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华为鸿蒙 OS 有什么创新，是否自主研发完全开源，本文带你深入鸿蒙的世界。
初识鸿蒙
国内在计算机基础核心领域缺乏建树，一直没有自主知识产权的操作系统。
之前又出过多起诸如汉芯，红芯浏览器等造假事件，犹如现实世界的“狼来了”，使国人对任何打着自主知识产权宣传的产品都会戴着放大镜去看，那么鸿蒙到底是不是个例外？
鸿蒙是个很泛的概念，鸿蒙不仅一个操作系统，还是一个生态。鸿蒙这个词在不同的场景下指代不同的东西。
根据华为官方 IDE DevEco Studio 的应用模板可以看出，目前鸿蒙支持的设备有手机，平板，电视，手表，汽车，以及相机等小家电等等，不同的技术栈开发的应用支持的设备种类也不同。
其中 Java 类型的应用支持的设备类型最为丰富，JS 类型的应用其次，C++ 应用支持的类型最少。
在嵌入式领域， 鸿蒙指是一款嵌入式操作系统，鸿蒙的核心为 LiteOS，系统只能在配套的硬件（开发板）上运行，并非通用的操作系统。
OpenHarmony 是其对外开源的版本，在 2020 年 9 月在 gitee 上开源 OpenHarmony 1.0，关于这款系统华为自身的文档比较欠缺，这里有较为详细的开发者文档。
因为截至目前鸿蒙只发布了一个版本，根本不存在所谓的旧版鸿蒙。
由于鸿蒙的手机版操作系统并未开源，提示语又与 Android 如此类似，不得不令人怀疑是字符串批量替换。那么事实真是字符串替换如此简单吗？下文将会予以分析。
总的来说，鸿蒙绝不仅仅指的是操作系统，华为的野心也绝不止于此，华为是要打造一个叫鸿蒙的生态。
我们不排除未来会有鸿蒙 SDK 植入其它厂商的设备，使这些设备也具备运行鸿蒙应用的能力，甚至是运行在传统的 Windows、Linux上的设备，那么这些设备也可以说是一个鸿蒙设备，是鸿蒙生态的一部分。
鸿蒙核心
经调研，我们认为鸿蒙生态的核心是以下四点：
①多设备兼容
②卡片式应用
③软总线
在以上两点的基础上，降低设备间互联互通的门槛。
④通信安全
要实现设备间的互联互通，那么安全无疑是特别重要的环节。这里的问题是如何保证正确的人使用正确的设备，消费正确的数据。
即要解决如下三个问题：
如何保证消费者对设备的鉴权是安全的，保证设备是原厂生产，没有被篡改的？（正确的设备）
如何保证消费者操作设备数据是安全的？(正确的人)
如何保证消费者数据安全?（正确使用数据）
系统层分析
①内核部分
鸿蒙宣传的微内核，并未说明是哪个鸿蒙，华为目前已经发布的内核包括：
Linux 面向手机（L5 级别设备）
LiteOS-a 面向有 MMU 的设备（>=L1 级别）
LiteOS-m 面向无 MMU 的嵌入式设备（L0 级别）
微内核优点：
代码量小，可以形式化验证，可以减少 bug 量，几乎可以 0 bug，另外更加方便移植。
各个系统组件或者服务如果存在问题可以直接重启服务，减少核心组件异常对整个系统的破坏，并按需组织系统服务。
各组件可以按需加载（现在宏内核也支持模块动态加载卸载）。
可以规避 GPL 协议。
微内核缺点：
所有资源获取都需要通过 IPC，IPC 又必须陷入内核，所以会导致频繁的陷入内核，或者多次拷贝，导致性能下降。当然 IPC 通信效率随着深入研究与技术发展逐步提高。
对于中断响应，需要映射到用户空间再处理，效率较低。
大量使用某些系统服务的时候，会导致进程上下文切换，增加系统负担。
而目前开源出来的鸿蒙代码 LiteOS-a 按照业界对内核分类依旧是宏内核。至于华为是否存在微内核但没有开源，还是在实现鸿蒙过程中，又重新选择了宏内核，我们不得而知。
LiteOS-A：是 HW 基于 LiteOS 进行演进的，进行 多进程，多核，虚拟内存，IPC 等重新封装，尽量类似于 Linux，但是尽量简化内核实现。
LiteOS-A 是 HW 基于 LiteOS 进行演进的，进行多进程，多核，虚拟内存，IPC 等重新封装，尽量类似于 Linux，但是尽量简化内核实现。
LiteOS-A 相对于纯粹的 RTOS 增强关键特性简介：
多进程：基于 task 进行封装，较为简单的进程与线程调度（支持时间片和 FIFO 调度）。
多核：全局链表、所有 CPU 共享，支持空闲轮询调度（不支持负载均衡），可支持亲和设置，可绑定核运行。
虚拟内存：内核静态映射，静态映射提升虚实转换效率，最有区间分布（０－１G 用户空间，１－４G 内核空间，减少用户态进程页表项），用户态通过缺页异常按需获取内存。
动态链接：按需加载，多应用共享代码段，加载最小单元为页，符号绑定，支持立即和延时绑定，加载地址随机化，进程代码段，数据段，堆栈段地址随机化。并且运行标准 ELF 文件。
进程通信（IPC）：支持标准的 posix 进程间通信，如 Mqueue，pipe，fifo.signal。
同时添加了 Lite IPC（类似与 Android binder 但是简单得多），ROM 和 RAM 占用不超过 30K，达到轻量，基于白名单控制的服务访问权限，提升安全，通过内存映射实现单次拷贝，实现高效。
