操作系统行业研究：国产替代空间广阔龙头厂商成长可期

操作系统行业研究：国产替代空间广阔龙头厂商成长可期

　　炒股软件会员,刷会员软件真实,会员软件电影操作系统是计算机最重要、最核心的基础软件。操作系统是一组主管并控制计算机硬件与软件资源，并提供必需的人机交互机制的系 统软件程序。操作系统位于CPU、内存等硬件之上，各类应用软件之下，是最接近硬件层的基础软件，起到承上启下的作用，确保可 以对计算机各项资源进行合理调度与使用。操作系统主要可以提供以下功能：

　　①进程管理，其工作主要是进程调度，在单用户单任务的情况下，处 理器仅为一个用户的一个任务所独占， 进程管理的工作十分简单， 但在多道程序或多用户的情况下，组织多个作业或任务时，就要解决 处理器的调度、 分配和回收等问题 。 ②存储管理：存储分配、存储共享、存储保护 、存储扩张。 ③设备管理：设备分配、设备传输控制 、保持设备独立性。 ④文件管理：文件存储空间管理、目录管理 、文件操作管理、文件 保护。 ⑤作业管理：负责处理用户提交的任何需求与指令。

　　根据不同的维度，操作系统可细分为不同类别。按照操作系统面向的设备类型，操作系统主要包括桌面操作系统、服务器操作系统、 移动操作系统、嵌入式操作系统；按照源代码是否开放，操作系统可划分为开源系统和闭源系统两类；按照是否虚拟化，可以分为物 理机操作系统和虚拟化操作系统。

　　操作系统发展历史悠久。现代操作系统的鼻祖可追溯到美国AT&T公司和贝尔实验室等在1964年共同开发的MULTICS（多路信息计算系统）。 自那开始，整个操作系统的演化可分成以下三个阶段： （1）Unix初始系统诞生。1969年Unix系统诞生，此时的操作系统主要面向科研机构和高效的专业编程人士使用，无可视化界面。 （2）可视化操作系统演进。1984年及1985年，以苹果Mac和微软Windows为代表的可视化操作系统诞生，大幅降低了使用者门槛。 （3）开源Linux诞生与演进。1991年芬兰大学生Linus从教授开发的教学用的Mini-Unix启发下，写出了Linux内核，并将GNU组件与Linux内核 集成Linux系统，创建了全世界软件人员合力开发开源操作系统的模式，深刻影响了现在的操作系统市场格局。

　　Unix系统：Unix是现代操作系统的鼻祖。最早的UNIX系统于 1969年问世。1972年，贝尔实验室的DennisRitchie开发出高 级语言C语言，用来改写原来使用汇编语言编写的UNIX系统， 为提高UNIX系统的可移植性以及应用软件的开发效率奠定了 基础。

　　Unix系统在其发展早期因为反垄断法的要求，采取了免费授权 的方式，从而获得了企业和科研院所广泛的接受，随后Unix系 统开始出现许多分支，典型的代表包括IBM的AIX系统、惠普 的UX系统、Oracle的Solaris系统、加州大学伯克利分校开发 的BSD系统等，苹果的MacOS X因采用了BSD内核，因而也可 划分为Unix体系。1984年AT&T剥离部分资产解除反垄断法限 制后，开始将Unix进行闭源商业销售。 目前多数Unix系统的销售模式为捆绑硬件进行闭源商业销售， 在小型机、大型机和超级计算机等计算设备上有广泛应用。

　　MacOS：MacOS是苹果公司为Macintosh系列电脑专属开发的操作系统。在1984年苹果首次推出了具有可视化图形显示界面的MacOS， 之后不断迭代至MacOS 9版本，前9个版本基于Mach微内核研发，后来被统称为Classic MacOS。2001年苹果公司正式推出MacOS X， 其内核改为以BSD内核和Mach微内核为基础开发的Darwin，基于Unix的BSD内核的加入，增加了系统的稳定性、性能表现和响应速度， 同时Mach内核还能兼容老版MacOS应用，MacOS X后续经历了15个内部版本迭代。

