10月24日，第29届ACM操作系统原理大会（SOSP，ACM Symposium on Operating Systems Principles）在德国科布伦茨召开。上海交通大学电子信息与电气工程学院并行与分布式系统研究所（IPADS）实验室关于可持久化微内核操作系统的研究论文获评SOSP 2023会议最佳论文奖（Best Paper Award）。这是自1967年首届SOSP召开以来首篇由亚洲研究人员独立完成并获得SOSP/OSDI最佳论文奖的研究论文。

论文介绍

全系统持久化可以简化应用开发，并具备接近即时恢复的能力。全系统持久化通常可以通过使用单层存储（single-level store, SLS）实现周期性地为系统状态创建检查点，并保存到持久设备中。然而，现有的SLS存在两个主要的问题：持久化开销大和不能保证外部同步性，而这两点对于需要持久化保证的低延迟服务至关重要。

本文指出微内核操作系统中状态对象的树状结构可以被用来简化和优化检查点的创建。为此，本文提出了一种树状结构的微内核——TreeSLS，将整个系统的状态维护简化为一个capability tree和一个可以容忍故障的内存管理模块。TreeSLS进一步利用新兴非易失性内存来维护系统状态，减少了创建检查点以及运行时的开销。通过高效的状态维护，TreeSLS还支持了延迟外部可见性，以提供低开销且透明的外部同步性。

在微基准测试和真实应用程序（如Memcached，Redis和LevelDB）中，TreeSLS可以在200微秒内完成整个系统的持久化，并且在每毫秒进行一次的高频检查点创建下，TreeSLS可以达到与真实应用程序的原生持久化支持相当或更好的性能。

本文是IPADS实验室围绕自研微内核操作系统实现全系统透明持久化的尝试。此外，这项工作也是继ZoFS [SOSP'19]（高性能用户态NVM文件系统）、MT^2[FAST'22]（NVM/DRAM混合平台带宽监控）, HTMFS [FAST'22]（eADR 平台上的强一致性用户态 NVM文件系统）之后，在如何高效利用新型存储设备上的进一步探索。

关于SOSP

ACM操作系统原理大会（SOSP）与USENIX操作系统设计与实现研讨会（OSDI）是操作系统领域两个最高水平的学术会议。本次SOSP大会共有229篇论文投稿，43篇被接收，其中3篇论文获得最佳论文奖。

论文信息

Fangnuo Wu, Mingkai Dong, Gequan Mo, Haibo Chen. TreeSLS: A Tree-structured Microkernel with Efficient Whole-system Persistence on NVM. Proceedings of the 29th ACM Symposium on Operating Systems Principles (SOSP'23). October 2023.

作者介绍

论文的第一作者吴方诺为上海交通大学电子信息与电气工程学院软件学院直博二年级学生。主要研究方向包括操作系统设计、存储系统等。曾获上海交通大学优秀毕业生、研究生国家奖学金等荣誉。

论文的通讯作者董明凯为IPADS助理研究员，主要研究领域为操作系统、文件与存储系统、新型存储和DNA存储，相关工作发表在 FAST、USENIX ATC、SOSP等操作系统顶级国际会议。其研制的高性能持久内存文件系统SoupFS进入OpenEuler创新版，与华为合作研制的EROFS被合入Linux主线，并已经成为 Android 系统分区的官方文件系统。

论文的另外一位通讯作者陈海波为上海交通大学特聘教授，IPADS所长，领域操作系统教育部工程研究中心主任，IEEE Fellow、ACM杰出科学家。主要研究领域为操作系统、分布式系统与系统安全，研究成果通过产学研深度结合被应用到数十亿设备，产生了广泛的学术与产业影响。曾获陈嘉庚青年科学奖（信息技术科学奖）、中国青年科技奖、教育部技术发明一等奖、全国优秀博士学位论文奖、CCF青年科学家奖等。目前担任OpenHarmony技术指导委员会创始主席、ACM旗舰杂志Communications of the ACM首位中国学者编委与领域共同主席、ACM EuroSys 2025程序委员会共同主席、ACM SIGOPS首位非北美学者主席。研究工作还获得了华为卓越贡献个人奖，ASPLOS、EuroSys、VEE等最佳论文奖以及DSN“时间检验奖”、SIGMOD研究亮点奖等。按照csrankings.org的统计，其近5年（2019-2023）在操作系统领域顶会SOSP/OSDI上发表的论文数居世界第一。主持撰写的《现代操作系统：原理与实现》获得了2020年度“最受读者喜爱的IT图书奖”与2022年上海交通大学最佳本科生教材奖（新版更名为《操作系统：原理与实现》），被高校、科研机构与企业广泛采用。