【诚迈科技】初识Harmony

发布于 2021-9-17 10:08
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【诚迈科技】初识Harmony-开源基础软件社区

今年六月份华为正式发布了鸿蒙操作系统,到现在三个多月过去了,九月十三号的时候华为公司更是公布了鸿蒙系统用户量突破一亿的好消息。这庞大的用户量使得鸿蒙系统越做越好,同时作为开源项目,有更多的人也参与到了鸿蒙生态开发中。与安卓、IOS不同的是,鸿蒙系统不仅仅是一个手机操作系统,更是面向全场景分布式操作系统,可以在多设备中部署,引用余总的一句话,“万物互联时代,没有人会是一座孤岛,每个人、每个设备都是万物互联大陆的一部分”。

作为开发者还是很有必要了解一下这个国产系统的:

HarmonyOS,中文名称鸿蒙操作系统。鸿蒙,代表着万物之始,一切的起源,代表着从零开始,代表着破开混沌的决心;既能看出华为开天辟地的决心,也能感受到他们披荆斩棘的艰辛。

HarmonyOS分为南向和北向开发,HarmonyOS应用开发叫做北向,为纯软件开发,一般用java、js、c++等语言,主要实现应用功能;HarmonyOS设备开发叫做南向开发,是软硬结合的嵌入式开发,一般用c、c++,主要是硬件操作和提供北向开发使用的API内部实现。

下面我们来看下具体介绍的HarmonyOS 操作系统架构
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一、 简介

1. 什么是HarmonyOS

HarmonyOS 是一款“面向未来”、面向全场景(移动办公、运动健康、社交通信、媒体娱乐等),可以实现万物互联时代的分布式操作系统。在传统的单设备系统能力的基础上,HarmonyOS 提出了基于同一套系统能力、适配多种终端形态的分布式理念,能够支持多种终端设备。并且还提供多种语言开发的API,Java、C/C++等开发语言。

HarmonyOS不只是单纯的手机操作系统,它是手机和智能设备的总称,可以构建1+8+N的全场景应用,以手机为核心,与其他嵌入式产品无缝交互,为不同设备的智能化、互联与协同提供了统一的语言。带来简洁、流畅、连续、安全可靠的全场景交互体验。

l 对消费者而言,HarmonyOS能够将生活场景中的各类终端进行能力整合,可以实现不同的终端设备之间的快速连接、能力互助、资源共享,匹配合适的设备、提供流畅的全场景体验。

l 对应用开发者而言,HarmonyOS采用了多种分布式技术,使得应用程序的开发实现与不同终端设备的形态差异无关。这能够让开发者聚焦上层业务逻辑,更加便捷、高效地开发应用。

l 对设备开发者而言,HarmonyOS采用了组件化的设计方案,可以根据设备的资源能力和业务特征进行灵活裁剪,满足不同形态的终端设备对于操作系统的要求。

2. 什么是OpenHarmony

OpenHarmony是开放原子开源基金会(OpenAtom Foundation)旗下开源项目,定位是一款面向全场景的开源分布式操作系统。

OpenHarmony开源网站:https://gitee.com/openharmony

OpenHarmony在传统的单设备系统能力的基础上,创造性地提出了基于同一套系统能力、适配多种终端形态的理念,支持多种终端设备上运行,第一个版本支持128K~128M设备上运行,欢迎参加开源社区一起持续演进。针对设备开发者,OpenHarmony采用了组件化的设计方案,可以根据设备的资源能力和业务特征进行灵活裁剪,满足不同形态的终端设备对于操作系统的要求。可运行在百K级别的资源受限设备和穿戴类设备,也可运行在百M级别的智能家用摄像头/行车记录仪等相对资源丰富的设备。

二、 技术特性

1. 硬件互助,资源共享

多种设备之间能够实现硬件互助、资源共享,依赖的关键技术包括分布式软总线、分布式设备虚拟化、分布式数据管理、分布式任务调度等。

1) 分布式软总线

分布式软总线是手机、平板、电脑、穿戴设备等分布式设备的通讯基座,为1+8+N设备间搭建一条“无形”的通道,具有即连即用、高带宽、低时延、高可靠等优点。

传统的设备发现是需要手动操作才能实现,如蓝牙,两个设备需要同时打开开关,在列表选择并配对成功之后才能建立连接,软总线可以实现自发现,用户零等待就可以建立多设备互联。

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2) 分布式设备虚拟化

分布式设备虚拟化将周边的智能设备打造为手机的虚拟模块,成为手机能力的延伸从而成为一个超级终端,提升用户体验。

分布式设备虚拟化平台可以实现不同设备的资源融合、设备管理、数据处理,多种设备共同形成一个超级虚拟终端。针对不同类型的任务,为用户匹配并选择能力合适的执行硬件,让业务连续地在不同设备间流转,充分发挥不同设备的资源优势,分布式设备虚拟化示意图如下图所示。

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3) 分布式数据管理

分布式数据管理基于分布式软总线的能力,实现应用程序数据和用户数据的分布式管理。用户数据不再与单一物理设备绑定,业务逻辑与数据存储分离,应用跨设备运行时数据无缝衔接,为打造一致、流畅的用户体验创造了基础条件。

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4) 分布式任务调度

分布式任务调度基于分布式软总线、分布式数据管理、分布式Profile等技术特性,构建统一的分布式服务管理(发现、同步、注册、调用)机制,支持对跨设备的应用进行远程启动、远程调用、远程连接以及迁移等操作,能够根据不同设备的能力、位置、业务运行状态、资源使用情况,以及用户的习惯和意图,选择合适的设备运行分布式任务。

