HarmonyOS技術(shù)特性及技術(shù)架構(gòu)解析

HarmonyOS是一款“面向未來”、面向全場景（移動辦公、運動健康、社交通信、媒體娛樂等）的分布式操作系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的單設(shè)備系統(tǒng)能力的基礎(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，能夠支持多種終端設(shè)備。

對消費者而言，HarmonyOS能夠?qū)⑸顖鼍爸械母黝惤K端進行能力整合，形成一個“超級虛擬終端”，可以實現(xiàn)不同的終端設(shè)備之間的快速連接、能力互助、資源共享，匹配合適的設(shè)備、提供流暢的全場景體驗。

對應(yīng)用開發(fā)者而言，HarmonyOS采用了多種分布式技術(shù)，使得應(yīng)用程序的開發(fā)實現(xiàn)與不同終端設(shè)備的形態(tài)差異無關(guān)，降低了開發(fā)難度和成本。這能夠讓開發(fā)者聚焦上層業(yè)務(wù)邏輯，更加便捷、高效地開發(fā)應(yīng)用。

對設(shè)備開發(fā)者而言，HarmonyOS采用了組件化的設(shè)計方案，可以根據(jù)設(shè)備的資源能力和業(yè)務(wù)特征進行靈活裁剪，滿足不同形態(tài)的終端設(shè)備對于操作系統(tǒng)的要求。

1、源碼與文檔

官方文檔，https://device.harmonyos.com/cn/docs/start/learn/oem_des_define-0000001055232642

代碼倉庫，https://openharmony.gitee.com

2、獲取設(shè)備開發(fā)工具（HUAWEI DevEco Device Tool）

工具簡介

HUAWEI DevEco Device Tool是HarmonyOS面向智能設(shè)備開發(fā)者提供的一站式集成開發(fā)環(huán)境，支持HarmonyOS的組件按需定制，支持代碼編輯、編譯、燒錄、調(diào)試等功能，支持C/C++語言，以插件的形式部署在Visual Studio Code上。

工具獲取路徑，https://device.harmonyos.com/cn/ide

工具使用指南，https://device.harmonyos.com/cn/docs/ide/user-guides/service_introduction-0000001050166905

3、獲取應(yīng)用開發(fā)工具（HUAWEI DevEco Studio）

工具簡介

HUAWEI DevEco Studio（以下簡稱DevEco Studio）是面向華為終端全場景多設(shè)備的一站式集成開發(fā)環(huán)境（IDE），為開發(fā)者提供工程模板創(chuàng)建、開發(fā)、編譯、調(diào)試、發(fā)布等E2E的HarmonyOS應(yīng)用開發(fā)服務(wù)。通過使用DevEco Studio，開發(fā)者可以更高效的開發(fā)具備HarmonyOS分布式能力的應(yīng)用，進而提升創(chuàng)新效率。

工具獲取路徑，https://developer.harmonyos.com/cn/develop/deveco-studio

工具使用指南，https://developer.harmonyos.com/cn/docs/documentation/doc-guides/tools_overview-0000001053582387

4、技術(shù)特性

硬件互助，資源共享

分布式軟總線

分布式軟總線是多種終端設(shè)備的統(tǒng)一基座，為設(shè)備之間的互聯(lián)互通提供了統(tǒng)一的分布式通信能力，能夠快速發(fā)現(xiàn)并連接設(shè)備，高效地分發(fā)任務(wù)和傳輸數(shù)據(jù)。分布式軟總線示意圖見圖1。

圖1分布式軟總線示意圖

分布式設(shè)備虛擬化

分布式設(shè)備虛擬化平臺可以實現(xiàn)不同設(shè)備的資源融合、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)處理，多種設(shè)備共同形成一個超級虛擬終端。針對不同類型的任務(wù)，為用戶匹配并選擇能力合適的執(zhí)行硬件，讓業(yè)務(wù)連續(xù)地在不同設(shè)備間流轉(zhuǎn)，充分發(fā)揮不同設(shè)備的資源優(yōu)勢。分布式設(shè)備虛擬化示意圖見圖2。

