harmonyOS（鸿蒙系统）碎片学习（1）

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前言

o(╥﹏╥)o煎熬一段时间，终于推免上岸了，导师下发的第一个任务需要我去学习一下鸿蒙系统。但苦于网上合我意的资料并不多，（我也没用过华为手机），所以搜着搜着就看到双十一手机选购了。
本文想尽我所能，搜集全网有关harmonyOS的系统讲解，做一个记录，同时也希望能和看到这篇文章的你们讨论。

一、 鸿蒙系统（HarmonyOS）的诞生

2019年8月9日，在东莞举办的HDC（华为开发者大会）上，余总带来了华为的鸿蒙操作系统（harmonyOS），下面的副标题解释到 “基于微内核的全场景分布式OS” ，这或许就是我们入手理解鸿蒙系统的关键。
大会上在公布OS之前，还具体提到了友商的痛点与华为的想法，这些大概都是鸿蒙系统要具体解决的问题。

（1）华为消费者业务未来战略

这里主要解释了一下“1+8+N”的3层结构化产品：

（2）什么样的OS才能满足这样的战略

• 目前同一家企业的不同产品，都有着不同的OS来满足产品的特殊需求，这样在短期内生态产品不多的情况下的工作量是可以估量的。而面向未来，各种互联设备，包括智能家居等各种IOT设备的需求，一个可以适配所有产品的OS仿佛才是正确之选。而华为提出的设想是 “OS与硬件绑定，生态与OS耦合”。
• 其次，余总提出目前Android/linux内核代码过于冗杂，很难保证不同终端互联体验的流畅性。

此处举例，安卓内核大概有1亿行代码，而实际使用过程中接触到的不过8%的代码。这样就需要手机至少有3G以上的内存才能够运行安卓系统，这对于IOT设备的开发要求过于苛刻。（同时段售卖的苹果手机的内存只需要6G，而安卓可能需要8/12G，或许也是因为内核不同？）

• 同时今天多终端的互联对于设备的安全性也提出了要求。（我认为面对互联越来越广泛，哪怕在网联车的自动驾驶方面的就需要最顶尖的安全性，而安全性决定了未来互联设备开发的上限）
• 软件生态与硬件绑定的设计，不同硬件设备都需要相应不同软件适配，大大降低了用户的体验和开发的效率。

此处举例：
Google公司：电脑（Chrome OS），手机（Android），手表（Wear OS），物联网（Android Things），采用的是宏内核（？需要解释），架构冗余，体验不稳定，OS与生态割裂，难以适配全场景。
Apple公司：电脑（MacOS），手机（IOS），平板（IpadOS）……采用的是混合内核（？也需要解释），系统逐渐分裂，生态封闭，系统体验仅限于自有产品。

（3）华为的鸿蒙（HarmonyOS）

所以华为要做的OS是“面向未来的OS”，觉得PC的摄像头不够好，可以调用手机摄像头；觉得手表不能拍照，也可以调用手机的拍照功能……通过新的OS，可以实现如下功能：

二、基于微内核的全场景分布式OS

（1）微内核？宏内核？混合内核？

参考文献《一文搞懂宏内核、微内核以及混合内核》——作者：barry
上文提到了在对比中，Google公司采用的内核是宏内核，Apple公司采用的内核的混合内核，而harmonyOS采用的微内核。（真的是传统意义的微内核吗，这里或许跟专业上的定义有些偏差？）
其实这几种内核都是早已有之而且都有所发展的操作系统的内核，每种内核都有其代表作。首先需要具体复习一下什么是内核？

内核，是一个操作系统的核心。是基于硬件的第一层软件扩充，提供操作系统的最基本的功能，是操作系统工作的基础，它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。

内核主要管理着计算机的软件资源（系统软件、应用软件）与硬件资源（CPU、存储器、总线、各种I/O设备）。
而内核一般负责如下功能：

• 管理CPU，进程管理，决定哪个进程使用cpu，也就是进程调度
• 管理内存，决定内存的分配与释放
• 管理硬盘，即管理文件
• 管理各种I/O 设备
• 管理网络系统
  ……
  简而言之， 内核决定着系统的性能和稳定性，是连接应用程序和硬件的桥梁。

1.宏内核

宏内核与内核的定义基本重合，负责将上述功能视为模块集成在内核中，而这就要求用户必须在内核态才能管理CPU、内存等，而使用者大部分时间处于用户态中。

比如需要分配内存的时候，应用程序会调用系统的接口，经过系统调用切换到内核态执行相关代码。分配完成后将首地址通过返回值交由程序，此时CPU切换回用户态。

宏内核的经典操作系统就是linux，该种内核结构性能极高，但是缺点就是耦合度高，一旦一个模块出现问题，会影响其余模块的运行。

2.微内核

根据上面宏内核的介绍，微内核或许可以望文生义出来。微内核提倡内核中的功能尽可能的少，只保留核心功能（中断处理，时钟管理等）即可，将内存管理，进程管理等功能视为特殊的用户进程进行实现。

