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HarmonyOS是一款“面向未来”、面向全场景(移动办公、运动健康、社交通信、媒体娱乐等)的分布式操作系统。在传统的单设备系统能力的基础上,HarmonyOS提出了基于同一套系统能力、适配多种终端形态的分布式理念,能够支持手机、平板、智能穿戴、智慧屏、车机等多种终端设备。
HarmonyOS提供了支持多种开发语言的API,供开发者进行应用开发。支持的开发语言包括Java、XML(Extensible Markup Language)、C/C++ 、 JS(JavaScript)、CSS(Cascading Style Sheets)和HML(HarmonyOS Markup Language)。
HarmonyOS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 > 功能/模块”逐级展开,在多设备部署场景下,支持根据实际需求裁剪某些非必要的子系统或功能/模块。HarmonyOS技术架构如下所示。
内核子系统:HarmonyOS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。
驱动子系统:硬件驱动框架(HDF)是HarmonyOS硬件生态开放的基础,提供统一外设访问能力和驱动开发、管理框架。
系统服务层是HarmonyOS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:
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。
框架层为HarmonyOS应用开发提供了Java/C/C++/JS等多语言的用户程序框架和Ability框架,两种UI框架(包括适用于Java语言的Java UI框架、适用于JS语言的JS UI框架),以及各种软硬件服务对外开放的多语言框架API。根据系统的组件化裁剪程度,HarmonyOS设备支持的API也会有所不同。
应用层包括系统应用和第三方非系统应用。HarmonyOS的应用由一个或多个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。FA在进行用户交互时所需的后台数据访问也需要由对应的PA提供支撑。基于FA/PA开发的应用,能够实现特定的业务功能,支持跨设备调度与分发,为用户提供一致、高效的应用体验。
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
分布式软总线是手机、平板、智能穿戴、智慧屏、车机等分布式设备的通信基座,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。分布式软总线示意图见图1。
典型应用场景举例:
图1 分布式软总线示意图
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。针对不同类型的任务,为用户匹配并选择能力合适的执行硬件,让业务连续地在不同设备间流转,充分发挥不同设备的能力优势,如显示能力、摄像能力、音频能力、交互能力以及传感器能力等。分布式设备虚拟化示意图见图2。
典型应用场景举例:
图2 分布式设备虚拟化示意图
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。用户数据不再与单一物理设备绑定,业务逻辑与数据存储分离,跨设备的数据处理如同本地数据处理一样方便快捷,让开发者能够轻松实现全场景、多设备下的数据存储、共享和访问,为打造一致、流畅的用户体验创造了基础条件。分布式数据管理示意图见图3。
典型应用场景举例:
图3 分布式数据管理示意图
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。
图4以应用迁移为例,简要地展示了分布式任务调度能力。
典型应用场景举例:
图4 分布式任务调度示意图
HarmonyOS提供了用户程序框架、Ability框架以及UI框架,支持应用开发过程中多终端的业务逻辑和界面逻辑进行复用,能够实现应用的一次开发、多端部署,提升了跨设备应用的开发效率。一次开发、多端部署示意图见图5。
其中,UI框架支持Java和JS两种开发语言,并提供了丰富的多态控件,可以在手机、平板、智能穿戴、智慧屏、车机上显示不同的UI效果。采用业界主流设计方式,提供多种响应式布局方案,支持栅格化布局,满足不同屏幕的界面适配能力。
图5 一次开发、多端部署示意图
HarmonyOS通过组件化和小型化等设计方法,支持多种终端设备按需弹性部署,能够适配不同类别的硬件资源和功能需求。支撑通过编译链关系去自动生成组件化的依赖关系,形成组件树依赖图,支撑产品系统的便捷开发,降低硬件设备的开发门槛。
在搭载HarmonyOS的分布式终端上,可以保证“正确的人,通过正确的设备,正确地使用数据”。
在分布式终端场景下,“正确的人”指通过身份认证的数据访问者和业务操作者。“正确的人”是确保用户数据不被非法访问、用户隐私不泄露的前提条件。HarmonyOS通过以下三个方面来实现协同身份认证:
在分布式终端场景下,只有保证用户使用的设备是安全可靠的,才能保证用户数据在虚拟终端上得到有效保护,避免用户隐私泄露。
图1 设备证书使用示意图
在分布式终端场景下,需要确保用户能够正确地使用数据。HarmonyOS围绕数据的生成、存储、使用、传输以及销毁过程进行全生命周期的保护,从而保证个人数据与隐私、以及系统的机密数据(如密钥)不泄漏。
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