在近日于韩国首尔召开的第31届ACM操作系统原理大会（SOSP '25）上，上海交通大学计算机学院并行与分布式系统研究所（IPADS研究所）一项关于操作系统核心服务——内存拷贝的研究，从全球众多顶尖成果中脱颖而出，荣获“最佳论文奖”（Best Paper Award）。

 图：颁奖典礼现场

SOSP介绍

SOSP（ACM Symposium on Operating Systems Principles，ACM操作系统原理大会）是国际操作系统领域的顶级会议，从第一届举办至今已经近60年。本篇论文是SOSP自1967年创办以来，第二篇由全亚洲学者团队独立完成并获此殊荣的研究论文（第三篇亚洲团队为第一单位的最佳论文），第一篇由全亚洲学者团队独立完成的最佳论文同样由IPADS研究所于2023年获得。

成果介绍

论文信息：Jingkai He, Yunpeng Dong, Dong Du, Mo Zou, Zhitai Yu, Yuxin Ren, Ning Jia, Yubin Xia, and Haibo Chen. 2025. How to Copy Memory? Coordinated Asynchronous Copy as a First-Class OS Service. In ACM SIGOPS 31st Symposium on Operating Systems Principles (SOSP’25), October 13–16, 2025, Seoul, Republic of Korea. ACM, New York, NY, USA, 20 pages.

https://doi.org/10.1145/3731569.3764800.

直面“数据搬运”基础难题

长期以来，内存拷贝带来的开销一直是一个重要但棘手的基础问题。无论是读取文件、收发网络包，还是手机App间的数据交换（进程间通信，IPC），都离不开大量的数据“搬运”工作。这个过程看似简单，却一直是限制从数据中心到智能手机等多种应用性能的核心瓶颈。传统的“零拷贝”等优化方案，仅在特定场景下有效，而且无法充分利用现代硬件为数据移动设计的加速能力。比如，操作系统内核为减少上下文切换开销，通常无法利用SIMD这类高效指令来加速数据拷贝，导致硬件资源闲置。

提出“Copier”：让数据拷贝成为操作系统的一项核心服务

为了解决这个问题，IPADS研究所提出了一个全新的操作系统原生服务：Copier。它的核心想法，是把数据拷贝转变为一项独立的、可以被全局优化的核心服务。Copier的主要创新点在于：

1. 用异步化来隐藏延迟：团队观察到，数据的拷贝和它的后续使用之间，普遍存在一个时间窗口。Copier就巧妙地利用这个窗口，把拷贝任务异步化，从而将拷贝的巨大开销“隐藏”在应用的正常执行流程里。

2. 释放硬件潜能：通过将拷贝统一为系统服务，Copier能够打破应用与内核间的壁垒，最大化发挥SIMD、DMA等多种专用硬件的加速潜力。

3. 消除冗余：基于对系统全局拷贝任务的观察，Copier还设计了“拷贝吸收”（Copy Absorption）等优化机制，能够消除不必要的中间数据拷贝，进一步提升效率。

实测性能优异，获产业界验证

实际测试结果展示了Copier的强大能力。在Redis（内存数据库）和Proxy（网络代理）等真实应用中，Copier带来了高达1.8倍的执行效率提升，其性能表现也超越同领域最新的研究成果达1.6倍。这项技术也与华为团队合作，在鸿蒙内核的真实场景中成功验证并取得了显著效果，展示了它从学术研究走向产业应用的巨大潜力。这项工作延续了IPADS研究所在操作系统架构与智能终端操作系统领域的深入探索，是继Spars[OSDI’25], D-VSync[ASPLOS’25], TreeSLS [SOSP’23]等一系列工作后的又一重要进展。