微内核中定义一种进程间通信的机制——消息。当应用程序请求相关服务时，会向微内核发送一条与此服务对应的消息，微内核再把这条消息发送给相关的服务进程（特殊的用户进程），接着服务进程会完成相关的服务。（所以消息管理也是微内核的核心功能）

还是宏内核中的例子，此时应用请求分配内存时会通过微内核发送一个“消息”，此时由用户态切换到内核态，此时会停止运行当前进程，将消息发送到内存管理的服务进程，交由服务进程处理后返回内存，微内核再以消息的形式发回应用程序。

这样做很显然，一方面降低了系统的耦合度，另一方面降低了系统的性能。这种内核比较有代表性的是MACH和MINIX，在苹果的某些系统中可以看到微内核的存在。（所以，harmonyOS真的是纯种的微内核吗？）

3.混合内核

众所周知，生物学存在“杂种优势”，所以在我们学习过程中也总是看到这样的“杂种优势”。混合内核将两个极端进行适当的取舍，比较简单的理解就是将常用的功能放在内核层加快效率，将不常用的或者一段时间才用到一次的功能放到应用层。当然极端的好处就方向明确，而一旦功能混合就导致方向变得模糊。所以在这里的混合内核也有许多不同种类。

比较常用的混合内核，比如：
Windows运用的是NT（new technology）内核，以我理解来说，NT内核在内核层中定义了一个小内核，在小内核上线程管理、内存管理等功能分装成一个个执行体。在内核层来看，这种方法降低了系统功能的耦合度，可以看作是微内核的优势，但是这些执行体也在内核层中，符合宏内核的定义。这样做兼顾了两种内核的优势，是比较有代表性的混合内核。
MacOS使用的是Darwin-XNU内核，以我理解来说，该内核架构在内核层分为MACH（微内核）和BSD（宏内核），MACH内核提供简单的进程线程、驱动方面的服务，BSD内核负责完善网络安全与文件系统，同时也兼顾MACH内核的扩展。

所以我们看回harmonyOS，或许应该先看回Android系统的内核是什么样子的。参考视频《【硬核】何为鸿蒙？和安卓的区别到底是什么？别再扯套壳了》——作者：虽然但是张黑黑

安卓的内核是linux内核，根据上文可以知道是一种宏内核，而这里涉及到手机系统的一些架构问题，比如AOSP等内容。华为在发布会对鸿蒙的期望是，如果安卓不可用的时候才会启用，所以目前来看及时发展到当今harmonyOS4.0，还是需要对安卓应用有一定的适配。

看回harmonyOS的内核，可以看到所谓的微内核就是区别于Android单linux内核而增加的liteOS，而liteOS是华为自主研发的微内核操作系统，这样看起来harmonyOS是一个混合内核的系统，所以网上有人说鸿蒙的微内核不是技术意义上的微内核，而是宣传上的微内核可能就是从这里来的。

4.liteOS

可以简单来说，liteOS的微内核负责的功能更倾向于物联网相关技术的处理，已知的内容是liteOS不仅提供传统嵌入式操作系统的功能，还提供了丰富的中间层组件，可以说是专注于互联方向的一款轻量级操作系统。具体研究o(╥﹏╥)o或许后续会不得不进一步研究这方面内容。

（2）分布式——分布式软总线技术

参考文献《华为鸿蒙OS尖刀武器之分布式软总线技术》
什么是总线？计算机本科生可能并不陌生，“送地址上总线，送数据上总线”，可以说总线是内部CPU，内存，I/O设备传递信息的公用通道，主机各部件通过总线相连，形成了计算机硬件系统。

那什么是分布式软总线？这是华为自研的一项技术，首先“软”就说明可能并不实际存在所谓的“线”，目前通过华为的设备也能清楚感知，比如多屏协作（QAQ我只见过华为这一个功能）不需要通过任何实体的线连接就可以实现低时延的传输。
从我理解来说，这套软总线就是利用了WIFI，蓝牙,NFC等技术，解决各个端口的协议问题（有关协议问题比较熟悉的就是USB和lighting），从而实现各个设备不需要通过“线”而实现线的效果。华为称之为 “设备间无感发现，零等待传输”。

软总线解决了：

• 自发现问题：无需打开蓝牙寻找设备，而是自动发现周边设备进行连接。
• 异构网络组网：如果一台没有蓝牙的PC想要接受手机通过蓝牙发送的照片，那该如何解决呢？harmonyOS采用了异构网络组网技术，不同设备上线会在网络层注册，网络负责主管设备，检测设备的上下线状态，而上线的设备可以随时与自己感兴趣的设备建立连接。这样对于开发者来说，无需过多考虑协议问题，降低了开发成本。
• 极简协议：实现低时延的传输，harmonyOS简化了网络传输协议，将中间的四层协议栈精简为一层提升有效载荷，有效传输带宽提升20%。

三、想说的话

我已经购入了一本教材，如果有新内容会接着更新，本文讲的内容也比较浅层，大多数基于发布会内容，对于具体技术涉及过于少了，后续会继续钻研。也希望大家能彼此交流，或者能给我提供一些有效的学习资料。

本文标签： 鸿蒙碎片系统harmonyos