上海交大AI生成操作系统新突破:提出文件系统开发新范式

2025年12月22日
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(图片来自网络)

还记得《流浪地球2》里550W量子计算机吗?电影里MOSS能实时生成底层操作系统,如今现实已迈出关键一步。上海交大IPADS实验室团队,针对自动生成操作系统核心组件难题,提出全新开发范式,研究成果即将亮相文件系统与存储领域顶级学术会议USENIX FAST’26。


操作系统(OS)如同数字世界的“基石”,向下管理硬件资源(CPU、内存、硬盘等),向上为应用提供稳定可靠的运行环境。无论是手机上的应用,还是云端强大的AI模型,都构建在这块基石之上。但OS需随硬件和应用变迁而迭代:一方面,硬件发展日新月异(如存储设备从机械硬盘演进到闪存、非易失性内存),OS必须快速迭代以榨干新硬件性能;另一方面,新应用(如大数据分析、AI训练等)不断涌现,对OS功能和性能提出新要求(如优先级调度、I/O性能等)。这些需求为操作系统带来了高昂人力成本。上海交大研究团队剖析Linux核心组件Ext4文件系统20年演进历史,发现82.4%的代码提交用于Bug修复和代码维护,真正新增功能的仅5.1%左右——这体现了“开发一时爽,维护压力大的现象”,成为OS高效演进瓶颈。


既然人类维护难度大,是否让大模型接手?现实中大模型写代码能力提升,但生成复杂操作系统易出错。研究团队发现,用大模型生成OS面临三重挑战:一是自然语言描述模糊,大模型生成的代码可能漏洞百出;二是系统模块深度耦合,大模型难以全局设计;三是并发控制逻辑复杂,大模型难以处理“避免死锁”等要求。这就像“用嘴巴指挥造摩天大楼”,风险极高。


上海交大团队给出解决思路:“给大模型写详细说明书”。他们提出SysSpec(基于规约的操作系统生成方法),用形式化规约指导大模型。形式化方法常用于航空航天等高可靠性领域,通过严格数学公式定义程序行为,现在逆向用于“从规约生成实现”,让大模型按说明书做事。SysSpec分功能规约、模块化规约、并发规约,配合工具链(SpecCompiler、SpecValidator、SpecAssistant)实现从规约到代码。此外,提出DAG结构化规约补丁,让系统演进更高效。


基于此,团队构建了SpecFS(基于规约的文件系统)。开机时自动生成C语言文件系统,无需人工干预,还能自我演进。SpecFS包含约四千三百行代码,在Linux内核文件系统列表中排到第42位,正确性与人工编写系统相当。测试显示,新引入的特性(如延迟分配)能提升性能,引入后写操作减少99.9%;开发效率也提升3 - 5倍。


从Ext4文件系统20年修补到SpecFS自动生成,SysSpec展示了一种操作系统开发新范式(“Sharpen the Spec, Cut the Code”)。在生成式AI时代,程序员或许能从易错的底层代码中解放出来,更多关注系统设计,让大模型负责繁琐的代码生成工作,为软件行业带来颠覆性新范式。

(声明:该内容经AI精编) 查看原网页

精彩评论(10)

  • 网友10 2025-12-22 00
    这新闻解释得清楚,能感觉到技术突破在哪里,对操作系统未来的发展很感兴趣,希望后续有更多应用。
  • 网友9 2025-12-22 00
    之前感觉维护操作系统很麻烦,现在这方法如果实用,能节省很多时间和精力,提升开发效率,值得关注。
  • 网友8 2025-12-22 00
    这研究对孩子学习科技有帮助,以后教育要更重视编程和AI知识,让孩子把握未来方向。
  • 网友7 2025-12-22 00
    作为硬件爱好者,知道操作系统是关键,现在有新方法能自动生成,对硬件和应用结合更有信心了。
  • 网友6 2025-12-22 00
    之前没关注过这些技术细节,现在知道大模型能做系统了,觉得科技改变生活超厉害,以后也愿意了解更多。
  • 网友5 2025-12-22 00
    了解科技新闻后觉得编程更神奇了,大模型生成操作系统太厉害,以后要好好学习,说不定能参与这类研究。
  • 网友4 2025-12-22 00
    之前维护操作系统确实累,现在有新方法应该能减轻负担,从理论到实际应用值得期待。
  • 网友3 2025-12-22 00
    这研究太前沿了,懂点计算机知识都能感觉到这是行业重大突破,以后学习方向可能要调整了。
  • 网友2 2025-12-22 00
    以前想象过电脑能自己生成系统,现在真实现了,感觉未来可期,AI技术越来越厉害了。
  • 网友1 2025-12-22 00
    这太酷了!以后开发系统不用自己敲代码,靠大模型自动生成,开发效率肯定能提不少,科技发展真快!
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