鴻蒙OS與Fuchsia OS的異同

小嵌

鴻蒙OS與Fuchsia OS的異同, 最近行業(yè)內(nèi)最熱門的，可能就是這個華為鴻蒙OS的第一次正式亮相了。

作為知乎上Fuchsia OS的答主，自然也收到了大量的關(guān)于比較兩個操作系統(tǒng)，或是評價鴻蒙OS的邀請。

在此之前，我一直沒有回應(yīng)這類邀請。主要原因還是在于現(xiàn)階段華為公布出來的信息量實在太少，雖然官方聲稱將會全面開源，但終究還沒有開源，甚至連大家能買到的設(shè)備或是下載的系統(tǒng)鏡像都還沒有。（就算這樣，GitHub上還是出現(xiàn)了好幾個非官方的騙Star repo，也是心累）

不過好在發(fā)布會上，華為的PPT里面放了一張當(dāng)前的1.0版本和接下來的2.0版本的架構(gòu)圖，雖然非常粗略，但是還是可以管中窺豹，聊上一聊。當(dāng)然，最主要的原因是，我做好了被打臉的準(zhǔn)備 ^.^




由于本人并不在發(fā)布會現(xiàn)場，且暫時還沒有取得對應(yīng)的照片的版權(quán)，所以麻煩讀者參照《32張圖看懂華為鴻蒙系統(tǒng)》一文的照片來理解本文的內(nèi)容。




應(yīng)用場景



在這個專欄的第一篇文章：

為什么Google需要Fuchsia操作系統(tǒng)



中，我就道明了Google做Fuchsia操作系統(tǒng)的野心是非常大的。Google通過完全模塊化的設(shè)計，希望讓Fuchsia成為第一個AI原生（內(nèi)建深度學(xué)習(xí)、語音語義、人臉識別、圖像分類等人工智能算法），云原生（與各種云服務(wù)無縫集成），適用于手機(jī)、平板、筆記本電腦，以及路由器、智能音箱、機(jī)器人，甚至是Google的無人駕駛汽車的超級操作系統(tǒng)。

這段話里，其實從三個維度講解了Google的野心：

• 功能特性上：具備AI原生能力，內(nèi)建了邊緣和云端無縫化的人工智能能力；
  
• 生態(tài)上：具備云原生能力，與Google以及第三方提供的各種云服務(wù)無縫集成；
  
• 應(yīng)用場景上：適用于個人移動設(shè)備、IoT設(shè)備甚至是無人駕駛汽車等不同運算能力和需求的場景。
    
  

而實現(xiàn)上述野心的手段是，將整個操作系統(tǒng)完全模塊化，變得可伸縮，可定制。

我們再回看華為在發(fā)布會上的PPT:


靈活適配全場景豐富終端形態(tài)

這是文章中的第四張PPT，從配圖中，我們可以看到它的適配范圍包括了

• GB級內(nèi)存的：桌面PC、筆記本電腦、手機(jī)
  
• MB級內(nèi)存的：智能手表、車機(jī)
  
• KB級內(nèi)存的：只能攝像頭、智能燈泡、智能門鎖
    
  

這個覆蓋的跨度與Fuchsia OS是非常相似的。在Fuchsia的內(nèi)核Zircon（之前被稱為Magenta）剛剛出來的時候，福布斯的報道就包括了這些內(nèi)容[1]。




分布式軟總線

華為在發(fā)布會上，花了非常大的篇幅介紹這個功能。從PPT中的內(nèi)容，大體推斷它包括了2個部分：

• 底層的“極簡協(xié)議”。華為本身就是搞通訊出身的，搞個新的協(xié)議自然不在話下。而這個協(xié)議是直接構(gòu)建在網(wǎng)絡(luò)層之上的3層協(xié)議。雖然ppt上這個協(xié)議直接代替了原本協(xié)議棧中的4層。然而，實際上，大量現(xiàn)代的應(yīng)用層協(xié)議（如HTTP協(xié)議）都是直接基于4層的TCP協(xié)議的，并不存在表示層和會話層協(xié)議。這個所謂的極簡協(xié)議其實也就是替代了TCP/IP或者UDP/IP這2層協(xié)議而已。設(shè)計上應(yīng)當(dāng)是盡量壓縮了協(xié)議包頭的尺寸，并設(shè)計成了無狀態(tài)非連接的形式。其根本目的在于降低通信的延遲，提高帶寬的利用率。面向的場景應(yīng)該是包長非常小，但對實時性要求高的場合。
  
• 上層的應(yīng)用框架。顧名思義，就是提供了一套SDK給到開發(fā)者，方便使用上述的極簡協(xié)議實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)的自發(fā)現(xiàn)、消息的單播、多播、廣播。
    
  

上文中，我特地強調(diào)了“局域網(wǎng)”是有原因的。因為現(xiàn)在大家使用的路由器的路由功能是基于3層的（IP層）。所以如果華為做的這個協(xié)議是一個非IP兼容的協(xié)議的話，那么它就無法被你的路由器正確路由，自然也就無法擴(kuò)展到廣域網(wǎng)了。

