在刚刚结束的第31届ACM操作系统原理大会（SOSP 2025）上，北京大学计算机学院网络与高能效计算研究所周迪宇、汪小林、罗英伟教授团队关于内存管理——操作系统中最核心的模块——的工作《CortenMM: Efficient Memory Management with Strong Correctness Guarantees》荣获最佳论文奖（Best Paper Award）。

SOSP (ACM Symposium on Operating Systems Principles)已有60年的举办历史，由ACM组织，是操作系统领域两个最高水平的学术会议之一。这是北京大学第一篇获此殊荣的研究论文。

论文的第一作者为北京大学计算机学院2023级博士生张骏扬（导师：罗英伟、汪小林、周迪宇），其他作者包括罗英伟教授、汪小林教授、周迪宇助理教授及其领导的北京大学TELOS实验室（https://telos.top）的研究生，北京大学王迪助理教授、余华山副教授，以及来自中关村实验室、蚂蚁集团、Certik、UCLA和密歇根理工的各位合作者。通讯作者为周迪宇助理教授和蚂蚁集团的田洪亮博士。

内存管理系统是操作系统的核心功能组件，负责分配内存相关资源以及管理硬件内存管理单元。然而，现有操作系统中的内存管理系统在性能和安全之间存在内在矛盾。本次获奖论文提出了一种全新的内存管理架构，系统性地同时解决了性能和安全的问题。

论文信息：

CortenMM: Efficient Memory Management with Strong Correctness Guarantees, Junyang Zhang, Xiangcan Xu, Yonghao Zou, Zhe Tang, Xinyi Wan, Kang Hu, Siyuan Wang, Wenbo Xu, Di Wang, Hao Chen, Lin Huang, Shoumeng Yan, Yuval Tamir, Yingwei Luo, Xiaolin Wang, Huashan Yu, Zhenlin Wang, Hongliang Tian, and Diyu Zhou, Proceedings of the 31st ACM Symposium on Operating Systems Principles (SOSP ’25), Seoul, Republic of Korea, Pages 1082-1098, October 2025

CortenMM解决了现代操作系统内存管理中一个长期存在的根本性问题：如何在提升内存管理的多核性能的同时，保证其正确性。

当前，主流操作系统（如Linux、Windows、MacOS）的内存管理广泛采用“双层抽象”的设计：一层软件层面的抽象（如VMA树）和一层硬件层面的抽象（页表）。双层抽象的设计初衷主要是为了实现强兼容性：对下可兼容多种体系结构的内存硬件。这一设计最早可以追溯至1960年所提出的SunOS。

但在实际应用中，双层抽象的设计引入了高昂的性能和正确性代价。其核心缺陷在于双层抽象引入了两种迥然不同的数据结构，而正确、高效地同步这两种数据结构是十分困难的。现有的操作系统，如Linux，为应对此问题，设计了极为复杂的锁机制，这不仅造成系统性能瓶颈，还引入了复杂的并发缺陷。

基于上述观察，CortenMM的核心设计思想在于，移除软件层面的抽象，构建直接基于硬件页表的 “单层抽象” 内存管理模式，在根本上解决双层抽象带来的同步难题，从而同时确保性能和正确性。这一设计背后的核心洞察在于当前主流处理器所采用的硬件内存管理单元格式已实现高度统一。因此，现有的操作系统没有必要再实现一层分离的软件抽象来保障可移植性。

CortenMM的“单层抽象设计”实现内存管理逻辑的简化，从而使得CortenMM能支持更高效的同步算法。同时，该简化也使得CortenMM能更好地支持形式化验证，利用数学工具严格地证明其实现的正确性，从而在根本上避免了并发缺陷。实验表明，经过形式化验证的CortenMM，在多项应用（如数据库、Web服务器）中，其性能领先Linux 1.2至26倍。