第一款基于微内核的全场景分布式操作系统——鸿蒙OS

最近我在学习华为文化，了解华为产品。今天就和大家一起回顾，一个面向万物智能互联未来的操作系统——鸿蒙OS。

鸿蒙是谁？从哪里来？要干什么？

2019年8月9日，华为在开发者大会HDC.2019上正式发布了鸿蒙操作系统，该系统率先部署在智慧屏、车载终端、穿戴等智能终端上，同时越来越多的智能设备也开始使用开源的鸿蒙OS。华为消费者业务CEO余承东在介绍鸿蒙OS开发初衷时表示：“随着全场景智慧时代的到来，华为认为需要进一步提升操作系统的跨平台能力，包括支持全场景、跨多设备和平台的能力以及应对低时延、高安全性挑战的能力，因此逐渐形成了鸿蒙OS的雏形，可以说鸿蒙OS的出发点和Android、iOS都不一样，是一款全新的基于微内核的面向全场景的分布式操作系统，能够同时满足全场景流畅体验、架构级可信安全、跨终端无缝协同以及一次开发多终端部署的要求，鸿蒙应未来而生。”

不得不佩服华为远见卓识的发展战略以及自力更生的顽强斗志，就在最近，华为又推出HMS Core（华为移动服务，Huawei Mobile Services），以及App Gallery （主要面向海外华为手机用户的应用商店）。足以说明，华为已经正式把自主研发的产品应用生态放到台面上，和谷歌、苹果硬刚了。这个生态究竟能否稳固壮大，继而出现“三足鼎立”的局面呢？我们拭目以待。

下面，咱们回到今天的主角鸿蒙OS，来欣赏一下它的鸿鹄之志（开辟天地的壮志）吧！

（图片来源及版权所有：鸿蒙学堂）

当前，用于智能手机的操作系统天下两分，一哥是安卓，二哥是苹果，近乎达到垄断的地步。那么，初出茅庐的鸿蒙OS可以撼动两寡头的地位进而在市场上分一杯羹吗？我们且看鸿蒙OS的四大技术特性，孰优孰劣，自有分晓。

（1）分布式架构首次用于终端OS，实现跨终端无缝协同体验

鸿蒙OS的“分布式OS架构”和“分布式软总线技术”通过公共通信平台，分布式数据管理，分布式能力调度和虚拟外设四大能力，将相应分布式应用的底层技术实现难度对应用开发者屏蔽，使开发者能够聚焦自身业务逻辑，像开发同一终端一样开发跨终端分布式应用，也使最终消费者享受到强大的跨终端业务协同能力为各使用场景带来的无缝体验。

（2）确定时延引擎和高性能IPC技术实现系统天生流畅

鸿蒙 OS通过使用确定时延引擎和高性能IPC两大技术解决现有系统性能不足的问题。确定时延引擎可在任务执行前分配系统中任务执行优先级及时限进行调度处理，优先级高的任务资源将优先保障调度，应用响应时延降低25.7%。鸿蒙微内核结构小巧的特性使IPC（进程间通信）性能大大提高，进程通信效率较现有系统提升5倍。

（3） 基于微内核架构重塑终端设备可信安全

鸿蒙OS采用全新的微内核设计，拥有更强的安全特性和低时延等特点。微内核设计的基本思想是简化内核功能，在内核之外的用户态尽可能多地实现系统服务，同时加入相互之间的安全保护。微内核只提供最基础的服务，比如多进程调度和多进程通信等。

鸿蒙OS将微内核技术应用于可信执行环境（TEE），通过形式化方法，重塑可信安全。形式化方法是利用数学方法，从源头验证系统正确，无漏洞的有效手段。传统验证方法如功能验证，模拟攻击等只能在选择的有限场景进行验证，而形式化方法可通过数据模型验证所有软件运行路径。 鸿蒙OS首次将形式化方法用于终端TEE，显著提升安全等级。同时由于鸿蒙OS微内核的代码量只有Linux宏内核的千分之一，其受攻击几率也大幅降低。