　　Windows：Windows操作系统囊括了桌面、服务器、移动端及嵌入式的全场景。1985年微软发布了首个基于Dos内核的具备图形界面的 Windows操作系统， 后续经历了Windows95（加入了开始按钮、菜单栏、任务栏、资源管理器、IE浏览器等）、Windows98等版本；2001 年，微软发布了基于NT内核的划时代的Windows XP系统，具备更强的网络和远程桌面能力，更强的性能表现和兼容性，后续微软的桌面操 作系统一直基于NT内核进行迭代，最新版本为2021年发布的Windows 11，可以直接兼容安卓操作系统。同时Windows还有面向服务器的 Windows Server、面向移动端的Windows Phone以及面向嵌入式的Windows CE等操作系统，布局全面。

　　Linux：Linux系统是指Linux内核以及一些列组件构成的可自由使用的开源操作系统。最初的Linux系统通常是指的Linux内核与一系列GNU 组件构成的GNU/Liunx操作系统。内核指的是可以提供设备驱动程序、文件系统、内存管理、进程管理、网络通信等核心功能的系统软件， 但内核并不是一套完整的操作系统，还需要其他组织或厂商将Linux内核与各种软件和文档包装起来，并提供系统安装界面和系统配置、设定 与管理工具等，才能构成完整的Linux发行版操作系统。目前Linux系统在各社区及发行商的推动下，广泛应用于移动端、服务器端及嵌入式场 景，并逐渐开始在桌面端提升影响力。

　　全球桌面操作系统呈现出Windows与MacOS两强相争的局面，Linux份额持续提升。根据StatCounter的部署量数据，自2009年以来 Windows一直稳居全球桌面操作系统龙头地位，但其部署率整体呈现下降趋势，从2009年的94.73%下降至2022年的75.48%；同期MacOS一 直是仅次于Windows的第二大操作系统，其部署率从4.27%提高至15.19%，二者合计占据90%以上的桌面操作系统部署率；Linux系统的部署 率则呈现持续提升的状态，从0.69%提高至2.5%，特别是从2020年开始Linux部署率提升有所加速。

　　按照营收计算，Windows在桌面操作系统中市占率同样领先。考虑到Windows及MacOS占据了全球桌面系统装机量的90%以上，我们重点 考虑Windows与MacOS的营收情况。根据IDC数据进行测算，2018年Windows桌面端营收为103.11亿美元，MacOS为17.78亿美元，二者 合计为120.89亿美元；2021年Windows桌面端营收达到128.72亿美元，MacOS营收达到22.62亿美元，二者合计为151.34亿美元；2018- 2021年间Windows、MacOS及二者营收合计的年符合增速分别为7.68%、8.36%及7.78%。在营收的占有率上，二者保持了相对稳定， Windows占有约85%的份额，MacOS占据约15%的份额。

　　全球移动端操作系统呈现Android与iOS寡头竞争格局。在经历过智能手机发展早期的混战以后，基于Linux内核的Android操作系统凭借其 免费开源的优势，逐渐成为全球移动端操作系统的龙头，而iOS（类Unix内核）则凭借与iPhone的深度绑定，始终在移动端操作系统中占有较 高份额。根据StatCounter的部署量数据，Android在2009年的部署率仅为2.41%，但随后几年其市占率快速怕生，到2018年其部署率最高 达到75.45%，之后稳定在70%以上；iOS在2009年部署率为34.01%，随后部署率基本在20%-30%之间波动，到2022年部署率为27.98%； 2022年Android与iOS部署率合计达到99%以上。

　　全球服务器端操作系统主要由Linux与Windows构成。与商业闭源操作系统占据绝对主导地位的桌面端操作系统不同，免费开源操作系统在 服务器端具有广泛的应用，根据IDC统计数据，2018年全球服务器出货中，58.74%部署了付费操作系统，41.26%使用免费操作系统；到 2021年的全球服务器出货中，有52.15%付费购买了操作系统，47.85%使用免费操作系统。综合考虑免费及付费部署操作系统的服务器， Linux占据了主导地位，且逐渐拉开与Windows的差距，2021年全球1354万台服务器出货中，63.47%安装了Linux系统，36.25%安装了 Windows系统，只有0.28%安装Unix等其他操作系统。