系统调用：通过 MUSL 实现系统调用支持 syscall API 和 VDSO API。VDSO 是减少系统调用开销的方式，Linux 也支持。保证服务与内核分离。并且服务和应用不能随意访问内核。
权限管理：进程粒度的权限划分与管理，完成 DAC 访问控制，以进程 UID 的配置，灵活划分文件资源归属与管控，提供 UGO（user，group，other）的权限分配，满足基本的文件共享需求和 Posix 规范。
虚拟文件系统：VFS 管理根目录，挂载点内目录有 FS 管理。通过 BCache 和 PCache 提升文件系统读写速度。
POSIX 标准库：基于 Musl C 的 posix 标准库，当前支持 1000+ 的标准 Posix 接口。用户态使用全量 Musl，C++ 使用 libC++，内核使用部分 Musl。
Linux：鸿蒙 OS Linux 内核基于 Linux 4.19 版本内核，添加如下功能。
CVE 补丁：补丁所涉及的 CVE（Common Vulnerabilities and Exposures
）安全漏洞是通过 NVD（https://nvd.nist.gov/）官方机构收集，且补丁已经进入 LTS 4.19.y 分支或主线。
主要涉及存储（btrfs/scsi/）、网络（net/bpf/mwifiex）、驱动（xen/nfc），对应 CVE 列表参考 commit 信息中 CVE 字段信息。
OpenHarmony 特性：HDF 驱动、binder ipc 转发功能等特性支持。
特定芯片架构驱动补丁（比如 Hi3516DV300）：vendor 厂商提供的特定芯片架构驱动代码：
hisi_linux-4.19_hos_l2.patch：在 Hi3516DV300 芯片上支持 arm 架构的内核启动（DTS 等）及对应的 drm/mmc 等驱动的支持。
②子系统
openharmony LiteOS-A 包含如下子系统：
系统基本能力子系统集：为分布式应用在多设备上的运行、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、公共基础库、多模输入、图形、安全、AI 等子系统组成。
基础软件服务子系统集：提供公共的、通用的软件服务，由事件通知、电话、多媒体、DFX（Design For X） 等子系统组成。
增强软件服务子系统集：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：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多内核支持
如上图所示，对于鸿蒙 OS，其可以支持各种内核（目前支持 Liteos-m，LiteOS-a，Linux）。其通过 KAL 层对上层提供统一的 API 接口能力。
我们可以清楚的看到 KAL 支持统一是通过支持 POSIX 和 CMSIS（针对 arm Cotex-m 的抽象，做到在 RTOS 层面的尽量统一）对底层内核进行统一封装。
做到基于上层 API 的程序可以在相应的 CPU 下编译通用，强调只能编译通用。
其中兼容 POSIX 的库是 Musl-libc。该库是一个轻量级的 C 标准库，设计作为 GNU C library (glibc)、 uClibc 或 Android Bionic 的替代用于嵌入式操作系统和移动设备。
它遵循 POSIX 2008 规格和 C99 标准，采用 MIT 许可证授权，使用 Musl 的 Linux 发行版和项目包括 sabotage，bootstrap-linux，LightCube OS 等等，然后通过 HDF 来统一驱动模块的编写调试过程。以此来兼容驱动设备。
POSIX 表示可移植操作系统接口（Portable Operating System Interface of UNIX，缩写为 POSIX ），POSIX 标准定义了操作系统应该为应用程序提供的接口标准。
POSIX 标准意在期望获得源代码级别的软件可移植性。换句话说，为一个 POSIX 兼容的操作系统编写的程序，应该可以在任何其它的 POSIX 操作系统（即使是来自另一个厂商）上编译执行。
CMSIS（Cortex Microcontroller Software Interface Standard）标准，它是 ARM 同各个微控制器供应商、工具供应商和软件解决方案一起开发的 Cortex 微控制器软件接口标准。
它使得微控制器和软件供应商可以使用一致的软件结构来开发 Cortex 微控制器的软件。
CMSIS-RTOS 是 CMSIS 的一部分，它本身是一种 API 规范，各厂商可以基于 CMSIS-RTOS 构建自己的实时操作系统（RTOS）。
由于基于 CMSIS-RTOS 的 API 是标准化的，所以基于这些 API 开发的应用软件，不需要进行额外的移植开发工作，就可跑在任何支持 CMSIS-RTOS 的 OS 上。