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2. 一次开发,多端部署

开发者基于分布式应用框架,写一次逻辑代码,能够实现应用的一次开发、多端部署,提升了跨设备应用的开发效率。

3. 统一OS,弹性部署

HarmonyOS使用同一套系统源码,通过组件化和小型化等设计方法,可以在多种终端按需部署,能够根据硬件资源和功能需求进行相应裁剪

l 支持各组件的选择(组件可有可无):根据硬件的形态和需求,可以选择所需的组件。

l 支持组件内功能集的配置(组件可大可小):根据硬件的资源情况和功能需求,可以选择配置组件中的功能集。例如,选择配置图形框架组件中的部分控件。

l 支持组件间依赖的关联(平台可大可小):根据编译链关系,可以自动生成组件化的依赖关系。例如,选择图形框架组件,将会自动选择依赖的图形引擎组件等。

三、 系统架构

HarmonyOS整体遵从分层设计,从下向上依次为:内核层、系统服务层、框架层和应用层。系统功能按照“系统 > 子系统 > 功能/模块”逐级展开,在多设备部署场景下,支持根据实际需求裁剪某些非必要的子系统或功能/模块。

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1. 内核层

内核子系统:HarmonyOS采用多内核设计,支持针对不同资源受限设备选用适合的OS内核。内核抽象层(KAL,KernelAbstract Layer)通过屏蔽多内核差异,对上层提供基础的内核能力,包括进程/线程管理、内存管理、文件系统、网络管理和外设管理等。

Harmony具体使用到了LiteOS内核和Linux内核,而LiteOS内核又分为LiteOS-A内核与LiteOS-M内核,根据用户需求可以分为三种基础系统类型:轻量、小型、标准。轻量系统可以选用LiteOS,标准系统可以选用Linux。

轻量系统(mini system)面向 MCU 类处理器例如 Arm Cortex-M、RISC-V 32 位的设备,硬件资源极其有限,支持的设备最小内存为 128KiB,可以提供多种轻量级网络协议,轻量级的图形框架,以及丰富的 IOT 总线读写部件等。可支撑的产品如智能家居领域的连接类模组、传感器设备、穿戴类设备等。

小型系统(small system)面向应用处理器例如 Arm Cortex-A 的设备,支持的设备最小内存为 1MiB,可以提供更高的安全能力、标准的图形框架、视频编解码的多媒体能力。可支撑的产品如智能家居领域的 IP Camera、电子猫眼、路由器以及智慧出行域的行车记录仪等。

标准系统(standard system)面向应用处理器例如 Arm Cortex-A 的设备,支持的设备最小内存为 128MiB,可以提供增强的交互能力、3D GPU 以及硬件合成能力、更多控件以及动效更丰富的图形能力、完整的应用框架。可支撑的产品如高端的冰箱显示屏。

系统级别 轻量系统 小型系统 标准系统
LiteOS-M
LiteOS-A
Linux

驱动子系统:HarmonyOS驱动框架(HDF)是HarmonyOS硬件生态开放的基础,提供统一外设访问能力和驱动开发、管理框架。

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2. 系统服务层

系统服务层是HarmonyOS的核心能力集合,通过框架层对应用程序提供服务。该层包含以下几个部分:

系统基本能力子系统集:为分布式应用在HarmonyOS多设备上的运行、调度、迁移等操作提供了基础能力,由分布式软总线、分布式数据管理、分布式任务调度、方舟多语言运行时、公共基础库、多模输入、图形、安全、AI等子系统组成。其中,方舟运行时提供了C/C++/JS多语言运行时和基础的系统类库,也为使用方舟编译器静态化的Java程序(即应用程序或框架层中使用Java语言开发的部分)提供运行时。

基础软件服务子系统集:为HarmonyOS提供公共的、通用的软件服务,由事件通知、电话、多媒体、DFX、MSDP&DV等子系统组成。

增强软件服务子系统集:为HarmonyOS提供针对不同设备的、差异化的能力增强型软件服务,由智慧屏专有业务、穿戴专有业务、IoT专有业务等子系统组成。

硬件服务子系统集:为HarmonyOS提供硬件服务,由位置服务、生物特征识别、穿戴专有硬件服务、IoT专有硬件服务等子系统组成。

根据不同设备形态的部署环境,基础软件服务子系统集、增强软件服务子系统集、硬件服务子系统集内部可以按子系统粒度裁剪,每个子系统内部又可以按功能粒度裁剪。

3. 框架层

框架层为HarmonyOS的应用程序提供了Java/C/C++/JS等多语言的用户程序框架和Ability框架,以及各种软硬件服务对外开放的多语言框架API;同时为采用HarmonyOS的设备提供了C/C++/JS等多语言的框架API,不同设备支持的API与系统的组件化裁剪程度相关。

4. 应用层

应用层包括系统应用和第三方非系统应用。HarmonyOS的应用由一个或多个FA(Feature Ability)或PA(Particle Ability)组成。其中,FA有UI界面,提供与用户交互的能力;而PA无UI界面,提供后台运行任务的能力以及统一的数据访问抽象。基于FA/PA开发的应用,能够实现特定的业务功能,支持跨设备调度与分发,为用户提供一致、高效的应用体验。

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