圖2分布式設(shè)備虛擬化示意圖

分布式數(shù)據(jù)管理

分布式數(shù)據(jù)管理基于分布式軟總線的能力，實現(xiàn)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)的分布式管理。用戶數(shù)據(jù)不再與單一物理設(shè)備綁定，業(yè)務(wù)邏輯與數(shù)據(jù)存儲分離，應(yīng)用跨設(shè)備運行時數(shù)據(jù)無縫銜接，為打造一致、流暢的用戶體驗創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。分布式數(shù)據(jù)管理示意圖見圖3。

圖3分布式數(shù)據(jù)管理示意圖

分布式任務(wù)調(diào)度

分布式任務(wù)調(diào)度基于分布式軟總線、分布式數(shù)據(jù)管理、分布式Profile等技術(shù)特性，構(gòu)建統(tǒng)一的分布式服務(wù)管理（發(fā)現(xiàn)、同步、注冊、調(diào)用）機制，支持對跨設(shè)備的應(yīng)用進行遠程啟動、遠程調(diào)用、遠程連接以及遷移等操作，能夠根據(jù)不同設(shè)備的能力、位置、業(yè)務(wù)運行狀態(tài)、資源使用情況，以及用戶的習(xí)慣和意圖，選擇合適的設(shè)備運行分布式任務(wù)。

圖4以應(yīng)用遷移為例，簡要地展示了分布式任務(wù)調(diào)度能力。

圖4分布式任務(wù)調(diào)度示意圖

一次開發(fā)，多端部署

HarmonyOS提供了用戶程序框架、Ability框架以及UI框架，支持應(yīng)用開發(fā)過程中多終端的業(yè)務(wù)邏輯和界面邏輯進行復(fù)用，能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用的一次開發(fā)、多端部署，提升了跨設(shè)備應(yīng)用的開發(fā)效率。一次開發(fā)、多端部署示意圖見圖5。

圖5一次開發(fā)、多端部署示意圖

統(tǒng)一OS，彈性部署

HarmonyOS通過組件化和小型化等設(shè)計方法，支持多種終端設(shè)備按需彈性部署，能夠適配不同類別的硬件資源和功能需求。支撐通過編譯鏈關(guān)系去自動生成組件化的依賴關(guān)系，形成組件樹依賴圖，支撐產(chǎn)品系統(tǒng)的便捷開發(fā)，降低硬件設(shè)備的開發(fā)門檻。

支持各組件的選擇（組件可有可無）：根據(jù)硬件的形態(tài)和需求，可以選擇所需的組件。

支持組件內(nèi)功能集的配置（組件可大可?。焊鶕?jù)硬件的資源情況和功能需求，可以選擇配置組件中的功能集。例如，選擇配置圖形框架組件中的部分控件。

支持組件間依賴的關(guān)聯(lián)（平臺可大可?。焊鶕?jù)編譯鏈關(guān)系，可以自動生成組件化的依賴關(guān)系。例如，選擇圖形框架組件，將會自動選擇依賴的圖形引擎組件等。

5、技術(shù)架構(gòu)

HarmonyOS整體遵從分層設(shè)計，從下向上依次為：內(nèi)核層、系統(tǒng)服務(wù)層、框架層和應(yīng)用層。系統(tǒng)功能按照“系統(tǒng) > 子系統(tǒng) > 功能/模塊”逐級展開，在多設(shè)備部署場景下，支持根據(jù)實際需求裁剪某些非必要的子系統(tǒng)或功能/模塊。HarmonyOS技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1技術(shù)架構(gòu)