（4）通过统一IDE支撑一次开发，多端部署，实现跨终端生态共享

鸿蒙OS凭借多终端开发IDE，多语言统一编译，分布式架构Kit提供屏幕布局控件以及交互的自动适配，支持控件拖拽，面向预览的可视化编程，从而使开发者可以基于同一工程高效构建多端自动运行App，实现真正的一次开发，多端部署，在跨设备之间实现共享生态。华为方舟编译器是首个取代Android虚拟机模式的静态编译器，可供开发者在开发环境中一次性将高级语言编译为机器码。此外，方舟编译器未来将支持多语言统一编译，可大幅提高开发效率。

（1）鸿蒙OS的项目背景

人工智能发展迅猛，已经影响和渗透到许多科技行业和传统行业，智能化是必然的趋势。机器智能化是必然的，但是机器种类众多，若需要智能互联，就要求操作系统能适应多种设备多种终端。这意味着，操作系统需要满足更高的要求，以适用不同种类的机器，并保持分布式的互联互通。为迎接和拥抱AI全场景时代和万物智能互联时代，华为特别定义出下一代的基于微内核的全场景分布式操作系统——鸿蒙OS。 华为的初衷是，自立自强，开放合作，并努力做到核心技术上不受制于人不局限于人，这也是让华为更加领先的原因之一。

（2）什么是全场景？

根据鸿蒙OS架构设计，系统可运行在智慧大屏、穿戴、车机、音响、手表、手机、PC等等各种各样设备。通过一套系统，一个OS实现模块化解耦，对应不同设备可以弹性部署，不管硬件能力强还是硬件能力弱的，都可以一套操作系统，可以统一在不同硬件平台上进行加载部署。同时应用强大灵活统一部署能力，我们一套OS能够运行在不同硬件能力上进行部署，适配丰富的万物互联时代IoT时代能力的操作系统。

（3）什么是分布式架构？

目前，我们目前所有的主流OS架构都是集中式的，即你的手机OS和你家的智能电视的OS各自独立，除了共同享有后台的数据，本身没什么联系。打个比方，即使你在手机和智能电视上同时打开一个APP，现在的实现也是各自运行各自的，你手机的操作不会影响到智能电视上APP的运行，除非是改了后台保存的数据。而华为的分布式OS，可以实现应用的协同处理。你在手机上的操作，可以同时在智能电视的APP界面上得到体现，手机关闭APP，电视上的APP也关闭。这就是多终端的协同处理，鸿蒙OS可以把多个终端统一管理，联合来实现某项功能。

（4）为什么叫鸿蒙？

鸿蒙在中文里面可能有“开天辟地”的意思，最接近的英语单词就是Genesis，开天辟地的意思。由于用汉语拼音表达鸿蒙太难发音了，华为给取名Harmony，希望给世界带来更多和平、方便。

（5）鸿蒙OS的研发始于何时？

华为10年前就开始探索鸿蒙。现在投入的人力接近5000人，短期内要把整个系统完善，所以工作量非常大。

（6）鸿蒙OS主要特点是什么？

分布架构、天生流畅、内核安全、生态共享四大特点。 鸿蒙OS在分布架构上，实现模块化解耦，对不同设备进行可弹性部署。采用分布式软总线核心技术，将表示层、会话层、传输层和网络层等协议精简为一层，能提升有效载荷。还通过多方面提升IPC性能，在进程间通信效率提升5倍。

（7）鸿蒙OS可以用在智能手机上吗？

鸿蒙OS已经完全达到具备商用的程度，随时都可以出鸿蒙系统的手机，华为也做好了全面的准备。但华为还是希望继续使用全球共用开放的手机操作系统和生态，换句话说，一个开放的安卓系统和生态依然是我们的首选。 鸿蒙未来在穿戴设备、车机、PC等都可以使用。

