HarmonyOS入門講解和代碼編譯運行

簡介

華為鴻蒙系統(tǒng)是一款全新的面向全場景的分布式操作系統(tǒng)，創(chuàng)造一個超級虛擬終端互聯(lián)的世界，將人、設(shè)備、場景有機(jī)地聯(lián)系在一起，將消費者在全場景生活中接觸的多種智能終端，實現(xiàn)極速發(fā)現(xiàn)、極速連接、硬件互助、資源共享，用合適的設(shè)備提供場景體驗。

1.1 抽象的藝術(shù)

華為的消費者業(yè)務(wù)很強大，個人消費品注重品控，這恰恰是華為的優(yōu)勢，華為設(shè)備的穩(wěn)定性和對需求響應(yīng)速度都是很好的，這也適合做個人消費品，可以這么說帖上華為的標(biāo)簽，價錢就能漲一點。

但是各種設(shè)備，這里可以統(tǒng)稱為AIOT物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，里面運行的程序千奇百怪，維護(hù)成本很高，這么多設(shè)備，里面如果有軟件共性的東西抽取出來一個核心，把這個核心做好，那么這些設(shè)備就不容易出問題，還容易維護(hù)，關(guān)鍵還能相互通信，因為有了共同的基礎(chǔ)OS。那么這個核心就是“微內(nèi)核”LiteOS，把最基礎(chǔ)OS的組件放入LiteOS，大家共用，這其實是軟件領(lǐng)域一種“抽象”的概念。

計算機(jī)科學(xué)中遇到的所有問題都可通過增加一層抽象來解決。

抽象的優(yōu)點在于它讓上層以較小的代價獲得所需的功能，并同時可以提供一些保護(hù)。但抽象同時也是一種限制，會喪失一些應(yīng)有的靈活性。

比如，當(dāng)你在考慮在項目中應(yīng)該使用哪個函數(shù)庫的時候，就常常需要這方面的權(quán)衡：過多的抽象和過少的抽象自然都是不合適的。理解應(yīng)用的需求也很重要。

一個能合理滿足應(yīng)用需求的操作系統(tǒng)設(shè)計是操作系統(tǒng)設(shè)計者需要深入考慮的問題。這也是一種權(quán)衡，過多的服務(wù)功能和過少的服務(wù)功能自然都是不合適的。實際上，我們通過應(yīng)用程序的特征和需求來判斷操作系統(tǒng)需要什么程度的抽象和功能。

軟件抽象的直接結(jié)果就是導(dǎo)致“模塊化”和“分層”，從軟件框架圖里面可以看出來：

LiteOS的特點：輕量級（內(nèi)核小于10k）、低功耗（1節(jié)5號電池最多可以工作5年）。鴻蒙系統(tǒng)可以覆蓋所有的設(shè)備，應(yīng)用在智能設(shè)備上，比如攝像頭、門鈴、體溫計等設(shè)備。利用軟總線將各個設(shè)備連接起來。

1.2 萬法歸一

上面說了抽象出微內(nèi)核，這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，不僅底層代碼可以復(fù)用，野心更大一點上層代碼也可以在不同產(chǎn)品上復(fù)用，真正的“一為萬物，萬物歸一”，修成武林至高秘籍，站在軟件的最高峰。主要由以下概括：

統(tǒng)一OS，彈性部署 一套操作系統(tǒng)，滿足大大小小所有設(shè)備的需求，小到耳機(jī)，大到車機(jī)，智慧屏，手機(jī)等，讓不同設(shè)備使用同一語言無縫溝通。

硬件互助，資源共享 搭載HarmonyOS 的每個設(shè)備都不是孤立的，在系統(tǒng)層讓多終端融為一體，成為“超級終端”，終端之間能力互助共享，帶來無縫協(xié)同體驗。

一次開發(fā)，多端部署 開發(fā)者基于分布式應(yīng)用框架，寫一次邏輯代碼，就可以部署在多種終端上。

應(yīng)用自由跨端 HarmonyOS 原子化服務(wù)是輕量化服務(wù)的新物種，它提供了全新的服務(wù)和交互方式，可分可合，可流轉(zhuǎn)，支持免安裝等特性，能夠讓應(yīng)用化繁為簡，讓服務(wù)觸手可及。

