OpenHarmony当前进展和未来趋势-编程知识

操作系统自20世纪50年代诞生，经历了从专用操作系统到通用操作系统的转变。整体可以将操作系统的发展历史分为3个阶段：PC时代、移动互联网时代、万物互联时代。

PC时代主要以计算机为主，用户规模从1970年的10亿增长到1990年的30亿。这一时代诞生了Windows、Linux、MacOS等操作系统。由于Windows操作系统的广泛应用部署，微软于20世纪90年代成为全球市值最高的公司。

随着智能手机的普及，操作系统正式进入了移动互联网时代，苹果推出了iOS操作系统，支撑苹果成为全球市值最高的科技公司；谷歌2005年收购了Android公司，并持续地进行研发投入和版本迭代，如今Android操作系统已经成为世界上发行量最大的移动智能操作系统。

在万物互联时代，随着越来越多的设备接入互联网，单一操作系统很难适应多样化的智能终端、各种复杂应用场景的需求。谷歌、华为等各大企业纷纷进入物联网操作系统领域，并持续加大这方面的投入。

谷歌从2016年开始研发基于Zircon微内核的Fuchsia操作系统，可以取代为移动设备设计的 Android，计划用于个人移动设备、IoT设备等不同算力和需求的场景。

华为于2019发布了基于物联网的鸿蒙操作系统HarmonyOS，随后于2020年正式发布了开源版本，也就是OpenHarmony，面向全场景、全连接，适用于各类智能设备。

1 OpenHarmony发展历史

2012年，华为总裁任正非表示：“华为做终端操作系统是出于战略的考虑”，此时鸿蒙操作系统的概念首次出现在大众视野。

2016年5月，鸿蒙正式在华为公司的软件部内部立项并开始投入研发。

2019年8月9号，华为正式发布了HarmonyOS 1.0，该系统率先部署在智慧屏上。

2020年9月10日，华为在HDC大会上发布HarmonyOS2.0。该版主要在3个方面做出重大提升：分布式的软总线、分布式的数据管理以及分布式的安全。

2020年6月，由工信部牵头的开放原子开源基金会正式成立，也是国内首个开源软件基金会。华为将HarmonyOS2.0中的基础能力部分开源出来，并捐赠给开放原子开源基金会，正式成立了OpenHarmony开源项目。

2021年6月，OpenHarmony发布了2.0 Canary版本，支持轻量带屏设备。该版本新增22个子系统，支持全面的OS能力，支持内存大于128 MB的带屏设备开发等。

2021年9月，OpenHarmony发布了3.0 LTS版本，支持简单标准带屏设备。该版本新增几十项特性，支持方舟JS编译工具链和运行时，支持JS UI框架应用开发和运行。

2022年3月，OpenHarmony发布了3.1 Release版本，支持复杂标准带屏设备。该版本基础能力得到增强，主要体现在多媒体能力、图形显示能力、内存管理能力等，分布式能力也得到了增强。

2023年4月，OpenHarmony发布了3.2 Release版本，全面支持复杂标准带屏设备。该版本能力提升主要如下：

①系统流程度：架构级的全面优化，包括ArkUI最小化更新技术、并行化极速启动架构、高性能ArkTS引擎、基础库性能优化等。

②系统功能方面：HDF支持800多个HDI标准化设备接口，API 9拥有18 000+ ArkTS API，已经足够支持复杂大型应用的开发。

③应用性能方面：提供NAPI及混合开发能力、丰富的Native API、TaskPool并行开发框架、DevEco Insight实时性能分析工具等，支持开发极致高性能的框架和应用。

④分布式能力：进一步优化和完善分布式屏幕能力、分布式数据技术以及一次开发多端部署能力上。

整个OpenHarmony版本迭代如图1所示。

图1 OpenHarmony版本演进路线

此外，在2023年6月，OpenHarmony发布了4.0 Beta版本，ArkUI进一步完善组件能力和效果，并提供首批API Level 10接口。正式的4.0 Release版本在2023年9月发布。

