一. 鴻蒙OS整體介紹

HarmonyOS簡介

華為發(fā)布了HarmonyOS 2.0，俺也趕個時髦，給大家簡單介紹下HarmonyOS。

定義

首先，我們來看一下官方對HarmonyOS的定義。根據(jù)官方的定義，HarmonyOS是一款“面向未來”、面向全場景（移動辦公、運動健康、社交通信、媒體娛樂等）的分布式操作系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的單設備系統(tǒng)能力的基礎上，HarmonyOS提出了基于同一套系統(tǒng)能力、適配多種終端形態(tài)的分布式理念，能夠支持多種終端設備的能力。

對消費者而言，HarmonyOS能夠將生活場景中的各類終端進行能力整合，形成一個“超級虛擬終端”，可以實現(xiàn)不同的終端設備之間的快速連接、能力互助、資源共享，匹配合適的設備、提供流暢的全場景體驗。

對應用開發(fā)者而言，HarmonyOS采用了多種分布式技術，使得應用程序的開發(fā)實現(xiàn)與不同終端設備的形態(tài)差異無關，降低了開發(fā)難度和成本。這能夠讓開發(fā)者聚焦上層業(yè)務邏輯，更加便捷、高效地開發(fā)應用。

對設備開發(fā)者而言，HarmonyOS采用了組件化的設計方案，可以根據(jù)設備的資源能力和業(yè)務特征進行靈活裁剪，滿足不同形態(tài)的終端設備對于操作系統(tǒng)的要求。

技術特性

硬件互助，資源共享

1，分布式軟總線

分布式軟總線是多種終端設備的統(tǒng)一基座，為設備之間的互聯(lián)互通提供了統(tǒng)一的分布式通信能力，能夠快速發(fā)現(xiàn)并連接設備，高效地分發(fā)任務和傳輸數(shù)據(jù)，分布式軟總線示意圖如下圖所示。

2，分布式設備虛擬化

分布式設備虛擬化平臺可以實現(xiàn)不同設備的資源融合、設備管理、數(shù)據(jù)處理，多種設備共同形成一個超級虛擬終端。針對不同類型的任務，為用戶匹配并選擇能力合適的執(zhí)行硬件，讓業(yè)務連續(xù)地在不同設備間流轉，充分發(fā)揮不同設備的資源優(yōu)勢，分布式設備虛擬化示意圖如下圖所示。

3，分布式數(shù)據(jù)管理

分布式數(shù)據(jù)管理基于分布式軟總線的能力，實現(xiàn)應用程序數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)的分布式管理。用戶數(shù)據(jù)不再與單一物理設備綁定，業(yè)務邏輯與數(shù)據(jù)存儲分離，應用跨設備運行時數(shù)據(jù)無縫銜接，為打造一致、流暢的用戶體驗創(chuàng)造了基礎條件。分布式數(shù)據(jù)管理示意圖如下圖所示。

4，分布式任務調度

分布式任務調度基于分布式軟總線、分布式數(shù)據(jù)管理、分布式Profile等技術特性，構建統(tǒng)一的分布式服務管理（發(fā)現(xiàn)、同步、注冊、調用）機制，支持對跨設備的應用進行遠程啟動、遠程調用、遠程連接以及遷移等操作，能夠根據(jù)不同設備的能力、位置、業(yè)務運行狀態(tài)、資源使用情況，以及用戶的習慣和意圖，選擇合適的設備運行分布式任務。以下圖的應用遷移為例，簡要地展示了分布式任務調度能力。

一次開發(fā)，多端部署

HarmonyOS提供了用戶程序框架、Ability框架以及UI框架，支持應用開發(fā)過程中多終端的業(yè)務邏輯和界面邏輯進行復用，能夠實現(xiàn)應用的一次開發(fā)、多端部署，提升了跨設備應用的開發(fā)效率。一次開發(fā)、多端部署示意圖如下圖所示。

統(tǒng)一OS，彈性部署

HarmonyOS通過組件化和小型化等設計方法，支持多種終端設備按需彈性部署，能夠適配不同類別的硬件資源和功能需求。支撐通過編譯鏈關系去自動生成組件化的依賴關系，形成組件樹依賴圖，支撐產(chǎn)品系統(tǒng)的便捷開發(fā)，降低硬件設備的開發(fā)門檻。