用“簡單”激活你的設(shè)備智能 HarmonyOS 是新一代智能終端操作系統(tǒng)。為不同設(shè)備的智能化、互聯(lián)與協(xié)同提供了統(tǒng)一的語言。設(shè)備可實現(xiàn)一碰入網(wǎng)，無屏變有屏，操作可視化，一鍵直達(dá)原廠服務(wù)等全新功能。通過簡單而智能的服務(wù)，實現(xiàn)設(shè)備智能化產(chǎn)業(yè)升級。

這種大一統(tǒng)的思想，怎么感覺這么熟悉，好像就是中國人骨子里面的“大一統(tǒng)”，我們要搞中央集權(quán)，要集中力量辦大事，不允許分裂，吸納包容擴(kuò)大自己，看來中國人也善于干這個事情。。。

1.3 分層誕生了軟總線

華為提出了“分布式軟總線”，是不是覺得這個名字很高大上，事實證明一個高大上的名字非常的重要，特別是需要對外宣傳的東西，或者是一個老的技術(shù)在一個新領(lǐng)域的應(yīng)用，足可以用高大上的名字去新的領(lǐng)域忽悠一波。分布式軟總線的實質(zhì)就是“通信”，其實就是一個通信協(xié)議，但是名字叫“XXX協(xié)議”，那不是爛大街了，你說很牛逼，原來就個這玩意，都沒人信。

不同設(shè)備間的通信，最常見的就是OSI七層協(xié)議模型，學(xué)過《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》的都清楚。這里出現(xiàn)了一個不按套路出牌的，基于萬物互聯(lián)的需求，覺得七層太復(fù)雜了，需要簡化，直接砍掉三層七層變四層，然后改進(jìn)下適應(yīng)自己的需求，也算是創(chuàng)新，如下圖：

全場景設(shè)備間可以基于軟總線完成設(shè)備虛擬化、跨設(shè)備服務(wù)調(diào)用、多屏協(xié)同、文件分享等分布式業(yè)務(wù)。分布式軟總線的典型特征：

自動發(fā)現(xiàn)/即連即用

高帶寬

低時延

高可靠

開放/標(biāo)準(zhǔn)

將中間的四層協(xié)議棧精簡為一層提升有效載荷，有效傳輸帶寬提升20%。極簡協(xié)議在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行增強：

流式傳輸：基于UDP實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保序和可靠傳輸；

雙輪驅(qū)動：顛覆傳統(tǒng)TCP每包確認(rèn)機(jī)制；

不懼網(wǎng)損：摒棄傳統(tǒng)滑動窗口機(jī)制，丟包快速恢復(fù)，避免阻塞；

不懼抖動：智能感知網(wǎng)絡(luò)變化，自適應(yīng)流量控制和擁塞控制；

總結(jié)下，就是參考《計算機(jī)組成原理》里面硬件總線的概念，受到啟發(fā)，然后把《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》里面的七層模型改四層用起來，最后再根據(jù)業(yè)務(wù)需求做一些修正，滿足不同的需求。看著好像簡單，其實從技術(shù)創(chuàng)新角度已經(jīng)算挺大創(chuàng)新了，特別是能工程應(yīng)用。最近看馬斯克吐槽發(fā)論文大多沒用，能工程實踐特別是利用基礎(chǔ)理論，才是一種更有益的創(chuàng)新吧。

1.4 軟件框架介紹

上面放過這個圖，解釋鴻蒙的特性。下面具體看下： 內(nèi)核層 內(nèi)核子系統(tǒng)：采用多內(nèi)核（Linux內(nèi)核或者LiteOS）設(shè)計，支持針對不同資源受限設(shè)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(chǔ)的內(nèi)核能力，包括進(jìn)程/線程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理和外設(shè)管理等。

驅(qū)動子系統(tǒng)：驅(qū)動框架（HDF）是系統(tǒng)硬件生態(tài)開放的基礎(chǔ)，提供統(tǒng)一外設(shè)訪問能力和驅(qū)動開發(fā)、管理框架。

系統(tǒng)服務(wù)層

系統(tǒng)服務(wù)層是OpenHarmony的核心能力集合，通過框架層對應(yīng)用程序提供服務(wù)。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(yīng)用在多設(shè)備上的運行、調(diào)度、遷移等操作提供了基礎(chǔ)能力，由分布式軟總線、分布式數(shù)據(jù)管理、分布式任務(wù)調(diào)度、公共基礎(chǔ)庫、多模輸入、圖形、安全、AI等子系統(tǒng)組成。

基礎(chǔ)軟件服務(wù)子系統(tǒng)集：提供公共的、通用的軟件服務(wù)，由事件通知、電話、多媒體、DFX（Design For X） 等子系統(tǒng)組成。

