怎么制作鸿蒙系统启动盘,开物成务，鸿蒙操作系统全景解构

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鸿蒙从设计之初就为多终端(如边缘计算IoT、服务器等)而生，微内核、方舟编译器作为鸿蒙操作系统生态的两大核心要素。

微内核乃操作系统的一种结构形式，将系统实现各功能的模块化，更灵活，易于拓展、易于维护与更新迭代；编译器可视为人与机器的“翻译”，将人的程序语言翻译给计算机可理解并执行，是人与计算机之间实现沟通的桥梁。

华为10年来在编译器与系统内核的布局演进，已经为鸿蒙操作系统和进军物联网做好了充足的铺垫。

2.1 鸿蒙微内核从底层即为物联网设计

微内核与宏内核相对应，是操作系统的一种结构形式。操作系统的核心功能包括文件系统、内存和I/O设备管理、CPU调度等，宏内核即指操作系统将上述功能全部“打包集成”在内核里，不同的功能模块之间耦合度高，所以具有高效率的优点，代表系统包括Linux、Unix等)。微内核则将系统分为各个小的功能模块，仅将最核心的调度、内存管理功能保留在内核中，驱动、文件系统等以“外部模块”的形式与内核连接，相应的优势是易于拓展、易于维护与更新、稳定性高，代表系统包括Windows、Mac OS X等。

微内核更适应复杂的程序功能，且能够更灵活地移植至不同硬件平台。微内核仅在操作系统的内核中保留最基本功能，大大降低了内核的开发难度；分布式思维，将非核心的程序和模块隔离在内核之外，因此当单一程序出现错误时不会影响系统整体功能；同时，微内核相比宏内核更易于移植，开发、更新周期也得以缩短。

仿照第一部分，同样可作以下类比：若操作系统类比为车辆等交通工具，则不同内核结构相当于车辆的不同定制方式。宏内核相当于商用整车，而微内核则类似支持深度定制车。在行驶过程中，商用整车虽整体运行效率高，但如果某一部件出现故障，则需要专人、同款备件才能维修；而定制车的很多模块可替代性本身就非常强，且能够通过简单改装在不同路况下行驶(不同硬件环境)。

鸿蒙微内核从底层即为物联网设计。上述可知，微内核的最大特性是仅在内核中保留最核心功能，因此对于鸿蒙而言：连接实时性更好(响应时延降低25.7%、时延波动率降低55.6%)，同时结合5G低时延场景，尤其适用于工业控制、智能交通等物联网领域；可以做到故障隔离，最大程度保证系统的稳定性与安全性，在5G超多连接场景下更能满足万物互联的要求。

鸿蒙微内核体现分布式的特点，解决IoT生态协同的痛点。目前已有操作系统基本只对应于某一种硬件，如Windows对应x86 PC、iOS对应苹果手机等。但IoT时代终端种类数量极大拓展，难以针对每种硬件分别开发操作系统或应用程序，不同硬件终端的生态无法共享协同，开发效率低。而鸿蒙实现了硬件解耦，即可针对应不同设备进行弹性部署(例如智慧屏、穿戴设备、车机、音箱、手机等)。同时创新的分布式软总线使得拥有不同功能的硬件可以彼此协同。

例如：传统的相机、电视、音响等设备原本相互独立；但在鸿蒙的分布式软总线下，这些设备被“虚拟化”成摄像模组、显示模组、外放模组，并成为有机整体，用户无需另行设置即可按需调用各种功能，硬件终端之间形成相互协同。

微内核是IoT操作系统演进方向，鸿蒙微内核之效率、安全性业内领先。一般微内核系统，由于驱动、文件系统等进程被外置，各模块之间的通信需要经过内核“搭桥”，因而效率往往比宏内核要低。但鸿蒙微内核对进程间通信进行了高度优化，使得鸿蒙相比QNX、Fuchisia效率提升3至5倍[1]。此外，由于微内核的代码数量远远少于宏内核，因此鸿蒙能够以对每行代码进行充分的“形式化”的安全验证，显著提升了内核安全性。

