有的复杂性、成本和安全挑战；或者花时间为云重写应用程序。他说，DBOS代表了一次千载难逢的机会，可以为云重构那些应用程序，并提供一个远远优越的产品。

斯通布雷克说，DBOS将抵制在本地部署，也将抵制成为POSIX兼容的系统。但公司对早期采用者想要的东西持开放态度，如果他们需要本地部署和POSIX兼容性，公司将满足这些需求。他们可能还需要像Python和Java这样的编程环境支持，以及在Azure和GCP上运行的支持，这些将在未来确定。“如果有足够多的人需要我们目前不提供的服务，我们当然会用SQL来支持它们。”斯通布雷克说：“我们的想法是尽快推出一个产品。”

从某个角度来看，完全可以把DBOS看作是Linux、Windows Server或Unix等传统操作系统的竞争对手。但实际上，它更像是AWS Lambda这类无服务器计算服务。斯通布雷克和Matei Zaharia的确将DBOS打造成了这样一种服务。

让我们来聊聊最后一个重要的转变。在计算世界里，有些操作系统与数据库的关系密不可分，然而DBOS的创新在于它将操作系统的核心——内核/调度器，基本构建在数据库之上，而系统服务则是通过数据库语言创造。

以往如IBM的System/38和AS/400，就曾将关系数据库融入操作系统的心脏，直到1996年，这些计算机的文件系统完全由数据库构成。IBM后来改变策略，为AS/400引入了OS/2并行文件系统，开辟了符合POSIX标准、支持ASCII格式的新路径，即今天的IBM i专有操作系统。与此类似，Pick操作系统也将数据库作为其不可或缺的一部分。当年Windows Server 2008计划中的“Longhorn”版本本应嵌入基于关系数据库的WinFS文件系统，但这一宏图最终在十五年前不了了之。

而今，DBOS站在了技术变革的巅峰，展现了将数据库不仅仅作为操作系统的核心，更进一步，让关系数据库潜力无限地服务于应用程序文件系统的可能。这不仅是技术的创新，更是云计算时代跃进的见证。

参考资料：

https://www.datanami.com/2024/03/12/stonebraker-seeks-to-invert-the-computing-paradigm-with-dbos/https://www.nextplatform.com/2024/03/12/the-cloud-outgrows-linux-and-sparks-a-new-operating-system/

作者：Alex Woodie、Timothy Prickett Morgan

编译：老鱼