支持各組件的選擇（組件可有可無）：根據(jù)硬件的形態(tài)和需求，可以選擇所需的組件。

支持組件內(nèi)功能集的配置（組件可大可小）：根據(jù)硬件的資源情況和功能需求，可以選擇配置組件中的功能集。例如，選擇配置圖形框架組件中的部分控件。

支持組件間依賴的關聯(lián)（平臺可大可?。焊鶕?jù)編譯鏈關系，可以自動生成組件化的依賴關系。例如，選擇圖形框架組件，將會自動選擇依賴的圖形引擎組件等。

技術架構

HarmonyOS整體遵從分層設計，從下向上依次為：內(nèi)核層、系統(tǒng)服務層、框架層和應用層。系統(tǒng)功能按照“系統(tǒng) > 子系統(tǒng) > 功能/模塊”逐級展開，在多設備部署場景下，支持根據(jù)實際需求裁剪某些非必要的子系統(tǒng)或功能/模塊。HarmonyOS技術架構如下圖所示。

內(nèi)核層

HarmonyOS系統(tǒng)分為內(nèi)核子系統(tǒng)和驅動子系統(tǒng)。

內(nèi)核子系統(tǒng)：HarmonyOS采用多內(nèi)核設計，支持針對不同資源受限設備選用適合的OS內(nèi)核。內(nèi)核抽象層（KAL，KernelAbstract Layer）通過屏蔽多內(nèi)核差異，對上層提供基礎的內(nèi)核能力，包括進程/線程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡管理和外設管理等。

驅動子系統(tǒng)：HarmonyOS驅動框架（HDF）是HarmonyOS硬件生態(tài)開放的基礎，提供統(tǒng)一外設訪問能力和驅動開發(fā)、管理框架。

系統(tǒng)服務層

系統(tǒng)服務層是HarmonyOS的核心能力集合，通過框架層對應用程序提供服務。該層包含以下幾個部分：

系統(tǒng)基本能力子系統(tǒng)集：為分布式應用在HarmonyOS多設備上的運行、調度、遷移等操作提供了基礎能力，由分布式軟總線、分布式數(shù)據(jù)管理、分布式任務調度、方舟多語言運行時、公共基礎庫、多模輸入、圖形、安全、AI等子系統(tǒng)組成。其中，方舟運行時提供了C/C++/JS多語言運行時和基礎的系統(tǒng)類庫，也為使用方舟編譯器靜態(tài)化的Java程序（即應用程序或框架層中使用Java語言開發(fā)的部分）提供運行時。

基礎軟件服務子系統(tǒng)集：為HarmonyOS提供公共的、通用的軟件服務，由事件通知、電話、多媒體、DFX、MSDP&DV等子系統(tǒng)組成。

增強軟件服務子系統(tǒng)集：為HarmonyOS提供針對不同設備的、差異化的能力增強型軟件服務，由智慧屏專有業(yè)務、穿戴專有業(yè)務、IoT專有業(yè)務等子系統(tǒng)組成。

硬件服務子系統(tǒng)集：為HarmonyOS提供硬件服務，由位置服務、生物特征識別、穿戴專有硬件服務、IoT專有硬件服務等子系統(tǒng)組成。

根據(jù)不同設備形態(tài)的部署環(huán)境，基礎軟件服務子系統(tǒng)集、增強軟件服務子系統(tǒng)集、硬件服務子系統(tǒng)集內(nèi)部可以按子系統(tǒng)粒度裁剪，每個子系統(tǒng)內(nèi)部又可以按功能粒度裁剪。

框架層

框架層為HarmonyOS的應用程序提供了Java/C/C++/JS等多語言的用戶程序框架和Ability框架，以及各種軟硬件服務對外開放的多語言框架API；同時為采用HarmonyOS的設備提供了C/C++/JS等多語言的框架API，不同設備支持的API與系統(tǒng)的組件化裁剪程度相關。

應用層

應用層包括系統(tǒng)應用和第三方非系統(tǒng)應用。HarmonyOS的應用由一個或多個FA（Feature Ability）或PA（Particle Ability）組成。其中，F(xiàn)A有UI界面，提供與用戶交互的能力；而PA無UI界面，提供后臺運行任務的能力以及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問抽象。基于FA/PA開發(fā)的應用，能夠實現(xiàn)特定的業(yè)務功能，支持跨設備調度與分發(fā)，為用戶提供一致、高效的應用體驗。