2.2 方舟编译器是鸿蒙的取胜关键

方舟编译器最早系华为于2019年4月在P30系列手机发布会上透露，但实际积淀十年，定位是多终端系统。华为早期透露方舟编译器将大幅提升手机端安卓系统的运行效率，而开发编译器其实是协助鸿蒙操作系统更深层次布局边缘计算、服务器等领域。

对传统编译器而言，编译时点、跨语言编译是制约应用程序执行效率的瓶颈。应用程序的执行要经过字节码到机器码的转换，程序员在编程时使用上述C、C++、Java、C#等程序语言，但硬件的执行逻辑是基于0和1的二进制。因此要让硬件能够“读懂”指令，就需要编译器把“程序语言”转译成“机器语言”。

(1)编译时点：根据编译器工作时点的不同，编译方式可分为两种，但执行效率仍有提升空间。一种是“边执行、边翻译”，程序调用了某一句指令，编译器就实时将其转译为二进制码(早期版本安卓使用该方案，程序执行效率低下)；另一种是引进高性能虚拟机(在安卓系统中为ART，即Android Run Time)，在程序安装时或系统空闲时就提前将代码转译完毕，进一步提升了程序执行效率，但新的问题在于程序安装时间长。

(2)跨语言编译：程序往往使用不同语言编写，对编译效率产生较大影响。例如采用Java和C/C++等多种语言混合开发的应用程序，在运行时需要借助通用接口来协调不同代码(即Java Native Interface，JNI)。通用接口需要占用硬件资源，同时不同代码的协调本身就低效，所以传统编译器下跨语言应用的执行效率较低。

方舟编译器对以上两大瓶颈的解决方案是：将编译过程提前至开发者环节。在安卓的体系下，一些复杂动态语义的编译仍需交由虚拟机完成。方舟编译器开发团队通过梳理Java的动态语义，进行了大规模的数据建模，尤其是在跨语言编译时，大大提高了动态语义分析的精度；另外，华为设计了一套具有核心专利的动态语义匹配机制，有效降低了运行时动态语义的开销。最终结果是，方舟编译器能够在应用程序执行之前，就将Java代码编译成机器语言，极大释放了硬件资源，这一点对于多终端尤其是物联网边缘计算而言尤为重要。

方舟编译器对开发者友好，利于形成良好生态。过去安卓等系统避免在开发者环节涉及编译，一大原因是为了降低开发难度，开发者只需完成代码编写即可，而无需考虑如何跨语言编译。但方舟方案下将编译过程提前至开发环节，并不增加开发者负担，相反开发者还能通过方舟预置算法进行代码优化，还可自行开发代码优化算法，未来代码优化甚至有可能迁移至云端。开发环境友好是鸿蒙搭建良好生态的重要因素。

对于方舟编译器，也可类比如下：过去ART虚拟机搭配安卓系统，相当于经验丰富的司机驾驶传统的手动挡汽车；而方舟编译器搭配鸿蒙操作系统，则相当于搭载了L4级别自动驾驶的车辆，车辆行驶可以随时根据车况、路况灵活调整，保证所有乘客的乘车体验均为最佳。

兼容Java和C、C++等多种语言增强了鸿蒙即战力，并与自有麒麟、鲲鹏等硬件架构协同，形成类似Win-tel的软硬件格局。

因此综合微内核、方舟编译器两大要素看，鸿蒙生而为物联网设计，并非单纯以手机操作系统为主要阵地。一方面，对于华为成熟的手机业务而言，做系统容易，但建生态难，当前安卓和苹果已构建了几乎不可打破的生态系统，在条件允许的情况下继续使用安卓对于华为是一种资源节约。

进一步更通俗地解释：对于开发者编写的不同程序，只需经过方舟编译器的处理，鸿蒙操作系统即可顺利执行；且微内核下的鸿蒙可移植于不同平台。这样的系统特性天然适配于物联网时代的海量终端与海量应用。

[1]引用自2019年8月9日华为开发者大会公布数据。

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