內(nèi)核層

內(nèi)核子系統(tǒng)：HarmonyOS采用多內(nèi)核設(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)：HarmonyOS驅(qū)動框架（HDF）是HarmonyOS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HarmonyOS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HarmonyOS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：為HarmonyOS提供公共的、通用的軟件服務(wù)，由事件通知、電話、多媒體、DFX、MSDP&DV等子系統(tǒng)組成。

增強軟件服務(wù)子系統(tǒng)集：為HarmonyOS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：為HarmonyOS提供硬件服務(wù)，由位置服務(wù)、生物特征識別、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HarmonyOS的應(yīng)用程序提供了Java/C/C++/JS等多語言的用戶程序框架和Ability框架，以及各種軟硬件服務(wù)對外開放的多語言框架API；同時為采用HarmonyOS的設(shè)備提供了C/C++/JS等多語言的框架API，不同設(shè)備支持的API與系統(tǒng)的組件化裁剪程度相關(guān)。

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。HarmonyOS的應(yīng)用由一個或多個FA（Feature Ability）或PA（Particle Ability）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。

系統(tǒng)安全

在搭載HarmonyOS的分布式終端上，可以保證“正確的人，通過正確的設(shè)備，正確地使用數(shù)據(jù)”。

通過“分布式多端協(xié)同身份認證”來保證“正確的人”。

通過“在分布式終端上構(gòu)筑可信運行環(huán)境”來保證“正確的設(shè)備”。

通過“分布式數(shù)據(jù)在跨終端流動的過程中，對數(shù)據(jù)進行分類分級管理”來保證“正確地使用數(shù)據(jù)”。

正確的人

在分布式終端場景下，“正確的人”指通過身份認證的數(shù)據(jù)訪問者和業(yè)務(wù)操作者。“正確的人”是確保用戶數(shù)據(jù)不被非法訪問、用戶隱私不泄露的前提條件。HarmonyOS通過以下三個方面來實現(xiàn)協(xié)同身份認證：

零信任模型：HarmonyOS基于零信任模型，實現(xiàn)對用戶的認證和對數(shù)據(jù)的訪問控制。當(dāng)用戶需要跨設(shè)備訪問數(shù)據(jù)資源或者發(fā)起高安全等級的業(yè)務(wù)操作（例如，對安防設(shè)備的操作）時，HarmonyOS會對用戶進行身份認證，確保其身份的可靠性。

多因素融合認證：HarmonyOS通過用戶身份管理，將不同設(shè)備上標(biāo)識同一用戶的認證憑據(jù)關(guān)聯(lián)起來，用于標(biāo)識一個用戶，來提高認證的準(zhǔn)確度。

協(xié)同互助認證：HarmonyOS通過將硬件和認證能力解耦（即信息采集和認證可以在不同的設(shè)備上完成），來實現(xiàn)不同設(shè)備的資源池化以及能力的互助與共享，讓高安全等級的設(shè)備協(xié)助低安全等級的設(shè)備完成用戶身份認證。

正確的設(shè)備

在分布式終端場景下，只有保證用戶使用的設(shè)備是安全可靠的，才能保證用戶數(shù)據(jù)在虛擬終端上得到有效保護，避免用戶隱私泄露。

安全啟動

確保源頭每個虛擬設(shè)備運行的系統(tǒng)固件和應(yīng)用程序是完整的、未經(jīng)篡改的。通過安全啟動，各個設(shè)備廠商的鏡像包就不易被非法替換為惡意程序，從而保護用戶的數(shù)據(jù)和隱私安全。

可信執(zhí)行環(huán)境

提供了基于硬件的可信執(zhí)行環(huán)境（TEE，Trusted Execution Environment）來保護用戶的個人敏感數(shù)據(jù)的存儲和處理，確保數(shù)據(jù)不泄露。由于分布式終端硬件的安全能力不同，對于用戶的敏感個人數(shù)據(jù)，需要使用高安全等級的設(shè)備進行存儲和處理。HarmonyOS使用基于數(shù)學(xué)可證明的形式化開發(fā)和驗證的TEE微內(nèi)核，獲得了商用OS內(nèi)核CC EAL5+的認證評級。