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

硬件服務(wù)子系統(tǒng)集：提供硬件服務(wù)，由位置服務(wù)、用戶IAM、穿戴專有硬件服務(wù)、IoT專有硬件服務(wù)等子系統(tǒng)組成。

根據(jù)不同設(shè)備形態(tài)的部署環(huán)境，基礎(chǔ)軟件服務(wù)子系統(tǒng)集、增強軟件服務(wù)子系統(tǒng)集、硬件服務(wù)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

框架層為應(yīng)用開發(fā)提供了C/C++/JS等多語言的用戶程序框架和Ability框架，適用于JS語言的ArkUI框架，以及各種軟硬件服務(wù)對外開放的多語言框架API。根據(jù)系統(tǒng)的組件化裁剪程度，設(shè)備支持的API也會有所不同。

應(yīng)用層

應(yīng)用層包括系統(tǒng)應(yīng)用和第三方非系統(tǒng)應(yīng)用。應(yīng)用由一個或多個FA（Feature Ability）或PA（ParticleAbility）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(wù)的能力以及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問抽象?；贔A/PA開發(fā)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)特定的業(yè)務(wù)功能，支持跨設(shè)備調(diào)度與分發(fā)，為用戶提供一致、高效的應(yīng)用體驗。

1.5 鴻蒙微內(nèi)核LiteOS介紹

上面是HuaweiLiteOS架構(gòu)框圖，操作系統(tǒng)是一個大的概念，其中包含了內(nèi)核，鴻蒙的內(nèi)核就是LiteOS，但是內(nèi)核有時也單獨叫一個操作系統(tǒng)，大家知道就可以。LiteOS基礎(chǔ)內(nèi)核：包括不可裁剪的極小內(nèi)核和可裁剪的其他模塊。極小內(nèi)核包含任務(wù)管理、內(nèi)存管理、中斷管理、異常管理和系統(tǒng)時鐘。可裁剪的模塊包括信號量、互斥鎖、隊列管理、事件管理、軟件定時器等。

對于微內(nèi)核，由于用MMU（內(nèi)存管理單元）對進(jìn)程空間（內(nèi)存區(qū)域）做了隔離保護(hù)，沒有授權(quán)的進(jìn)程是無法訪問其他進(jìn)程的空間。這就阻止了惡意程序?qū)ζ渌M(jìn)程數(shù)據(jù)的竊取。在微內(nèi)核的管理下，因為MMU的封鎖過于嚴(yán)格，用戶進(jìn)程要存儲一個東西，必須請求內(nèi)核，使用內(nèi)核的IPC進(jìn)行進(jìn)程間的通信。

Linux是宏內(nèi)核，大量數(shù)據(jù)處理是通過系統(tǒng)調(diào)用這個問題不突出，但是微內(nèi)核的IPC實在是“傷不起”，就這樣微內(nèi)核一直被Linux這種宏內(nèi)核吊打。學(xué)界想了很多辦法，L4提出了一個Fast IPC的辦法，只要你IPC通訊沒數(shù)據(jù)，可以借用CPU核心寄存器的辦法傳遞消息，速度大大加快。也有人想到了dIPC, directIPC。

用標(biāo)簽內(nèi)存的辦法進(jìn)行隔離，傳遞數(shù)據(jù)，無需通過內(nèi)核空間。大大加快了通訊速度。但標(biāo)簽內(nèi)存不符合現(xiàn)在計算機(jī)體系的架構(gòu)，實踐中，采用的可能性較小。

上交的陳海波教授團(tuán)隊，19年想了兩個辦法進(jìn)行IPC的加速。一個是XPC，一個是Skybridge。其中XPC是硬件，增加了一點點CPU硬件修改，使得IPC通訊無需內(nèi)核的參與，也無需數(shù)據(jù)拷貝；Skybridge，采用的是雙內(nèi)核，一個RootKernel，類似type-1的虛化，專門負(fù)責(zé)IPC數(shù)據(jù)通訊，上層的Kernel為微內(nèi)核。這樣IPC繞過了MMU 機(jī)制，也不會對微內(nèi)核之上的MMU保護(hù)機(jī)制產(chǎn)生破壞。在IPC通訊的時候，無內(nèi)核參與，無需拷貝。