系統(tǒng)安全

在搭載HarmonyOS的分布式終端上，可以保證“正確的人，通過正確的設備，正確地使用數(shù)據(jù)”。

通過“分布式多端協(xié)同身份認證”來保證“正確的人”。

通過“在分布式終端上構筑可信運行環(huán)境”來保證“正確的設備”。

通過“分布式數(shù)據(jù)在跨終端流動的過程中，對數(shù)據(jù)進行分類分級管理”來保證“正確地使用數(shù)據(jù)”。

正確的設備

在分布式終端場景下，只有保證用戶使用的設備是安全可靠的，才能保證用戶數(shù)據(jù)在虛擬終端上得到有效保護，避免用戶隱私泄露。

安全啟動確保源頭每個虛擬設備運行的系統(tǒng)固件和應用程序是完整的、未經(jīng)篡改的。通過安全啟動，各個設備廠商的鏡像包就不易被非法替換為惡意程序，從而保護用戶的數(shù)據(jù)和隱私安全。

可信執(zhí)行環(huán)境提供了基于硬件的可信執(zhí)行環(huán)境（TEE，Trusted Execution Environment）來保護用戶的個人敏感數(shù)據(jù)的存儲和處理，確保數(shù)據(jù)不泄露。由于分布式終端硬件的安全能力不同，對于用戶的敏感個人數(shù)據(jù)，需要使用高安全等級的設備進行存儲和處理。HarmonyOS使用基于數(shù)學可證明的形式化開發(fā)和驗證的TEE微內(nèi)核，獲得了商用OS內(nèi)核CC EAL5+的認證評級。

設備證書認證支持為具備可信執(zhí)行環(huán)境的設備預置設備證書，用于向其他虛擬終端證明自己的安全能力。對于有TEE環(huán)境的設備，通過預置PKI（Public Key Infrastructure）設備證書給設備身份提供證明，確保設備是合法制造生產(chǎn)的。設備證書在產(chǎn)線進行預置，設備證書的私鑰寫入并安全保存在設備的TEE環(huán)境中，且只在TEE內(nèi)進行使用。在必須傳輸用戶的敏感數(shù)據(jù)（例如密鑰、加密的生物特征等信息）時，會在使用設備證書進行安全環(huán)境驗證后，建立從一個設備的TEE到另一設備的TEE之間的安全通道，實現(xiàn)安全傳輸，如下圖所示。

正確地使用數(shù)據(jù)

在分布式終端場景下，需要確保用戶能夠正確地使用數(shù)據(jù)。HarmonyOS圍繞數(shù)據(jù)的生成、存儲、使用、傳輸以及銷毀過程進行全生命周期的保護，從而保證個人數(shù)據(jù)與隱私、以及系統(tǒng)的機密數(shù)據(jù)（如密鑰）不泄漏。

數(shù)據(jù)生成：根據(jù)數(shù)據(jù)所在的國家或組織的法律法規(guī)與標準規(guī)范，對數(shù)據(jù)進行分類分級，并且根據(jù)分類設置相應的保護等級。每個保護等級的數(shù)據(jù)從生成開始，在其存儲、使用、傳輸?shù)恼麄€生命周期都需要根據(jù)對應的安全策略提供不同強度的安全防護。虛擬超級終端的訪問控制系統(tǒng)支持依據(jù)標簽的訪問控制策略，保證數(shù)據(jù)只能在可以提供足夠安全防護的虛擬終端之間存儲、使用和傳輸。

數(shù)據(jù)存儲：HarmonyOS通過區(qū)分數(shù)據(jù)的安全等級，存儲到不同安全防護能力的分區(qū)，對數(shù)據(jù)進行安全保護，并提供密鑰全生命周期的跨設備無縫流動和跨設備密鑰訪問控制能力，支撐分布式身份認證協(xié)同、分布式數(shù)據(jù)共享等業(yè)務。

數(shù)據(jù)使用：HarmonyOS通過硬件為設備提供可信執(zhí)行環(huán)境。用戶的個人敏感數(shù)據(jù)僅在分布式虛擬終端的可信執(zhí)行環(huán)境中進行使用，確保用戶數(shù)據(jù)的安全和隱私不泄露。

數(shù)據(jù)傳輸：為了保證數(shù)據(jù)在虛擬超級終端之間安全流轉，需要各設備是正確可信的，建立了信任關系（多個設備通過華為帳號建立配對關系），并能夠在驗證信任關系后，建立安全的連接通道，按照數(shù)據(jù)流動的規(guī)則，安全地傳輸數(shù)據(jù)。當設備之間進行通信時，需要基于設備的身份憑據(jù)對設備進行身份認證，并在此基礎上，建立安全的加密傳輸通道。