　　Windows、红帽、SUSE是目前全球服务器装机量前三的品牌操作系统。根据IDC数据，2021年全球服务器出货中，微软Windows、红帽 RHEL以及SUSE的部署率分别为36.25%、13.71%、2.26%，他们合计占据了绝大部分付费操作系统的市场。在免费操作系统中，以CentOS 为代表的的开源Linux操作系统占据了绝大部分的装机量。若按照技术路线及付费方式区分，免费的Linux、付费的Windows以及付费的Linux 是目前服务器装机量前三大的选择。

　　微软是全球商业操作系统的龙头。2021年，Windows在桌面操作系统上的部署率达到74.76%，市占率约85%，营收达到128.72亿美元；在 付费服务器操作系统中的部署率达到66.87%，市占率达到64.68%，营收达到94.3亿美元；二者营收合计达到223亿美元。 我们认为其获得市场成功的主要原因有以下几点：

　　①在个人电脑发展早期就积极抢占市场，获得市场先发优势。1981年8月，IBM推出全球第一款个人电脑（Personal Computer）IBM 5150，为缩短研发生产周期，IBM决定采用第三方软硬件产品，这也 成为后来PC整机生产最主流的商业模式，IBM 5150搭载英特尔8088微处理器以及微软与IBM联合研发的MS-DOS操作系统。原本IBM预计在 五年后其总销量可以达到24万台，结果在发售后的第二年累计销量便达到75万台，在商业上获得巨大的成功，IBM 5150的成功也奠定了微软 在操作系统领域的先发优势，1982年，IBM 5150成为《时代》周刊“年度人物“。

　　在看到可视化视窗操作系统的广阔需求后，微软在1985年推出了可视化视窗操作 系统Windows，凭借生态开放的优势快速在全球PC厂商普及。 同时微软也与IBM联合进行了面向高端工作站、服务器和大型计算机的操作系统 OS/2 NT的开发，后来二者解除合作，IBM向市场独立提供OS/2系统，微软向市 场提供改名后的Windows NT系统，在微软投入重金推动软件适配以及部分整机厂 商因为与IBM整机业务竞争关系的影响下，Windows NT成为更多整机厂商的选 择，而IBM OS/2的市场表现以失败而告终。

　　②与Intel捆绑形成Wintel联盟，几乎垄断市场。1981年基于英特尔CPU和微软DOS系统的IBM 5150 PC的大获成功，成为微软与英特尔展开深度合作的契机，1980年代末英特尔与微软均成 为市场上的头部厂商，二者决定强强合作结成Wintel联盟，鼓励微软和英特尔的合作厂商生产使用Intel x86架构CPU和微软Windows系统的 个人电脑，从而进一步强化了二者的市场优势，到1990年代，Windows在全球操作系统的市占率达到95%以上，达到新的巅峰。 Wintel联盟的达成也使得微软与英特尔产品间的兼容性大幅提高，产品性能得以发挥最大的效果。Windows功能的丰富促进英特尔硬件的销 售，而Intel硬件性能的提升和规模效应带来的成本降低也进一步促进Windows的销售，二者共同促进了电脑品质的突飞猛进和整机成本的 剧减，使得个人电脑的需求快速增长，也为二者的商业成功奠定基础。

　　③持续高投入，夯实生态和技术壁垒。微软在操作系统的研发投入上毫不吝啬，从1994年微软Windows NT系统发布后到2000年Windows XP系统发布前的7年间，微软研发投入合计为141.08亿美元，这一阶段微软的研发费用主要集中在Windows操作系统及Office办公套件之上；从2001年Windows Vista系统立项开始到2005年Vista系统正式发布前夕的5年间，微软的研发费用合计达到292.44亿美元，根据美国商业周刊的测算，预计Vista系统累计投入达到200亿美元。2018财年微软研发费用达到147.26亿美元，2022财年提高至245.12亿美元，尽管目前微软的业务体系已经扩容到云计算、游戏、智能硬件、企业级服务软件等更多类别，但考虑到操作系统的重要性，预计Windows的研发投入每年仍在数十亿美元的量级。

　　从Linux操作系统到云原生技术，红帽成为全球领先的开源软件解决方案供应商。红帽公司在成立早期，专注于Linux操作系统的开发与销售，为 Linux社区发展做出了卓越的贡献，其主导的Fedora是目前最主流的Linux开源社区这一，其推出的RHEL系统是目前收入规模最大的Linux商业发 行版本，从2001年开始，红帽就停止销售RedHat Linux产品，转为订阅服务模式。从2006年开始，红帽进行了对开源中间件、虚拟化厂商的收 购，产品开始多元化，业务边界不断扩大。

