“鴻蒙”操作系統(tǒng)關(guān)鍵特性解讀

1、計算機(jī)為什么需要操作系統(tǒng)？

大部分人認(rèn)為，操作系統(tǒng)本來就是與計算機(jī)（IT設(shè)備）一體的。究竟計算機(jī)為什么需要操作系統(tǒng)？可能我們并不會去特意想這個問題。

其實，對于IT產(chǎn)品而言，操作系統(tǒng)的角色，就像我們?nèi)祟惿眢w中，大腦的角色一樣。我們每天面對大量的或大或小、或簡單或復(fù)雜、或緊迫或?qū)捤傻氖虑?。大腦如何處理這些事情的處理的先后順序和邏輯關(guān)系。

來源：計算機(jī)教程

我們先了解一下，操作系統(tǒng)為什么是計算機(jī) （IT設(shè)備）一個核心必備軟件系統(tǒng)？

為了了解操作系統(tǒng)的必要性，我們先看幾個簡單的場景案例。

1）計算機(jī)（任何IT產(chǎn)品）其實就是一個利用IT資源（計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源）對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的設(shè)備。而在計算機(jī)處理數(shù)據(jù)的時候，會遇到IT資源如何分配的問題。比如，如果同時有幾個應(yīng)用程序發(fā)出運(yùn)行請求，各個程序之間運(yùn)行的先后邏輯是什么？哪個程序優(yōu)先運(yùn)行，哪個程序后運(yùn)行？每個程序又該分配多少計算資源？這些都是需要解決的問題。如果沒有操作系統(tǒng)，多個程序同時運(yùn)行，就會出現(xiàn)各個應(yīng)用程序相互擠占計算資源，最終都無法運(yùn)行的情況。

2）在同一個計算機(jī)（IT設(shè)備）中，其運(yùn)行著各種各樣的應(yīng)用程序。而在應(yīng)用程序開發(fā)的時候，開發(fā)者關(guān)注的是自己的應(yīng)用程序是基于什么操作系統(tǒng)開發(fā)的（這也是應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系），而不會去關(guān)注自己的程序是否會受到其他應(yīng)用程序的影響。對于操作系統(tǒng)來說，就需要解決不同應(yīng)用程序之間是否會相互干擾的問題。

3）計算機(jī)（IT設(shè)備）是由硬件和軟件組成。操作系統(tǒng)和在其之上運(yùn)行的應(yīng)用程序都是軟件。由于硬件種類很多，同一硬件產(chǎn)品也都有不同的生產(chǎn)設(shè)計產(chǎn)商。對于這樣的一個看似非標(biāo)準(zhǔn)化的硬件環(huán)境，如何能讓應(yīng)用程序都能適應(yīng)這些硬件環(huán)境，不會出現(xiàn)某個應(yīng)用程序只能在某一個硬件環(huán)境下運(yùn)行，換一個硬件環(huán)境就無法運(yùn)行的情況。

解決以上問題的核心途徑，就是采用操作系統(tǒng)。

1）操作系統(tǒng)，可以對應(yīng)用程序進(jìn)行計算資源分配、運(yùn)行管理、調(diào)用權(quán)限審核等。目的就是讓各種應(yīng)用程序都能夠有序、快速地運(yùn)行。計算機(jī)資源分配包括：CPU的運(yùn)算資源，內(nèi)存條的主存容量，硬盤的讀寫流量，網(wǎng)卡的網(wǎng)絡(luò)傳輸流量，主線的內(nèi)部數(shù)據(jù)流量等。

2）操作系統(tǒng)，可以將不同硬件造成的運(yùn)行環(huán)境的差異進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。無論什么樣的底層硬件，上層應(yīng)用程序運(yùn)行的環(huán)境都是一樣的。這就極大便利了應(yīng)用程序開發(fā)者，可以將精力主要用在優(yōu)化自身產(chǎn)品方面，而不用擔(dān)心底層的計算環(huán)境。

