不吹不擂，一文揭秘鸿蒙操作系统

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作者：michalliu，腾讯 WXG 客户端开发工程师

华为鸿蒙OS有什么创新，是否自主研发完全开源，本文带你深入鸿蒙的世界。

一、初识鸿蒙

国内在计算机基础核心领域缺乏建树，一直没有自主知识产权的操作系统。之前又出过多起诸如汉芯，红芯浏览器等造假事件，犹如现实世界的“狼来了”，使国人对任何打着自主知识产权宣传的产品都会戴着放大镜去看，那么鸿蒙到底是不是个例外？

鸿蒙是个很泛的概念，鸿蒙不仅一个操作系统，还是一个生态。鸿蒙这个词在不同的场景下指代不同的东西。根据华为官方IDE DevEco Studio 的应用模板可以看出，目前鸿蒙支持的设备有手机，平板，电视，手表，汽车，以及相机等小家电等等，不同的技术栈开发的应用支持的设备种类也不同。其中Java类型的应用支持的设备类型最为丰富，JS类型的应用其次，C++应用支持的类型最少。

这些设备大体上可以分为嵌入式和非嵌入式两种。根据应用所需内存大小又可以分为L0-L5六个级别：

在嵌入式领域， 鸿蒙指是一款嵌入式操作系统，鸿蒙的核心为LiteOS，系统只能在配套的硬件（开发板）上运行，并非通用的操作系统，OpenHarmony是其对外开源的版本，在2020年9月在gitee上开源OpenHarmony 1.0，关于这款系统华为自身的文档比较欠缺，这里有较为详细的开发者文档。

在非嵌入式领域， 鸿蒙指的是一款叫鸿蒙的手机操作系统，最近网上热议的“此应用专为旧版鸿蒙打造”令人疑窦丛生。

因为截至目前鸿蒙只发布了一个版本，根本不存在所谓的旧版鸿蒙。由于鸿蒙的手机版操作系统并未开源，提示语又与android如此类似，不得不令人怀疑是字符串批量替换。那么事实真是字符串替换如此简单吗？下文将会予以分析。

总的来说，鸿蒙绝不仅仅指的是操作系统，华为的野心也绝不止于此，华为是要打造一个叫鸿蒙的生态，我们不排除未来会有鸿蒙SDK植入其它厂商的设备，使这些设备也具备运行鸿蒙应用的能力，甚至是运行在传统的Windows、Linux上的设备，那么这些设备也可以说是一个鸿蒙设备，是鸿蒙生态的一部分。

二、鸿蒙核心

经调研，我们认为鸿蒙生态的核心是以下四点：

1、多设备兼容

即开发出来的应用，可以覆盖多种类型的设备，屏蔽底层OS的差异，类似目前火热的Flutter所解决的问题。

2、卡片式应用

在多设备兼容的基础上带来一致的，高性能的交互体验。可以理解为跨设备，跨平台，跨网络的轻量Widget。

3、软总线

在以上两点的基础上，降低设备间互联互通的门槛。主要基于以下三点改进：

（1）设备间的发现和连接：从手动发现，进化成自发现：

（2）多设备互联后的组网技术：软总线组网-异构网络组网：

（3）多设备多协议间的高效传输技术：

4、通信安全

要实现设备间的互联互通，那么安全无疑是特别重要的环节。这里的问题是如何保证正确的人使用正确的设备，消费正确的数据。即要解决如下三个问题：

（1） 如何保证消费者对设备的鉴权是安全的，保证设备是原厂生产，没有被篡改的？（正确的设备）

（2） 如何保证消费者操作设备数据是安全的？(正确的人) 

（3）如何保证消费者数据安全?（正确使用数据）

鸿蒙在系统和数据通信安全方面有较为完善的考虑。

三、系统层分析

基于鸿蒙已经开源的openharmony源码统计，openharmony包含C代码2KW行，C++ 500W行。

1、内核部分

鸿蒙宣传的微内核，并未说明是哪个鸿蒙，华为目前已经发布的内核包括：

1、Linux 面向手机 (L5级别设备) 

2、LiteOS-a 面向有MMU的设备 (>=L1级别) 

3、LiteOS-m 面向无MMU的嵌入式设备 (L0级别)

目前行业内对内核进行分类主要是：

微内核优点： 

1、代码量小，可以形式化验证，可以减少bug量，几乎可以0 bug，另外更加方便移植。 

2、各个系统组件或者服务如果存在问题可以直接重启服务，减少核心组件异常对整个系统的破坏，并按需组织系统服务。

3、各组件可以按需加载（现在宏内核也支持模块动态加载卸载）。

4、可以规避GPL协议。

微内核缺点：

1、所有资源获取都需要通过IPC，IPC又必须陷入内核，所以会导致频繁的陷入内核，或者多次拷贝，导致性能下降。当然IPC通信效率随着深入研究与技术发展逐步提高。

2、对于中断响应，需要映射到用户空间再处理，效率较低。

3、大量使用某些系统服务的时候，会导致进程上下文切换，增加系统负担。

而目前开源出来的鸿蒙代码 LiteOS-a按照业界对内核分类依旧是宏内核。至于华为是否存在微内核但没有开源，还是在实现鸿蒙过程中，又重新选择了宏内核，我们不得而知。

1.1 LiteOS-M

LiteOS-M和HW以前开源的Lite OS基本相同，进行部分结构性调整，当前只适用于cortex-m3、cortex-m4、cortex-m7、risc-v芯片架构，是纯粹的RTOS系统，通过KAL与上层服务匹配。

1.2 LiteOS-A

LiteOS-A是HW基于LiteOS进行演进的，进行 多进程，多核，虚拟内存，IPC等重新封装，尽量类似于Linux，但是尽量简化内核实现。OpenHarmony LiteOS-A内核架构图：

LiteOS-A是HW基于LiteOS进行演进的，进行 多进程，多核，虚拟内存，IPC等重新封装，尽量类似于Linux，但是尽量简化内核实现。

LiteOS-A相对于纯粹的RTOS增强关键特性简介：多进程： 基于task进行封装，较为简单的进程与线程调度（支持时间片和FIFO调度）；

多核： 全局链表、所有CPU共享，支持空闲轮询调度（不支持负载均衡），可支持亲和设置，可绑定核运行。

虚拟内存：内核静态映射，静态映射提升虚实转换效率，最有区间分布（０－１G用户空间，１－４G内核空间，减少用户态进程页表项），用户态通过缺页异常按需获取内存。动态链接： 按需加载，多应用共享代码段，加载最小单元为页，符号绑定，支持立即和延时绑定，加载地址随机化，进程代码段，数据段，堆栈段地址随机化。并且运行标准ELF文件。

进程通信（IPC）： 支持标准的posix进程间通信，如Mqueue,pipe,fifo.signal。同时添加了Lite IPC（类似与Android binder但是简单得多），ROM和RAM占用不超过30K，达到轻量，基于白名单控制的服务访问权限，提升安全，通过内存映射实现单次拷贝，实现高效。

系统调用： 通过MUSL实现系统调用支持syscall API和VDSO API。VDSO是减少系统调用开销的方式，Linux也支持。保证服务与内核分离。并且服务和应用不能随意访问内核。

权限管理： 进程粒度的权限划分与管理，完成DAC访问控制，以进程UID的配置，灵活划分文件资源归

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