所以，我猜測華為設(shè)計這個的目的，主要還是在于類似iOS Handoff或者AirDrop的功能。但提供了更好的實時性、可靠性和帶寬。

至于這一點，在Fuchsia中，恰恰選擇了一條完全不同的路徑。在Fuchsia中，全面擁抱了開放和標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，擁抱了一些網(wǎng)絡(luò)方面的新技術(shù)。比如在做Fuchsia開發(fā)的時候，利用了IPv6的自組網(wǎng)特性，mDNS的自發(fā)現(xiàn)特性和HTTP/2.0作為通訊協(xié)議，實現(xiàn)遠(yuǎn)程對客戶機(jī)的操控和管理。（題外話，在這一點上，Apple做了非常好的表率，在每一個OS大版本發(fā)布的時候，都會非常有意識、有節(jié)奏的將最新的技術(shù)整合進(jìn)來，并且發(fā)揮出最大的功用）




調(diào)度引擎

再接下來，華為又花了很大的筆墨來講內(nèi)核的調(diào)度引擎。

關(guān)鍵內(nèi)容是在吐槽Android中用的Linux內(nèi)核采用的完全公平調(diào)度器[2]（CFS）。坦白的說，我非常認(rèn)同華為的吐槽，因為這個調(diào)度器是更加偏向于系統(tǒng)吞吐量，而非實時響應(yīng)能力。所以，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載較高，或是面臨突發(fā)負(fù)載時，非常容易導(dǎo)致UI卡頓。

而鴻蒙的內(nèi)核很可能是一個實時內(nèi)核，可以針對某些任務(wù)設(shè)定調(diào)度的deadline，保證在deadline前一定得到調(diào)度。這個做法通常應(yīng)用在嵌入式領(lǐng)域比較多（比如ECU在控制你的發(fā)動機(jī)的時候，某些點火計算的任務(wù)是一定要在點火時間到來之前完成的）。




IPC性能

由于鴻蒙和Fuchsia都是微內(nèi)核的操作系統(tǒng)，所以IPC（Inter-process Call）性能是內(nèi)核最最關(guān)鍵的指標(biāo)之一。它直接決定了整個操作系統(tǒng)的性能水平，甚至可以直接將一個微內(nèi)核操作系統(tǒng)排除在實用性之外。在華為的PPT中，華為聲稱鴻蒙內(nèi)核的IPC性能是Fuchsia的
5倍。這是相當(dāng)夸張的一個性能優(yōu)勢。至于華為是如何做到的，我是非常非常好奇的，期待華為開源鴻蒙OS（星星眼）。




架構(gòu)圖

最后，說一下華為放出來的架構(gòu)圖。其實除了內(nèi)核層之外的部分我一點都不關(guān)心。我們重點關(guān)注內(nèi)核層，會有很驚喜的發(fā)現(xiàn)：

架構(gòu)圖中，內(nèi)核層一共有3個內(nèi)核，分別是Linux內(nèi)核、鴻蒙微內(nèi)核、LiteOS內(nèi)核。我們知道，如果沒有虛擬化技術(shù)，這3個內(nèi)核是無法共存的，那么華為到底是怎么做到的呢？秘密藏在SoC的Block Diagram中：



讓我們一起看一下官宣的麒麟970的PPT（980的PPT為了放別的組件，把Sensor Processor隱藏了，但硬件上肯定是有的）：



v2-f272f043d9e6b0301d75bace8f47e28e_720w.jpg （53.89 KB, 下載次數(shù): 0）

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注意圖中的3個地方：

• 左上角的8-Core CPU
  
• 左下角的i7 Sensor Processor
  
• 右下角的Security Engine （inSE & TEE）
    
  

我們再看華為發(fā)布會中第14張圖片，標(biāo)題是“微內(nèi)核技術(shù)用于可信執(zhí)行環(huán)境（TEE）”。再注意右側(cè)的那個框圖，可以看到鴻蒙的微內(nèi)核現(xiàn)在是跑在TEE內(nèi)的，而普通執(zhí)行環(huán)境跑的是Linux內(nèi)核。

提到的第三個內(nèi)核LiteOS是華為針對IoT領(lǐng)域推出的嵌入式操作系統(tǒng)[3]。

所以我認(rèn)為，這次在鴻蒙1.0上，主CPU里面跑的還是Linux，鴻蒙微內(nèi)核只是運行在Security Engine的TEE環(huán)境中，而LiteOS則是跑在Sensor Processor（實際上就是一顆內(nèi)置的MCU核心）上，負(fù)責(zé)處理傳感器數(shù)據(jù)的嵌入式內(nèi)核。




結(jié)論


本文的結(jié)論僅限我根據(jù)華為當(dāng)前公布出來的PPT猜測的個人觀點，很可能存在錯誤，等華為開源后，我會另外行文修正。

• 鴻蒙1.0中，鴻蒙微內(nèi)核僅運行在TEE中，并非整個操作系統(tǒng)的主要內(nèi)核；
  
• 操作系統(tǒng)的主要內(nèi)核仍然是Linux（應(yīng)該就是Android魔改過的Linux內(nèi)核，但加上了華為的魔改，比如EROFS、“極簡協(xié)議”）；
  
• LiteOS內(nèi)核本身就是幾乎所有華為手機(jī)上的Sensor Processor（客官可曾記得蘋果在A系列處理器中增加的M系列核心？）的嵌入式OS；
  
• 鴻蒙OS 1.0主體就是AOSP加上了華為自己的修改（比如EMUI的殼、方舟編譯器的運行時，GPU Turbo等）；
  
• 你可以認(rèn)為EMUI 10.0就是鴻蒙OS 1.0；
  
• 鴻蒙OS 2.0開始的發(fā)展方向應(yīng)當(dāng)是完全按照Fuchsia的軌跡來設(shè)計和執(zhí)行的，目測節(jié)奏上也會緊跟Fuchsia的步伐。