3）操作系統(tǒng)，可以進(jìn)行多任務(wù)管理，控制程序并發(fā)運(yùn)行。操作系統(tǒng)可以針對幾個應(yīng)用程序提出的并發(fā)運(yùn)行請求，進(jìn)行合理處理，安排優(yōu)先級。合理有序?qū)ζ溥M(jìn)行計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等各種IT資源的分配。

來源：計算機(jī)教程

2、鴻蒙OS解讀

對于鴻蒙OS，大家印象比較深刻的是幾個關(guān)鍵詞：全場景、分布式、微內(nèi)核、跨終端。這些都是鴻蒙OS相比傳統(tǒng)其他OS不同的地方，當(dāng)然也是鴻蒙OS的賣點所在。

而華為對鴻蒙OS介紹中，花了大量篇幅來介紹鴻蒙OS的四大技術(shù)特性。說實話，這四大技術(shù)特性，對于非專業(yè)IT人士而言，可能大致能明白其表達(dá)的核心意思，但對于其背后的體現(xiàn)的IT內(nèi)涵和程序模塊間的邏輯關(guān)系，可能并不一定有多理解。而這些也正是鴻蒙OS相比其他操作系統(tǒng)的不同或者說優(yōu)勢所在。

為了更好地理解鴻蒙OS，我們將圍繞華為對鴻蒙OS四大技術(shù)特性的官方描述展開，來進(jìn)一步理解其背后的IT邏輯關(guān)系和含義。

鴻蒙OS，具備四大技術(shù)特性：

鴻蒙OS技術(shù)特性一：分布式架構(gòu)首次用于終端OS，實現(xiàn)跨終端無縫協(xié)同體驗

這里有個關(guān)鍵詞，就是“分布式架構(gòu)”，什么是操作系統(tǒng)的分布式架構(gòu)？

華為在介紹這一部分內(nèi)容時，特別提到了兩個專業(yè)術(shù)語“分布式OS架構(gòu)”和“分布式軟總線技術(shù)”。對于以上這種“分布式”的作用，華為的描述是“通過公共通信平臺，分布式數(shù)據(jù)管理，分布式能力調(diào)度和虛擬外設(shè)四大能力，將相應(yīng)分布式應(yīng)用的底層技術(shù)實現(xiàn)難度對應(yīng)用開發(fā)者屏蔽，使開發(fā)者能夠聚焦自身業(yè)務(wù)邏輯，像開發(fā)同一終端一樣開發(fā)跨終端分布式應(yīng)用，也使最終消費者享受到強(qiáng)大的跨終端業(yè)務(wù)協(xié)同能力為各使用場景帶來的無縫體驗?！?/span>

那我們先了解下，操作系統(tǒng)的分布式架構(gòu)是怎樣的架構(gòu)？

分布式操作系統(tǒng)架構(gòu)，是相對于集中式操作系統(tǒng)架構(gòu)而言的。根據(jù)以上，我們知道，操作系統(tǒng)分別經(jīng)歷了從CP/M系統(tǒng)、DOC系統(tǒng)、集中式操作系統(tǒng)，到現(xiàn)在的分布式操作系統(tǒng)。

分布式架構(gòu)操作系統(tǒng)，能夠?qū)τ嬎銠C(jī)的資源進(jìn)行動態(tài)分配，并有效控制和協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)中各任務(wù)的并行執(zhí)行。分布式架構(gòu)的操作系統(tǒng)，除了具備傳統(tǒng)操作系統(tǒng)功能之外，還提供分布式進(jìn)程通信、分布式文件系統(tǒng)、分布式進(jìn)程遷移、分布式進(jìn)程同步和分布式進(jìn)程死鎖等功能。

分布式操作系統(tǒng)的特點是：分布性和穩(wěn)定性。分布式操作系統(tǒng)中的微內(nèi)核和其他應(yīng)用程序，可以以多副本的方式運(yùn)行，一旦系統(tǒng)中某一個部分發(fā)生故障，該分布式操作系統(tǒng)仍能夠正常運(yùn)行，保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