（8）什么是微内核，它有什么特点？

所谓微内核，当然是相对宏内核来说的。微内核是提供操作系统核心功能的内核的精简版本，微内核仅仅提供基础的系统运行能力，以及为不同的程序/进程间提供一种消息的交互机制。而宏内核相当于一个是一个大主管，提供很全面的系统运行功能，例如时间管理、内存管理，文件管理，网络管理等等，安卓就是一种宏内核的OS。微内核的好处就是系统运行效率高，系统更加健壮，不容易出问题。微内核的最大的问题就是进程间的消息交互的效率不高，如果有很多的消息同时交互，可能会有消息丢失、重传导致系统反应变慢。

宏内核不存在这个进程交互的消息通信问题，宏内核的系统功能常驻内核和内存，执行效率的确高一点。但是宏内核越来越多的功能会让系统越来越冗余，对系统硬件的要求很高，而且内部模块过于冗余，维护调试越来越难。

所以，宏内核的OS系统不适合一些轻量级的应用，如物联网。谷歌自己也在研究微内核的OS，为了万物互联，打造统一的OS，微内核的OS是必须的。但是华为的鸿蒙OS比谷歌的Funchsia走的更快了一些，因为鸿蒙在荣耀智慧屏马上要商用了。

（9）鸿蒙OS如何做到低延时高性能？

鸿蒙 OS通过使用确定时延引擎和高性能IPC两大技术解决现有系统性能不足的问题。我们在前面说了，微内核的OS，可能会出现大量的进程间的消息通信时，大量进程间消息一拥而上，导致大量消息被阻塞，系统性能下降的问题。

鸿蒙OS的这个特性就是解决这个问题。鸿蒙OS内部把不同的进程消息确定优先级，采用专业的调度算法来合理调度进程间的通信消息，高优先级的应用优先保障，低优先级的应用排队处理。

这种机制就让微内核进程间的通信变的有序，不会出现大家一拥而上导致消息丢失的现象。其实这种基于优先级消息的调度机制在华为的高端通信设备，如路由器设备中早就使用，只是把这种机制用在了鸿蒙OS。

（10）为什么鸿蒙OS的安全性更高？

鸿蒙OS采用微内核设计，微内核本身的健壮性和安全性就比宏内核高很多。微内核设计的基本思想是简化内核功能，因此不存在和系统功能的耦合性，让整个系统相对健壮。

宏内核集成了很多系统功能，功能越复杂，系统越复杂。虽然系统功能的通信效率有所提升，但是复杂的耦合性让系统的故障率也更高，这是宏内核OS的特点。

华为的鸿蒙OS基于微内核，因此可以让整个系统更加健壮，不会因为对系统功能的攻击影响整个系统的稳定性。同时通过华为先进的验证测试算法，可以确保整个OS更加安全，在受到攻击的时候系统更加稳定。

（11）鸿蒙OS如何提高开发效率？

鸿蒙OS支持多终端的开发IDE，支持多语言统一编译。也就是开发者可以一次性的生成在不同类型的终端中运行的APP。这个策略是和鸿蒙的跨多终端部署的策略紧密相关，如果相同的或不同的终端都需要重新编译适配，那么这个对开发人员典型是不友好的。

也就是如果开发者的应用，需要同时在手机、车载、物联网路由器使用，那么如果使用鸿蒙OS加上方舟编译器，只需要编译一次就可以，这样就可以实现多终端的部署和共享。

华为的方舟编译器可以为开发者在开发环境中将高级语言编译为系统底层的机器语言，机器语言的执行效率更高，同时也可以屏蔽不同的虚拟机的差异。

（12）鸿蒙是什么条件的开源 ？

鸿蒙开源是一个全面的开源。为了技术保密和核心的东西，在有一些地方分节奏开源，最终都会开源。

（整理自：鸿蒙学堂）

作者：水木清华

学术组织：Open AI++

致力于人工智能与网络空间安全交叉融合研究事业，努力服务于国家安全战略。

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