随着基于 CMSIS-RTOS 的中间件越来越多，支持 CMSIS-RTOS 后的 OS 也会因此获得更多的中间件。
④HDF 驱动架构
如上图所示，发布设备服务，即在 VFS 创建固定的目录或者设备节点，并且通过 HDI 进行抽象。
下列是相关系统的适配层，让相应的内核支持 HDF 能力。然后驱动开发工程师通过 drivers_framework 提供的相关框架能力，编写 HDF 支持的各种驱动。
所以 HDF 统一驱动，是建立在对各种内核集成的 HDF 内核支持驱动作为转换层。
所以如果有新的内核需要适配，那么 khdf 需要根据相应的内核，进行移植，具有较大工作量。
通过代码中的 uhdf/uhdf2 可以看到，鸿蒙 OS 也在尝试将部分驱动放入用户空间，也就是向微内核（或者混合内核）方向演进。
但如果是使用 Linux 内核，通常也可以使用标准的 Linux 内核驱动模型编写驱动。
只是不方便移植到其他的鸿蒙非 Linux 内核的设备。不过不同的设备，其 CPU 与外设可能并不相同，分别编写也可能。
软总线分析
现在开源出来的 openharmony 方案总体约束为在同一局域网下进行软总线互通。
目前开源出来的还是 TCP/IP 协议建立的局域网。鸿蒙发布会描述的极简协议统一层，我们并没有看到。
传输在上面的 publicService 过程中创建的会话服务 CreateSessionServer（） 就是后续进行基于 session 会话服务的基础。
调用者并不需要关心 IP 等，只需要使用创建的 sessionID 进行通信即可：
g_sessionMgr->serverListenerMap[i]：用于存储 session。SessionListenerMap 结构中，最重要的是 listener 成员：onSessionOpened，是在会话创建时被回调的函数。
onSessionClosed：是在会话结束时被回调的函数。
onBytesReceived：是会话的数据到达的回调函数，注册的模块可以通过这个函数接收会话的报文，按照自己的格式进行解析，并执行会话要求的动作。例如：在分布式调度模块中，接收的数据解析后，可能是 START_FA 的命令。
简单总结，就是软总线的传输，是基于 COAP 发布服务，等待超级终端通过 softbus 的 session 进行传输。
当 client 要访问某个设备（可以是远程，可以是本地）的服务，首行连接远程服务的 session 服务器，并发送数据。
远程的 session 服务通过 onBytesRecived 接收到数据，并回调给 module。
这个过程中，module 也好，还是远程 client 的应用也好，都不需要知道服务在哪个地方，有软件总线进行处理即可，目前服务的发布只支持 WiFi 下的 COAP。
我们推测软件总线之下应该还有一个针对复杂设备支持多层连接的适配层，以便屏蔽底层差异（当前只开源了 WiFi 和 BT），包括支持上述设备的组网，路由以便构建一张局域网。
根据当前的开源代码来看，主要还是基于 wifi 的局域网连接，其他形式自组网还未看到，但华为在通信这块有很深的功底，我们这里相信这个目标可以达成。
其中底层连接协议包括以太网、红外线、4G/5G/WiFi、BT、NFC 等各种通信能力。
应用层分析
我们分别编写了鸿蒙的 JS 及 Java 应用，结合开放出来的部分源码及文档，对 App 安装包进行了简单的逆向分析。
①开发环境
官方 IDE DevEco Studio 是基于开源的 intellij 的改造，能够用于本地调试的模拟器只支持 JS 应用。
Java 应用截止目前只支持远程模拟器（所谓分布式模拟器）不支持本地模拟器。
运行远程模拟器都需要账号密码登录，账号密码需要注册华为 ID 并实名认证，而实名认证需要上传身份证照片或者银行卡资料，远程调试由于网络和资源分配原因并不流畅，流畅度和画质方面不尽人意，开发体验有点儿糟糕。
当然如果有真机，也可以使用真机进行开发调试，但华为这里又设了两道门槛，开发鸿蒙应用需要双重签名认证，除了应用本身的签名，还要对应用工程进行签名。
这两个签名都需要在鸿蒙开发者网站上注册，生成相应证书后方可安装到真机，步骤相当繁琐。
笔者搞这个签名走各种注册流程前后耗时一小时，对开发者不是很友好，好在配置完成后，后续可以直接使用，算是一次性劳动。
从目前的应用开发流程上看，以后开发鸿蒙应用有可能会对签名服务进行收费，笔者不禁回想起了诺基亚，摩托罗拉时代，J2ME 应用证书签名外包给第三方公司，一个应用签名收费 2000 元否则无法安装到用户手机，搞死生态的事情。
生态还没起来，应用开发流程搞的如此复杂，希望华为借鉴这个历史教训。
②应用框架
鸿蒙应用 UI 框架有两套，支持 Java、JS，IDE 里有默认的模板。这两套框架的区别是，Java 框架只支持鸿蒙 Android 系统，JS 应用既支持鸿蒙 Android 系统，也支持鸿蒙嵌入式系统。