再來看看Android的架構(gòu)。Android因為采用了非常多的服務(wù)，不同于普通的應(yīng)用，非常依賴于IPC通訊。為了提高速度，開發(fā)出了 IPC Binder Drivers 來加速 Linux下的IPC通訊。但效果不是太理想。XPC對BinderIPC的加速有50多倍。

SkyBridge和dIPC處于同一性能級別，XPC則更高。從論文上看，SkyBridge更實用一些，未來XPC還需要繼續(xù)依賴于硬件的革新。

1.6 風(fēng)口汽車上的鴻蒙應(yīng)用

按照之前說的萬物歸一，那華為拿“鴻蒙”這大殺器，哪里有風(fēng)口，就往哪里用啊。特別是汽車，簡直太適合“鴻蒙”系統(tǒng)了，可以說比手機(jī)都適合。

車機(jī)鴻蒙 OS 對生態(tài)端和硬件端均實現(xiàn)極為強勁的支持。

1）鴻蒙 OS 車機(jī)系統(tǒng)在生態(tài) 上可以對接華為原生應(yīng)用和應(yīng)用商城，對車企支持儀表應(yīng)用、OEM 應(yīng)用等；

2）鴻蒙 OS 車機(jī)系統(tǒng)可以支持一芯多屏、多并發(fā)、分布式外設(shè)、車載網(wǎng)絡(luò)&多部件協(xié)同等特性。

鴻蒙 OS 基于微內(nèi)核，兼具 QNX 和Android 的優(yōu)點，尤其國內(nèi)華為服務(wù)支持在后端生 態(tài)適配上更有優(yōu)勢。QNX 是最為老牌的車載操作系統(tǒng)，作為微內(nèi)核系統(tǒng)，QNX 提供較高的安全性、穩(wěn)定性和實時性，但對生態(tài)支持較差。Andorid 與之相反，生態(tài)上有現(xiàn)成的手機(jī)生態(tài)做支撐，但在安全穩(wěn)定性較差，無法支持儀表。

Linux 易于剪裁開發(fā)， 大眾 VW.OS 和特斯拉 Version 均基于 Linux，特斯拉 Version 也直接支持使用 Linux 運行儀表軟件，但 Linux 生態(tài)較弱。鴻蒙 OS 采用微內(nèi)核，對于分布式產(chǎn)品只需要較少硬件資源就可以支持，響應(yīng)速度較快，可以支持儀表等高實時穩(wěn)定要求的部件工作。

2. 代碼下載編譯

2.1 代碼下載

repo init -u https://gitee.com/openharmony/manifest.git-b master --no-repo-verify
repo sync-c
repo forall -c'git lfs pull'

repo sync -j1 --fail-fast

2.2 編譯環(huán)境搭建

每次都搞編譯環(huán)境，很麻煩，有個個簡單的方法就是使用Docker，華為提供了Docker環(huán)境。Docker 是一個用于開發(fā)，交付和運行應(yīng)用程序的開放平臺，相當(dāng)于直接擁有了別人配置好的一個環(huán)境。

Docker 使您能夠?qū)?yīng)用程序與基礎(chǔ)架構(gòu)分開，從而可以快速交付軟件。借助 Docker，您可以與管理應(yīng)用程序相同的方式來管理基礎(chǔ)架構(gòu)。

通過利用 Docker 的方法來快速交付，測試和部署代碼，您可以大大減少編寫代碼和在生產(chǎn)環(huán)境中運行代碼之間的延遲。

curl -fsSL https://get.docker.com
| bash -s docker --mirror Aliyun

docker pull
swr.cn-south-1.myhuaweicloud.com/openharmony-docker/openharmony-docker:1.0.0

進(jìn)入源碼根目錄執(zhí)行如下命令，從而進(jìn)入Docker構(gòu)建環(huán)境。ubuntu下執(zhí)行：

dockerrun-it-v$(pwd):/home/openharmony swr.cn-south-1.myhuaweicloud.com/openharmony-docker/openharmony-docker:1.0.0

2.3 編譯運行

進(jìn)入Docker后，就像你擁有了一臺別人已經(jīng)配置好的環(huán)境的電腦。

執(zhí)行如下命令進(jìn)行配置：

hb set

用上下箭頭選擇qemu_mini_system_demo并回車。 執(zhí)行如下編譯命令：

hb build -f

查看編譯結(jié)果：

運行：

./qemu-run

從上面log可以看到系統(tǒng)啟動后，會啟動網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧tcpio，然后進(jìn)入shlll，最后自動執(zhí)行了Test程序。






審核編輯：劉清