2 鸿蒙、HarmonyOS、OpenHarmony三者关系

从某种意义上来说，鸿蒙包括HarmonyOS和OpenHarmony。

2016 年 5 月，华为消费者 BG 软件部开始立项研发“分布式操作系统 1.0 版本”，这就是鸿蒙系统的雏形。

考虑到华为设备的现有数量和鸿蒙系统初期软件生态的不完善，华为鸿蒙系统技术上兼容Android应用，同时集成了华为自身的能力，包括HMS等，形成了一个可以在华为手机、智慧屏、平板等设备上运行的操作系统，也就是HarmonyOS，该系统不开源。

随着华为开源战略的布局，为确保鸿蒙系统能有一个良好的生态，吸纳更多共建参与，华为将鸿蒙系统的基础能力部分开源出来，开源部分也就是OpenHarmony。该部分为华为自研项目，不兼容Android生态。

所以，一般OpenHarmony指开源鸿蒙，HarmonyOS指华为闭源鸿蒙，两者在应用框架上都采用ArkUI开发框架，应用开发上互相兼容。

随着OpenHarmony生态的完善，OpenHarmony会逐步替代HarmonyOS，最终形成一个统一开源鸿蒙的生态系统。

3 OpenHarmony与Android的对比

Android是一种基于Linux内核（不包含GNU组件）的自由及开放源代码的操作系统，主要用于移动设备，如智能手机和平板电脑，由美国Google公司和开放手机联盟领导及开发。

在系统架构设计之初，OpenHarmony定位就不是Android的替代品，OpenHarmony的目标是构建一个面向万物互联时代的分布式操作系统，与Android并非同一个赛道。

两者在系统架构设计上比较相似，不过OpenHarmony在传统的系统架构上新增了分布式相关能力，如图2所示。

图2 系统架构对比

可以看到，OpenHarmony有着自己的一套架构设计和实现，在开发语言、运行时、应用框架等方面都不同于Android，两者是完全不同的操作系统。

（1）内核对比

Android：基于Linux内核，程序的安全性、网络协议、内存管理、进程管理、驱动程序都由Linux内核提供。另外，Android Runtime（ART）就是依靠Linux内核来执行底层功能的，其中包括线程和底层内存管理。

OpenHarmony：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，Kernel Abstract 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。

（2）运行时对比

Android Runtime（ART）是Android上的应用和部分系统服务使用的托管式运行时。ART及其前身Dalvik最初是专为Android项目打造的。作为运行时的ART可执行Dalvik可执行文件并遵循Dex字节码规范。

方舟eTS运行时是OpenHarmony上默认的ArkTS语言运行时，提供完备的C++交互ArkTS NAPI和各种高性能的垃圾回收器，驱动着万物互联时代的OpenHarmony应用程序。

4 技术架构

OpenHarmony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>组件”逐级展开，在多设备部署场景下，支持根据实际需求裁剪掉某些非必要的组件。OpenHarmony技术架构如图3所示。

图3 OpenHarmony技术架构

（1）内核层

内核层包括内核子系统和驱动子系统。OpenHarmony是一个支持多种内核的操作系统，包括可以支持华为自研的LiteOS内核、Linux内核等。开发者可以根据自身的硬件平台资源、应用场景选择不同的内核。此外、内核子系统也支持开发者使用其他内核，并通过内核抽象层向上提供统一的操作系统能力。

（2）系统服务层

系统服务层是OpenHarmony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、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。

（3）框架层

框架层为应用开发提供了C/C++/JS等多语言的用户程序框架和Ability框架，适用于JS语言的ArkUI框架，以及各种软硬件服务对外开放的多语言框架API。

（4）应用层

应用层包括系统应用和第三方非系统应用。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。

4.1 技术特性

OpenHarmony最主要的技术特性是以下3点：

（1）统一OS，弹性部署

OpenHarmony采用组件化和组件弹性化等设计方法，做到硬件资源的可大可小，在多种终端设备间按需弹性部署，全面覆盖了ARM、RISC-V、x86等各种CPU，硬件形态支持手机、平板、工业网关、路由器、音箱、耳机等。

