一文帶你看懂HarmonyOS如何適配多種終端
51CTO和華為官方合作共建的鴻蒙技術(shù)社區(qū)
HarmonyOS是一款面向萬物互聯(lián)時代的、全新的分布式操作系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的單設(shè)備系統(tǒng)能力基礎(chǔ)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。
為了實現(xiàn)“基于同一套系統(tǒng)能力、適配多種終端形態(tài)”，HarmonyOS采用了“組件化”的設(shè)計方案，實現(xiàn)根據(jù)設(shè)備的資源能力和業(yè)務特征靈活裁剪，滿足不同形態(tài)終端設(shè)備對操作系統(tǒng)的要求。
一、為什么采用“組件化”設(shè)計方案?
分層架構(gòu)是最為流行、應用最為廣泛的軟件架構(gòu)設(shè)計方式，將整個軟件系統(tǒng)自頂而下垂直劃分成若干個層級，對每一層的系統(tǒng)能力、特定行為進行抽象。層級之間單向依賴，上層使用下層的各種服務，而下層對上層不感知。每一層對自己的上層提供接口的同時，隱藏內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)。
對于中小規(guī)模系統(tǒng)，基于架構(gòu)分層可以較好地解決系統(tǒng)架構(gòu)解耦和跨團隊協(xié)作問題，每一層提供一定的業(yè)務功能，可以由不同的小團隊負責每一層不同的業(yè)務交付。然而，對于操作系統(tǒng)這么龐大的軟件系統(tǒng)，只有架構(gòu)分層還是遠遠不夠的，因為每一層都很復雜，同一分層內(nèi)不同模塊之間相互依賴、無序調(diào)用。如果沒有進一步的組件化架構(gòu)，絕對會給軟件工程和項目管理帶來巨大的災難。
圖1 架構(gòu)分層
基于以上原因，HarmonyOS采用了組件化的設(shè)計方案，先對復雜的操作系統(tǒng)進行架構(gòu)分層，再對每一層進行組件化。
下面我們就來具體看看HarmonyOS的“組件化”設(shè)計方案。
二、“組件化”設(shè)計方案詳解
1. HarmonyOS架構(gòu)分層
首先，我們來看看HarmonyOS系統(tǒng)是如何架構(gòu)分層的。
圖2 HarmonyOS架構(gòu)分層
如圖2所示，HarmonyOS劃分為以下層級：
應用層： 由應用開發(fā)者交付，向最終消費者提供UI接口，為消費者體驗負責。應用層向下僅依賴于框架層提供的API，應用開發(fā)僅依賴于HarmonyOS發(fā)布的SDK。
框架層、系統(tǒng)服務層和內(nèi)核層： 這三個層級屬于HarmonyOS基礎(chǔ)平臺，由HarmonyOS平臺開發(fā)者交付，面向北向應用生態(tài)提供API和SDK，面向南向設(shè)備生態(tài)提供Driver Interface和DDK(Driver Development Kit，驅(qū)動開發(fā)包)。
驅(qū)動層： 由設(shè)備開發(fā)者交付，向HarmonyOS提供器件驅(qū)動實現(xiàn)。驅(qū)動層僅依賴于驅(qū)動框架提供的Driver Interface，驅(qū)動開發(fā)僅依賴于HarmonyOS發(fā)布的DDK。
我們通過架構(gòu)分層對HarmonyOS操作系統(tǒng)進行大顆粒系統(tǒng)解構(gòu)，方便不同的生態(tài)參與方。參與方既可以相對獨立，又可以相互協(xié)作，共同構(gòu)建形形色色的智能終端設(shè)備和豐富的應用軟件，為消費者帶來全場景智慧服務體驗。
2. HarmonyOS基礎(chǔ)平臺組件化
HarmonyOS基礎(chǔ)平臺涉及框架層、系統(tǒng)服務層和內(nèi)核層三部分，HarmonyOS對這三個層級進行了進一步的組件化設(shè)計。
內(nèi)核層組件化
如圖3所示，內(nèi)核層包括LiteOS、Linux和驅(qū)動框架三個組件。
LiteOS和Linux組件可以按需部署在不同設(shè)備之上。這兩個組件向系統(tǒng)服務層提供POSIX(Portable Operating System Interface，可移植操作系統(tǒng)接口)和CMSIS(Common Microcontroller Software Interface Standard，通用微處理器軟件接口標準)接口，用于屏蔽不同的內(nèi)核實現(xiàn)差異。