另外，分布式操作系統(tǒng)一般采用微內(nèi)核及核外輔以若干實用程序的結(jié)構(gòu)。而此次鴻蒙OS特別提到，其利用的是微內(nèi)核。

微內(nèi)核是一種具有有限功能的較小的操作系統(tǒng)內(nèi)核。我們可以將其理解為是一個功能縮小版的內(nèi)核。微內(nèi)核主要負(fù)責(zé)原來內(nèi)核中幾個基礎(chǔ)的功能，包括中斷、通信、調(diào)度等，其他的系統(tǒng)功能分配給微內(nèi)核外的使用程度來執(zhí)行。在分布式操作系統(tǒng)中，一臺計算機(jī)對應(yīng)配置一個微內(nèi)核我，分布式系統(tǒng)之上運(yùn)行的實用程序可以不同。這樣可以使得，整個架構(gòu)更加靈活，節(jié)省系統(tǒng)資源，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

同時，分布式操作系統(tǒng)，對應(yīng)用程序開發(fā)者，將相應(yīng)分布式應(yīng)用的底層技術(shù)實現(xiàn)難度進(jìn)行屏蔽，使開發(fā)者能夠聚焦自身業(yè)務(wù)邏輯，像開發(fā)同一終端一樣開發(fā)跨終端分布式應(yīng)用。?以上是我們對“分布式架構(gòu)OS”的理解。

來源：計算機(jī)教程

另外一個就是“分布式軟總線技術(shù)”

要了解分布式軟件總線技術(shù)，我們需要一層一層的剝開。要知道分布式軟件總線，需要了解軟件總線，進(jìn)而需要了解軟插件，進(jìn)而需要了解軟件復(fù)用的概念。

軟件復(fù)用，是利用現(xiàn)有的軟件成分（資源）來構(gòu)造新的軟件系統(tǒng)。該軟件成分可以是已有的軟件，也可以是專門開發(fā)的可以復(fù)用的軟件構(gòu)件。

軟件復(fù)用技術(shù)分為組裝技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)。

組裝技術(shù)，是對已有的軟件構(gòu)件不做修改或者少做修改，直接將其插裝在一起，來構(gòu)造出一個新的軟件系統(tǒng)。

生成技術(shù)，是利用程序編譯器來完成對軟件結(jié)構(gòu)模式的復(fù)用。例如V c++等。

軟插件模型，軟插件技術(shù)從本質(zhì)來講是一種軟件集成技術(shù)。對于一個新的軟件系統(tǒng)，其中有大部分的工作量是用在重復(fù)編寫已有軟件部分。軟插件是一種具有一組外接插頭。如果構(gòu)造一個軟件系統(tǒng)的軟插件都已存在，那開發(fā)者只需要對整個系統(tǒng)的構(gòu)造策略和原則進(jìn)行制定即可，從而提升軟件生產(chǎn)效率。軟件插件的特征包括：模塊化好、獨立性強(qiáng)、高可靠性、鏈接簡單、封裝功能等。

軟件總線，解決的是軟插件的交互問題，以支持軟件工廠總裝期間和運(yùn)行階段的高級通信問題。并解決軟件系統(tǒng)內(nèi)部各個軟插件的互操作問題。

分布式軟件總線。在分布式操作系統(tǒng)下，大量易購網(wǎng)絡(luò)以及各個廠商推出的軟硬件產(chǎn)品，帶來分布式系統(tǒng)各個層次都存在互操作問題。如果將軟件總線與操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制結(jié)合起來，就能夠比較好的處理分布式系統(tǒng)的互操作問題。

華為給出的關(guān)于分布式軟總線的關(guān)鍵指標(biāo)，這將有利于我們對其的理解。主要包括：1）低時延：端到端時延小于20毫秒。2）高吞吐：有效圖吞吐高達(dá)1.2Gbps。3）高可靠：抗丟包率高達(dá)25%。

來源：計算機(jī)教程

鴻蒙OS技術(shù)特性二：確定時延引擎和高性能IPC技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)天生流暢