數(shù)據(jù)銷毀：銷毀密鑰即銷毀數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在虛擬終端的存儲，都建立在密鑰的基礎上。當銷毀數(shù)據(jù)時，只需要銷毀對應的密鑰即完成了數(shù)據(jù)的銷毀。

二. 子系統(tǒng)架構

三. 關鍵技術

華為鴻蒙OS的四大技術特性

鴻蒙OS的設計初衷是為滿足全場景智慧體驗的高標準的連接要求，為此華為提出了4大特性的系統(tǒng)解決方案。

分布式架構首次用于終端OS，實現(xiàn)跨終端無縫協(xié)同體驗

鴻蒙OS的“分布式OS架構”和“分布式軟總線技術”通過公共通信平臺，分布式數(shù)據(jù)管理，分布式能力調度和虛擬外設四大能力，將相應分布式應用的底層技術實現(xiàn)難度對應用開發(fā)者屏蔽，使開發(fā)者能夠聚焦自身業(yè)務邏輯，像開發(fā)同一終端一樣開發(fā)跨終端分布式應用，也使最終消費者享受到強大的跨終端業(yè)務協(xié)同能力為各使用場景帶來的無縫體驗。

確定時延引擎和高性能IPC技術實現(xiàn)系統(tǒng)天生流暢

鴻蒙 OS通過使用確定時延引擎和高性能IPC兩大技術解決現(xiàn)有系統(tǒng)性能不足的問題。確定時延引擎可在任務執(zhí)行前分配系統(tǒng)中任務執(zhí)行優(yōu)先級及時限進行調度處理，優(yōu)先級高的任務資源將優(yōu)先保障調度，應用響應時延降低25.7%。鴻蒙微內(nèi)核結構小巧的特性使IPC（進程間通信）性能大大提高，進程通信效率較現(xiàn)有系統(tǒng)提升5倍。

基于微內(nèi)核架構重塑終端設備可信安全

鴻蒙OS采用全新的微內(nèi)核設計，擁有更強的安全特性和低時延等特點。微內(nèi)核設計的基本思想是簡化內(nèi)核功能，在內(nèi)核之外的用戶態(tài)盡可能多地實現(xiàn)系統(tǒng)服務，同時加入相互之間的安全保護。微內(nèi)核只提供最基礎的服務，比如多進程調度和多進程通信等。

鴻蒙OS將微內(nèi)核技術應用于可信執(zhí)行環(huán)境（TEE），通過形式化方法，重塑可信安全。形式化方法是利用數(shù)學方法，從源頭驗證系統(tǒng)正確，無漏洞的有效手段。傳統(tǒng)驗證方法如功能驗證，模擬攻擊等只能在選擇的有限場景進行驗證，而形式化方法可通過數(shù)據(jù)模型驗證所有軟件運行路徑。 鴻蒙OS首次將形式化方法用于終端TEE，顯著提升安全等級。同時由于鴻蒙OS微內(nèi)核的代碼量只有Linux宏內(nèi)核的千分之一，其受攻擊幾率也大幅降低。

通過統(tǒng)一IDE支撐一次開發(fā)，多端部署，實現(xiàn)跨終端生態(tài)共享

鴻蒙OS憑借多終端開發(fā)IDE，多語言統(tǒng)一編譯，分布式架構Kit提供屏幕布局控件以及交互的自動適配，支持控件拖拽，面向預覽的可視化編程，從而使開發(fā)者可以基于同一工程高效構建多端自動運行App，實現(xiàn)真正的一次開發(fā)，多端部署，在跨設備之間實現(xiàn)共享生態(tài)。華為方舟編譯器是首個取代Android虛擬機模式的靜態(tài)編譯器，可供開發(fā)者在開發(fā)環(huán)境中一次性將高級語言編譯為機器碼。此外，方舟編譯器未來將支持多語言統(tǒng)一編譯，可大幅提高開發(fā)效率。

四. 參考資料

通過以下材料可進一步了解：

1）微內(nèi)核和宏內(nèi)核的差異，為什么鴻蒙選擇微內(nèi)核；

2）方舟編譯器的原理和作用，已經(jīng)它所解決的核心技術問題。

HarmonyOS鴻蒙操作系統(tǒng)的研發(fā)歷程：微內(nèi)核、方舟編譯器、IOT生態(tài)等

編輯：hfy