設(shè)備證書認證

支持為具備可信執(zhí)行環(huán)境的設(shè)備預(yù)置設(shè)備證書，用于向其他虛擬終端證明自己的安全能力。對于有TEE環(huán)境的設(shè)備，通過預(yù)置PKI（Public Key Infrastructure）設(shè)備證書給設(shè)備身份提供證明，確保設(shè)備是合法制造生產(chǎn)的。設(shè)備證書在產(chǎn)線進行預(yù)置，設(shè)備證書的私鑰寫入并安全保存在設(shè)備的TEE環(huán)境中，且只在TEE內(nèi)進行使用。在必須傳輸用戶的敏感數(shù)據(jù)（例如密鑰、加密的生物特征等信息）時，會在使用設(shè)備證書進行安全環(huán)境驗證后，建立從一個設(shè)備的TEE到另一設(shè)備的TEE之間的安全通道，實現(xiàn)安全傳輸。如圖1所示。

圖1設(shè)備證書使用示意圖

正確地使用數(shù)據(jù)

在分布式終端場景下，需要確保用戶能夠正確地使用數(shù)據(jù)。HarmonyOS圍繞數(shù)據(jù)的生成、存儲、使用、傳輸以及銷毀過程進行全生命周期的保護，從而保證個人數(shù)據(jù)與隱私、以及系統(tǒng)的機密數(shù)據(jù)（如密鑰）不泄漏。

數(shù)據(jù)生成：根據(jù)數(shù)據(jù)所在的國家或組織的法律法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對數(shù)據(jù)進行分類分級，并且根據(jù)分類設(shè)置相應(yīng)的保護等級。每個保護等級的數(shù)據(jù)從生成開始，在其存儲、使用、傳輸?shù)恼麄€生命周期都需要根據(jù)對應(yīng)的安全策略提供不同強度的安全防護。虛擬超級終端的訪問控制系統(tǒng)支持依據(jù)標(biāo)簽的訪問控制策略，保證數(shù)據(jù)只能在可以提供足夠安全防護的虛擬終端之間存儲、使用和傳輸。

數(shù)據(jù)存儲：HarmonyOS通過區(qū)分數(shù)據(jù)的安全等級，存儲到不同安全防護能力的分區(qū)，對數(shù)據(jù)進行安全保護，并提供密鑰全生命周期的跨設(shè)備無縫流動和跨設(shè)備密鑰訪問控制能力，支撐分布式身份認證協(xié)同、分布式數(shù)據(jù)共享等業(yè)務(wù)。

數(shù)據(jù)使用：HarmonyOS通過硬件為設(shè)備提供可信執(zhí)行環(huán)境。用戶的個人敏感數(shù)據(jù)僅在分布式虛擬終端的可信執(zhí)行環(huán)境中進行使用，確保用戶數(shù)據(jù)的安全和隱私不泄露。

數(shù)據(jù)傳輸：為了保證數(shù)據(jù)在虛擬超級終端之間安全流轉(zhuǎn)，需要各設(shè)備是正確可信的，建立了信任關(guān)系（多個設(shè)備通過華為帳號建立配對關(guān)系），并能夠在驗證信任關(guān)系后，建立安全的連接通道，按照數(shù)據(jù)流動的規(guī)則，安全地傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)設(shè)備之間進行通信時，需要基于設(shè)備的身份憑據(jù)對設(shè)備進行身份認證，并在此基礎(chǔ)上，建立安全的加密傳輸通道。

數(shù)據(jù)銷毀：銷毀密鑰即銷毀數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在虛擬終端的存儲，都建立在密鑰的基礎(chǔ)上。當(dāng)銷毀數(shù)據(jù)時，只需要銷毀對應(yīng)的密鑰即完成了數(shù)據(jù)的銷毀。

編輯：hfy