（2）一次开发，多端部署

OpenHarmony提供用户程序框架、Ability框架以及UI框架，能够保证开发的应用在多终端运行时的一致性。一次开发、多端部署。多终端软件平台API具备一致性，确保了用户程序运行的兼容性。

（3）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。

分布式软总线为设备之间的互联互通提供了统一的分布式通信能力，为设备之间的无感发现和零等待传输创造了条件。开发者只需聚焦于业务逻辑的实现，无需关注组网方式与底层协议。分布式软总线技术架构如图4所示。

图4 软总线架构

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。

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。

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。

5 应用开发框架——ArkUI

应用框架是操作系统连接开发者生态、实现用户体验的关键基础设施。OpenHarmony为开发者提供了ArkTS开发语言以及ArkUI开发框架。

ArkUI整体架构如图5所示。最上层提供了自研声明式UI范式，也支持类Web范式；中间层为方舟编译器和运行时、声明式UI后端引擎以及渲染引擎；下层为平台适配层和平台桥接层。此外，ArkUI开发框架还配套了相应的IDE开发工具以及工具链，以提升开发体验。

此外，ArkUI不仅仅局限于OpenHarmony或者HarmonyOS，它是一个支持跨平台的UI框架，也可以运行在Android、iOS等系统上。

图5 ArkUI框架

ArkUI的声明式范式通过语法扩展方法提供了装饰器、自定义组件、UI描述、状态管理、内置组件、属性方法以及事件方法等模块，可以根据用户需求灵活组合，从而形成定制化界面，如图6所示。

图6 ArkUI声明式范式

7 生态发展

一个操作系统的成果，除了系统本身能力足够优秀之外，最重要的是其生态是否足够完善。生态的维度包括硬件生态、应用生态、共建单位、开发者生态等。

7.1 硬件生态

当前，OpenHarmony已经吸引超过50家企业参与共建、落地多个行业，160多款设备搭载OpenHarmony操作系统，如图7所示。接下来从以下几方面介绍OpenHarmony的生态进展。

图7 OpenHarmony生态总览

（1）芯片生态

2020年9月，OpenHarmony第一次发布并开源时，润和软件率先发布了3款支持OpenHarmony海思芯片的开发板，分别是Hi3861、Hi3516、Hi3518。

经过几年发展，目前OpenHarmony已经支持超过40款芯片，芯片适配历程如图8所示。

图8 芯片适配历程

OpenHarmony芯片合作伙伴包括瑞芯微、全志、晶晨、Intel、AMD、NXP、赛昉、飞腾、龙芯、汇顶、瑞昱、上海博通、联盛德、博流、翱捷、意法半导体、芯海等。

（2）设备生态

截止到2023年7月8日，通过OpenHarmony兼容性认证的商用设备数量已达162个，相关厂家80家，如图9所示。

设备形态包括电子学生证、扫码支付终端、冰箱、摄像头、网关等。其中，美的13款、华帝9款，产品形态都是智能家电。联迪9款、升腾6款都是金融行业相关设备，包括POS机、收款云喇叭等。

图9 商用设备厂家数据

7.2 行业落地

为推动相关行业落地，OpenHarmony鼓励企业用户基于开源版本的OpenHarmony系统，根据行业特点，在系统中新增行业组件、应用功能等，最终形成企业自己的行业发行版。

截至2023年7月8日，通过OpenHarmony兼容性测评的行业发行版总共34个，相关企业19家。

对行业发行版进行数据统计和分析，如图10所示。可以看到，OpenHarmony已经落地教育、金融、公共安全、超高清、交通、电力、医疗、工业、智慧城市等。其中，教育和金融行业的发行版最多，都达到了5个。

图10 行业发行版数据

此外，对已经通过兼容性认证的商用设备的行业属性进行数据统计，如图11所示。可以看到当前OpenHarmony在金融、家电行业的产品最多，两者总共占比为49%，接近一半，其次是工业、教育、交通等行业。

图11 行业发行版厂家数据

7.3 应用生态

应用生态是OpenHarmony接下来几年发展的重中之重。

在API能力方面，OpenHarmony已经发展到API9版本，API数量已经达到了18 000多个，包括声明式UI能力、应用开发框架、WEB能力、多媒体能力、分布式能力等，已经可以支持复杂应用开发。