鸿蒙 JS 应用在鸿蒙 Android 上是套了个 Android 应用的壳，这个壳会构建一个类似小程序的渲染环境，转换为 Android 的原生控件渲染，下文有展开分析。
JS 应用相比 Java 应用，在排版能力，扩展性，兼容性方面存在一定的局限性，更适合做信息展示类的应用。
③应用格式
无论是 js 应用还是 java 应用，代码最终编译出来包均为 hap 后缀，这个 hap 是未经 hack 的 zip 格式，可以使用标准的 zip 解压工具进行解压。
hdc shell am force-stop com.example.myapplication
hdc shell bm uninstall com.example.myapplication
hdc file send ~/DevEcoStudioProjects/MyApplication/entry/build/outputs/hap/debug/entry-debug-unsigned.hap /sdcard/entry-debug-unsigned.hap
hdc shell bm install -p /sdcard/
hdc shell rm -rf /sdcard/xxx
hdc shell am start -n "com.example.myapplication/com.example.myapplication.MainAbilityShellActivity" -D
hdc app install xxx.hap
Java 应用布局文件及显示效果如下图：
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<node index="0" text="" resource-id="" class="android.widget.FrameLayout" package="com.michalliu.myapplication" content-desc="" checkable="false" checked="false" clickable="false" enabled="true" focusable="false" focused="false" scrollable="false" long-clickable="false" password="false" selected="false" bounds="[0,0][1176,2328]">
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<node index="0" text="" resource-id="android:id/action_bar_container" class="android.widget.FrameLayout" package="com.michalliu.myapplication" content-desc="" checkable="false" checked="false" clickable="false" enabled="true" focusable="false" focused="false" scrollable="false" long-clickable="false" password="false" selected="false" bounds="[0,72][1176,240]">
<node index="0" text="" resource-id="android:id/action_bar" class="android.view.ViewGroup" package="com.michalliu.myapplication" content-desc="" checkable="false" checked="false" clickable="false" enabled="true" focusable="false" focused="false" scrollable="false" long-clickable="false" password="false" selected="false" bounds="[0,72][1176,240]">
<node index="0" text="entry_MainAbility" resource-id="" class="android.widget.TextView" package="com.michalliu.myapplication" content-desc="" checkable="false" checked="false" clickable="false" enabled="true" focusable="false" focused="false" scrollable="false" long-clickable="false" password="false" selected="false" bounds="[48,115][528,196]" /></node>