驅(qū)動框架組件向驅(qū)動層提供了Driver Interface和DDK，向系統(tǒng)服務層提供標準化的硬件操作接口HDI(HarmonyOS Driver Interface)。
圖3 內(nèi)核層組件化
框架層/系統(tǒng)服務層組件化
HarmonyOS系統(tǒng)架構(gòu)分層根據(jù)功能定位區(qū)分了系統(tǒng)服務層和框架層，系統(tǒng)服務層是所有系統(tǒng)服務的匯總，通過框架層向應用暴露API。單個系統(tǒng)能力實現(xiàn)通常分布在系統(tǒng)服務層和框架層，考慮到系統(tǒng)服務和框架緊密耦合，在HarmonyOS中未統(tǒng)一定義系統(tǒng)服務層和框架層之間的層間接口。如圖4所示，HarmonyOS將同一個功能實現(xiàn)的系統(tǒng)服務和框架組合在一起，形成一個個獨立的“組件”，每個組件提供一個的系統(tǒng)能力和對應的API接口。組件之間基于InnerSDK完成解耦，支持組件獨立代碼下載、獨立編譯、獨立測試和組件拼裝。
圖4 框架層/系統(tǒng)服務層組件化
三、HarmonyOS如何在多終端部署?
通過“組件化”設(shè)計后，HarmonyOS支持根據(jù)設(shè)備的資源能力和業(yè)務特征靈活裁剪，滿足不同形態(tài)終端設(shè)備對操作系統(tǒng)的要求。也就是說，一套HarmonyOS可以部署到不同的終端設(shè)備上。
為了部署在不同形態(tài)的終端設(shè)備上，HarmonyOS細分為以下四種基本系統(tǒng)規(guī)格：
- 輕量系統(tǒng)(mini system)
面向MCU(Micro Control Unit，微控制單元)類處理器的設(shè)備，支持的設(shè)備最小內(nèi)存為128KiB，如智能家居領(lǐng)域的連接類模組、傳感器設(shè)備、穿戴類設(shè)備等。
可以提供多種輕量級網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，輕量級的圖形框架，以及豐富的IoT總線讀寫組件等。
- 小型系統(tǒng)(small system)
面向應用處理器的設(shè)備，支持的設(shè)備最小內(nèi)存為1MiB，如智能家居領(lǐng)域的IP Camera、電子貓眼、路由器以及行車記錄儀等。
可以提供更高的安全能力，標準的圖形框架，以及視頻編解碼的多媒體能力。
- 標準系統(tǒng)(standard system)
面向應用處理器的設(shè)備，支持的設(shè)備最小內(nèi)存為128MiB，如帶屏IoT設(shè)備、智能手機。
可以提供增強的交互能力，3D GPU和硬件合成能力，更多控件和動效更豐富的圖形能力，以及完整的應用框架。
- 大型系統(tǒng)(large system)
面向應用處理器的設(shè)備，支持的設(shè)備最小內(nèi)存為1GiB，如智慧屏、智能手表等。
可以提供支持兼容三方OS系統(tǒng)的應用框架。
HarmonyOS根據(jù)不同的系統(tǒng)規(guī)格，分別定義了最小系統(tǒng)必選組件集和對應的可選組件集。產(chǎn)品部署HarmonyOS時，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)格類型選擇對應的最小系統(tǒng)必選組件集，同時根據(jù)不同產(chǎn)品的差異化功能需要選擇可選組件。基于組件間依賴管理，如果某個可選組件被選擇，相應該組件依賴的其他組件也會自動被打包到HarmonyOS系統(tǒng)。
圖5 選擇組件
在開發(fā)者資源中心DevEco Marketplace可以進行組件管理，靈活拼裝出不同的產(chǎn)品解決方案。DevEco Marketplace的詳細介紹，請參見往期推文。
DevEco Marketplace鏈接如下：
https://repo.harmonyos.com
組件是拼裝HarmonyOS的一個個零部件。每個組件都提供一定的系統(tǒng)能力，一些組件還涉及面向應用暴露API接口。不同組件組合部署到特定設(shè)備上，面向應用提供的API能力會存在差異。本文我們就組件的部署原理做了詳細說明，后續(xù)我們還將對組件化架構(gòu)下的組件運行態(tài)管理、SDK管理與應用分發(fā)原理做進一步的詳細解析，敬請期待!
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