華為對改性能的解釋為：“鴻蒙 OS通過使用確定時延引擎和高性能IPC兩大技術(shù)解決現(xiàn)有系統(tǒng)性能不足的問題。確定時延引擎，可在任務(wù)執(zhí)行前，分配系統(tǒng)中任務(wù)執(zhí)行優(yōu)先級及時限進(jìn)行調(diào)度處理，優(yōu)先級高的任務(wù)資源將優(yōu)先保障調(diào)度，應(yīng)用響應(yīng)時延降低25.7%。鴻蒙微內(nèi)核結(jié)構(gòu)小巧的特性使IPC（進(jìn)程間通信）性能大大提高，進(jìn)程通信效率較現(xiàn)有系統(tǒng)提升5倍。”

高性能IPC。IPC指的是進(jìn)程間通信，Inter process communication。IPC是一組編程接口，讓程序員能夠協(xié)調(diào)不同的進(jìn)程，使之能在一個操作系統(tǒng)里同時運(yùn)行，并相互傳遞、交換信息。

為什么需要進(jìn)程間通信？

在計算機(jī)實際運(yùn)行過程中，可能會出現(xiàn)一個系統(tǒng)中好幾個進(jìn)程同時在進(jìn)行的情況。這時，不同進(jìn)程之間需要相互協(xié)作、相互溝通，以便更好的完成工作。而由于不同進(jìn)程之間的相互獨立性，進(jìn)程間的溝通就變得比較困難。因此，就產(chǎn)生了不同進(jìn)程間的通信方式，來解決不同進(jìn)程之間的通信問題。

因此，基于以上的解釋，我們可以理解進(jìn)程間通信的目的：

1）數(shù)據(jù)傳輸：一個進(jìn)程需要將它的數(shù)據(jù)發(fā)送給另一個進(jìn)程。

2）資源共享：多個進(jìn)程間共享同樣的資源。

3）通知事件：一個進(jìn)程需要向另一個或一組進(jìn)程發(fā)消息，通知它們發(fā)生了某種事件（如進(jìn)程終止時要通知父進(jìn)程）。

4）進(jìn)程控制：有些進(jìn)程希望完全控制另一個進(jìn)程的執(zhí)行（如Debug進(jìn)程），此時控制進(jìn)程希望能夠攔截另一個進(jìn)程的所有陷入和異常，并能夠及時知道它的狀態(tài)改變。

而對于華為鴻蒙OS而言，其進(jìn)程間通信（IPC）性能大幅提升，我們可以理解為不同進(jìn)程之間的對話和溝通效率大幅提升。

鴻蒙OS技術(shù)特性三：基于微內(nèi)核架構(gòu)，重塑終端設(shè)備可信安全

華為對該功能的描述為：“鴻蒙OS采用全新的微內(nèi)核設(shè)計，擁有更強(qiáng)的安全特性和低時延等特點。微內(nèi)核設(shè)計的基本思想是簡化內(nèi)核功能，在內(nèi)核之外的用戶態(tài)盡可能多地實現(xiàn)系統(tǒng)服務(wù)，同時加入相互之間的安全保護(hù)。微內(nèi)核只提供最基礎(chǔ)的服務(wù)，比如多進(jìn)程調(diào)度和多進(jìn)程通信等。”

這其中的一個關(guān)鍵詞是：微內(nèi)核。這也是鴻蒙OS的關(guān)鍵特性之一。

在上面，我們提到了分布式操作系統(tǒng)與微內(nèi)核的關(guān)系。一般分布式操作系統(tǒng)通過微內(nèi)核的方式來實現(xiàn)。

在理解微內(nèi)核之前，我們先理解下，什么是內(nèi)核？

操作系統(tǒng)中的“內(nèi)核”，內(nèi)核是操作系統(tǒng)的核心部分，它管理著系統(tǒng)的各種資源，我們可以把他比作連接應(yīng)用程序和硬件的一座橋梁，是直接運(yùn)行在硬件上的最基礎(chǔ)的軟件實體。