</node>
<node index="1" text="" resource-id="android:id/content" class="android.widget.FrameLayout" package="com.michalliu.myapplication" content-desc="" checkable="false" checked="false" clickable="false" enabled="true" focusable="false" focused="false" scrollable="false" long-clickable="false" password="false" selected="false" bounds="[0,240][1176,2328]">
<node index="0" text="" resource-id="" class="android.view.ViewGroup" package="com.michalliu.myapplication" content-desc="" checkable="false" checked="false" clickable="false" enabled="true" focusable="false" focused="false" scrollable="false" long-clickable="false" password="false" selected="false" bounds="[0,240][1176,2328]">
<node index="0" text="你好，世界" resource-id="" class="android.widget.TextView" package="com.michalliu.myapplication" content-desc="" checkable="false" checked="false" clickable="false" enabled="true" focusable="false" focused="false" scrollable="false" long-clickable="false" password="false" selected="false" bounds="[288,1160][888,1320]" />
<node index="1" text="javaApp" resource-id="" class="android.widget.TextView" package="com.michalliu.myapplication" content-desc="" checkable="false" checked="false" clickable="false" enabled="true" focusable="false" focused="false" scrollable="false" long-clickable="false" password="false" selected="false" bounds="[366,1320][809,1480]" /></node>
</node>
</node>
<node index="1" text="" resource-id="android:id/statusBarBackground" class="android.view.View" package="com.michalliu.myapplication" content-desc="" checkable="false" checked="false" clickable="false" enabled="true" focusable="false" focused="false" scrollable="false" long-clickable="false" password="false" selected="false" bounds="[0,0][1176,72]" /></node>
</hierarchy>
由此可以看出，鸿蒙 Android 版要脱离 Android 体系难度还比较高，毕竟核心的 UI 部分非自绘。
目前鸿蒙是跟 Android 深度绑定的，鸿蒙切换操作系统的可能性不是完全没有，但成本相当高，应该说鸿蒙 Android 的这个设计思路是既然摆脱不了安卓，基于这个前提，那么就充分利用它。
JS 应用：从目前已经开源出来的部分上来看基于 js 开发的应用是一种类似小程序的开发方式，html，js，css 首先会编译成 jsbundle（编译工具本身未开源），jsbundle 的执行不同的鸿蒙系统上有所区别。