2022年HDC大会上，华为与鸿蒙生态的 14 家合作伙伴签署合作备忘录，将在鸿蒙生态领域深度投入。参加签约的品牌合作伙伴包括新浪、中国国航、人民网、金山办公、奇安信、去哪儿网、乐元素、科大讯飞、酷狗、百度、小沃科技、网易、航旅纵横、搜狗。

搜狗已经推出了OpenHarmony版本的输入法；Cocos引擎适配OpenHarmony，将为应用开发者和用户带来更多的便利和创新；Unity引擎已经能够支持OpenHarmony系统，并且渲染效果和帧率与传统操作系统不相上下。

8 展望

OpenHarmony作为一款全新的操作系统，其设计理念非常先进，相信未来OpenHarmony一定会发展成一个伟大的操作系统，在装机量、应用数量上有重大突破，在万物互联时代，成为下一代知名操作系统。OpenHarmony未来发展方向主要围绕下面几点。

8.1 架构优化

系统架构设计上持续优化，包括ArkUI重构、视窗架构优化，实现极简UI绘制管线、分布式窗口、多源窗口融合，进一步探索高性能、轻量化的2D&3D融合的UI框架，以实现2D&3D混合UI开发。

进一步优化芯片架构的代码、驱动代码、第三方库、系统组件等相关设计，减少代码耦合性、降低代码复杂度，使得代码结构更合理，降低代码冗余。

进一步提升系统流畅度、稳定性，给开发者提供更易用、更好用以及更高效的并发API。在并发调度上，也将针对现存系统中的线程泛滥问题，从时间和空间两个维度设计相关方案进行优化和改进，并将开发一套统一的并行框架，在运行时根据任务依赖状态和可执行资源自动并发调度和执行任务。

8.2 系统能力

当前，OpenHarmony核心API数量已经到18 000之多，而Android核心API数量为36 000之多。未来，OpenHarmony将围绕声明式UI能力、应用开发框架、WEB能力、多媒体能力、多媒体能力、分布式能力、通信能力、安全能力、全球化服务、DEX、电话等能力，提供更丰富的API，如图12所示。

图12 系统能力

8.3 分布式能力

分布式能力进一步增强，提供更强大的全场景能力。分布式能力效率进一步提升，减少时延、实现大带宽场景的分布式流转和协同，从交互体验走向场景化体验。

轻量系统软总线能力完善，实现IoT设备与智能设备之间的软总线互联互通。

优化软总线代码，减少资源占用，在内存更小的芯片上实现软总线功能。

8.4 多内核

OpenHarmony未来将支持更多的内核，其中比较重要的是硬实时内核和微内核。

（1）硬实时内核

在工业控制领域，实时(Real Time) 是很重要的要求。传统LiteOS-M内核在实时性上达不到硬实时的要求。为了补齐硬实时的能力，OpenHarmony已经开始支持UniProton内核。该内核主要聚焦硬实时场景，同时为上层业务软件提供一个统一的操作系统平台，屏蔽底层硬件差异，并提供强大的调试功能。

（2）微内核

当前，OpenHarmony支持的内核为LiteOS和Linux，两者都是宏内核。OpenHarmony微内核已经在研发中，未来OpenHarmony将支持微内核架构。

同时，OpenHarmony也将基于微内核技术的可信执行环境，通过“形式化方法”显著提升了TEE内核的安全等级，全面提升全场景终端设备的安全性。

8.5 应用生态

应用生态建设是OpenHarmony未来发展的重心，主要围绕以下几方面展开：①补齐应用能力，提供高效的应用API、适配更多的第三方库组件，完善ArkUI开发框架，给开发者提供一个更高效的应用开发环境。②赋能开发者，提供各种激励，建立应用上架、应用商城等，让开发者更有动力开发OpenHarmony应用。③拓展应用厂家，与头部应用厂家建立联合开发机制，加速头部应用支持OpenHarmony，共同建设应用生态；赋能中小应用厂家、开发者，帮助他们解决OpenHarmony应用开发过程中的问题，实现应用生态的突破。

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