　　从2011年开始，红帽开始进军软件可视化以及云计算市场，可以提供软硬一体化的解决方案，强化云 原生产品的研发能力，公司进入到新的发展阶段。在2012年红帽成为全球第一家年营收超过10亿美元的开源软件公司，2019年IBM以340亿美 元完成了对红帽的收购，这是当时全球软件史上规模最大的一笔收购。经过多年的发展，红帽已经成长为全球领先的开源软件解决方案供应商。

　　红帽主营业务包括基础设施产品、应用开发及新兴技术产品、咨询与培训服务三大块。基础设施产品主要包括企业级Linux操作系统（RHEL）、基础架构管理产品和虚拟化管理工具，其中RHEL贡献了绝大多数收入；应用开发及新兴技术产品包含一系列协助客户构建和管理混合IT计算环境的产品，如中间件、云存储、容器、自动化运维平台等；培训与支持服务主要为客户提供迁移规划和实施，运维人员培训等服务，协助客户高效的了解和使用公司产品。

　　红帽的核心商业模式是持续对开源软件社区进行投 入，并将开源软件项目进行商业化、产品化，充当 起贡献者、开源社区与企业客户之间的桥梁。红帽 工程师通过贡献代码的方式积极参与创建上游开源 软件社区，为开源社区提供技术支持，红帽公司引 导、组织并以资金支持社区全体成员共同改进开源 产品，之后红帽会基于社区产品向企业客户推出更 稳定的、更安全、更标准化、具备更好运维服务的 商业发行版软件，红帽获得商业收益后再反哺开源 社区，形成良性互动。例如目前为红帽贡献最多收 入来源的RedHat Enterprise Linux就是脱胎于红 帽在2003年创建的开源Linux社区Fedora， RedHat Storage来自于Ceph开源社区，RedHat OpenStack Platform来自于RDO开源社区等。

　　红帽操作系统生态主要由Fedora Linux、RHEL和CentOS三者构成。Fedora Linux位于生态上游，是一个由红帽公司主导赞助的、基于Linux内核的、追求功能快速迭代的免费开源的社区发行版操作系统。Fedora Linux是红帽操作系统生态里新功能、新技术的试验田，一些经 过检验的代码最终会被RHEL吸收。Fedora Linux版本迭代速度快，自2003年11月发布首个版本以来，大约每6个月会发布一个新版本，每个版本的更新维护周期通常为13个月，在下下个版本发布一个月后便不再更新维护。目前最新版本为2022年11月发布的Fedora37版本。

　　微软黑屏门、美国棱镜门等风险事件频发，显示出操作系统自主可控的重要性。 微软黑屏门：微软中国宣布自2008年10月20日开始，分批次向中国客户推出 Windows正版增值计划，未通过正版验证的Windows XP系统用户，其电脑桌面背 景会变为纯黑色，用户可以重设背景，但每隔60分钟，电脑桌面背景仍会变为纯黑 色，同时屏幕右下角会出现一个永久性的通知显示“您可能是软件盗版的受害者”。 表明Windows系统存在可控的后门。

　　美国棱镜门：根据2013年6月6日美国的报道，美国政府自2007年开始就 实行一项名为棱镜计划（PRISM）的绝密电子监听计划，美国国安局能够对任何使用 参与到该计划的IT公司服务的客户的即时通讯内容和既存资料进行深度监听，监控内 容包括电子邮件、即时消息、视频、照片、视频会议、语音聊天、存储的数据、传输 的文件、社交网络细节等，参与到该项目的公司包括微软、谷歌、苹果等。表明美国 政府长期地、有计划地、胁迫美国IT巨头对机构和个人用户的信息隐私进行侵犯。