JS 应用在鸿蒙嵌入式系统上执行分析：经过对 openharmony 代码分析，在 openharmony 里 JS 应用是以自绘的方式渲染，支持的 UI 组件看起来还比较完善（从源码里看绘制部分似乎参考了部分 flutter 代码），使用三星的 Jerry JS 引擎，猜测是挖的三星的人？因为这个 JS 引擎实在太小众，Google V8 他不香吗？
目前这个自绘的工程只有嵌入式的的实现，没有 Android 对应的实现。
实际在 Android 工程上，鸿蒙走的并不是自绘的方案，而是类似 ReactNative 的控件转换。
ReactNative 采用的是 React 的语法，而鸿蒙 Android 采用的是 Vue 的语法，从国内的开发者生态上来看，这是个正确的选择。
鸿蒙的这个用 C++ 实现类 VUE 语法，在嵌入式上自绘，Android 上控件转换的 JS 跨平台渲染框架属于原创，可惜的是鸿蒙 Android 这块并未开源，不能深入研究。
对于 JS 应用来说核心逻辑由 ohos.aafwk.ace.ability.AceAbility 完成 jsbundle 的加载和运行工作。
注意：虽然 Java 应用和 js 应用在解压后目录结构似乎差不多，文件命名也差不多，但其工作原理完全不同。
在 Java 应用里 class.dex 已经是鸿蒙应用的真正可执行代码。在 JS 应用里 class.dex 还是一个壳，这个壳用于打造执行 JS 应用的运行环境，真正的业务逻辑在 app.js 里。
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<node index="0" text="您好 世界" resource-id="" class="android.widget.TextView" package="com.example.myapplicationjs" content-desc="" checkable="false" checked="false" clickable="true" enabled="true" focusable="true" focused="false" scrollable="true" long-clickable="true" password="false" selected="false" bounds="[331,1173][844,1332]" />
<node index="1" text="Js Application" resource-id="" class="android.widget.TextView" package="com.example.myapplicationjs" content-desc="" checkable="false" checked="false" clickable="true" enabled="true" focusable="true" focused="false" scrollable="true" long-clickable="true" password="false" selected="false" bounds="[301,1347][874,1452]" /></node>
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鸿蒙应用层在设计上，基于自己的 DSL 和应用运行框架，在嵌入式设备上以自绘的方式渲染，在鸿蒙 Android 上通过适配层转换为 Android 原生控件渲染。
这样的设计优势是减轻了工作量，组件方面可以复用 Android 的生态，能力会更丰富。
毕竟从零再打造一套完整且庞大的 UI 体系成本太高，体验还不一定有 Android 做的好，而劣势则是牺牲了可维护性，两套方案要各自独立维护，维护成本较高，另外还可能带来兼容性的问题。
从 openharmony 源码上看，基于自绘方案并没有预留给 Android 的扩展接口，targetos 仅包含 linux 和 liteos 两种，因为渲染层架构不同，未来的改成一致的可能性也较低。
总结
鸿蒙 OS 并不定位于对 Windows、Android 进行替代，而是剑指万物互联时代全场景、多终端的操作系统，与此相对应，鸿蒙 OS（及大华为体系）所有的生态布局也将围绕万物互联展开。
鸿蒙 OS 在完成细分场景的拓展与跑马圈地后，鸿蒙 OS 将完善华为 AIoT 生态，进一步在智慧城市、车联网（深化）、工业互联网三方面发力推进。
中长期来看，鸿蒙 OS 与华为“云+端”芯片形成强大合力，进军产业物联网。
华为优质网络设备是 IoT 的连接基础，连接获得了大量数据，但只有通过智能分析才能够形成杀手级应用。
基于近景和远景的生态蓝图，当前鸿蒙 OS 的发力抓手仍是以移动端为核心的 HMS 产业链。
作者：michalliu，腾讯 WXG 客户端开发工程师，转载自公众号腾讯技术工程（ID：Tencent_TEG）
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