　　Windows 7及CentOS等主流桌面、服务器操作系统停服成为国产操作系统发展的契机。 目前我国仍有25%的存量电脑在使用Windows 7版本，Windows 7停服影响重大。微软Windows 7操作系统在2020年1月14日正式停止更 新维护服务，后续官方不再为该产品提供官方技术支持及安全补丁升级。根据StatCounter数据，截止2022年11月，我国电脑中有85%安装了 Windows操作系统，在Windows操作系统内部版本中有30.6%仍在使用Windows 7操作系统，相当于我国存量电脑中仍有25%仍在使用 Windows 7操作系统，这些用户中有较多政府、教育及央国企用户。Windows 7停服后意味着该系统的安全性会大幅降低，对于政府及企业级 客户来说风险隐患明显增强，需要尽快完成系统更替。

　　红帽宣布CentOS停服引发对商业公司主导的开源社区的信任危机。2019年9月CentOS 8在RHEL 8发布4个月后正式发布，原计划生命周期将 到2029年，因而许多企业制定了将其业务系统从老旧的CentOS 6（计划2020年停服）及CentOS 7迁移至CentOS 8的规划。然而在2020年 12月红帽突然宣布CentOS 8将在2021年12月31日提前8年停服，CentOS 7则继续按原计划在2024年6月30日停服。

　　CentOS停服后意味着不 会再有官方的系统升级和安全补丁支持，一旦新的安全漏洞出现，容易被黑客利用，造成业务系统宕机、服务中断、数据泄露等风险，网络安 全风险陡增。红帽公司建议使用CentOS 8的客户将其业务系统迁移到需要付费订阅的RHEL或者免费更新的CentOS Stream中。由于CentOS Stream属于REHL上游的滚动预览版本，其功能更新没有规律性，因而基本无法满足企业生产环境和关键业务系统的使用需求。红帽这样的做 法实际上是为了自己的商业利益，倒逼CentOS客户转去付费订阅RHEL。红帽此举引发了全球开发者对商业公司主导的开源社区的信任危机。

　　RHEL的订阅价格昂贵，在价格敏感的客户或者场景较难大规模推广。根据兴业银行在2021年的公开招投标文件，RHEL的标准订阅费用接近1 万元/年/套，可以支持虚拟化功能的容器版RHEL的订阅价格更是达到3.4万元/年/套，高昂的价格使其较难在过去大量使用CentoS系统的对价 格敏感的客户或场景里去大规模推广。相较之下，国产操作系统仅收取5000元左右的License买断费用，在后续每年仅收取License费用的15% 的运维费用，价格优势更为显著。

　　CentOS在我国关键行业具有广泛应用，其停服将提高用户使用国产操作系统的意愿。根据赛迪顾问的统计数据，2021年我国新出货的服务器 部署的操作系统中有79.1%为Linux系统， 20.1%为Windows系统，0.8%为Unix等其他系统，Linux占据绝对主导地位，与全球水平相比我国 Linux的部署率高15.6pcts。2019-2021年我国新出货的服务器中分别有45%、46%、47%付费部署操作系统，2021年的付费率相较全球付费 率低5.1pcts。由于Windows系统及Unix系统绝大部分为付费系统，意味着有约26.1%的服务器付费部署了Linux系统，有53%的服务器在使用 免费的Linux系统，预计其中CentOS扮演了较为重要的角色。CentOS的停服将提高用户使用国产操作系统的意愿。

　　历经三十余年发展，目前国产操作系统正在逐渐走向成熟好用阶段。我国从“七五规划”期间开始国产操作系统的规划，经历了启蒙、发展、 壮大、攻坚四个阶段。随着中国在操作系统领域研发力度的持续增加，以麒麟、统信为代表的国产商业化操作系统的产品性能已经大幅提升， 生态建设也初具规模，开始具备规模化推广能力。过往国产操作系统主要基于国际主流的Linux开源社区版本进行开发。从零开始构建操作系统需要巨大的资金投入，到2020年Linux内核有 2780万行代码，根据2009年Linux基金会官方评估，若闭源开发Fedora 9发行版系统，预计需要投入108亿美元。考虑到开源软件商业模式的 成本和生态优势，过往国产操作系统主要基于国际主流的Linux开源社区版本进行开发。

　　但是开源不等于无国界，依旧存在被管制的风险。开源的核心要素包括开源基金会、开源协议、开源代码托管平台、开源项目。基金会层面， Apache开源基金会明确宣布遵守美国《出口管制条例》（EAR），因而其下的Hadoop、Spark、KafKa等开源项目都需要遵守EAR出口管制； Linux基金会明确其自身管理办法不受EAR管制，因而未