微內(nèi)核的概念，是由Richard Rashid在卡內(nèi)基梅隆(Carnegie-Mellon)大學(xué)開發(fā)Mach操作系統(tǒng)時提出的，目標(biāo)是建立一個基于消息傳送(message passing)機(jī)制的最小內(nèi)核，以便在此基礎(chǔ)上建造對其它操作系統(tǒng)的模擬層來模擬其它操作系統(tǒng)的特性。

微內(nèi)核（Microkernel），是一種內(nèi)核的設(shè)計架構(gòu)，由一組盡可能將數(shù)量最小化的軟件程序組成，它們負(fù)責(zé)提供、實現(xiàn)一個操作系統(tǒng)所需要的各種機(jī)制與功能。這些最基礎(chǔ)的機(jī)制，包括了底層地址空間管理，線程管理，與行程間通信（IPC）。

微內(nèi)核的設(shè)計理念，是將系統(tǒng)服務(wù)的實現(xiàn)，與系統(tǒng)的基本操作規(guī)則區(qū)分開來。它實現(xiàn)的方式，是將核心功能模塊化，劃分成幾個獨立的行程，各自運(yùn)行，這些行程被稱為服務(wù)（service）。所有的服務(wù)行程，都運(yùn)行在不同的地址空間。只有需要絕對特權(quán)的行程，才能在具特權(quán)的運(yùn)行模式下運(yùn)行，其余的行程則在用戶空間運(yùn)行。

微內(nèi)核提供一組“最基本”的服務(wù)，如進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、存儲管理、處理I/O設(shè)備。其他服務(wù)，如文件管理、網(wǎng)絡(luò)支持等通過接口連到微內(nèi)核。而在傳統(tǒng)的內(nèi)核情況下，內(nèi)核集成了大量的基礎(chǔ)服務(wù)和其他服務(wù)，這樣，內(nèi)核顯得就更加的笨重。

微內(nèi)核的功能：微內(nèi)核設(shè)計帶來了良好的兼容性、擴(kuò)充性、靈活性、移植性、可靠性和網(wǎng)絡(luò)支持。

但是，微內(nèi)核設(shè)計有一個重要缺點：由于微內(nèi)核操作系統(tǒng)使用進(jìn)程來隔離系統(tǒng)組件，這些組件之間的通信使用了消息傳遞方式來實現(xiàn)一個組件對另一個組件的調(diào)用－這實際上是進(jìn)行了一次RPC（例如在NT上是LPC）調(diào)用。但這種類似RPC的方式是通過進(jìn)程間通信(IPC)機(jī)制實現(xiàn)的，其性能一般低于傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用的性能。由于微內(nèi)核操作系統(tǒng)的類似RPC調(diào)用是通過消息傳送機(jī)制實現(xiàn)的，而傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用一般是通過類似trap的方法實現(xiàn)。相比于trap方法，通過消息傳送機(jī)制實現(xiàn)的這種類RPC調(diào)用的方式較慢。

鴻蒙OS技術(shù)特性四：通過統(tǒng)一IDE支撐一次開發(fā)，多端部署，實現(xiàn)跨終端生態(tài)共享

華為對此性能的官方描述為：“鴻蒙OS憑借多終端開發(fā)IDE，多語言統(tǒng)一編譯，分布式架構(gòu)Kit提供屏幕布局控件以及交互的自動適配，支持控件拖拽，面向預(yù)覽的可視化編程，從而使開發(fā)者可以基于同一工程高效構(gòu)建多端自動運(yùn)行App，實現(xiàn)真正的一次開發(fā)，多端部署，在跨設(shè)備之間實現(xiàn)共享生態(tài)。華為方舟編譯器是首個取代Android虛擬機(jī)模式的靜態(tài)編譯器，可供開發(fā)者在開發(fā)環(huán)境中一次性將高級語言編譯為機(jī)器碼。此外，方舟編譯器未來將支持多語言統(tǒng)一編譯，可大幅提高開發(fā)效率?！?/span>

下面我們逐句來進(jìn)行解讀

1）IDE，Integrated Development Environment ，即集成開發(fā)環(huán)境。IDE是一種編程軟件，是集成了程序員語言開發(fā)中會需要的一些基本工具、基本環(huán)境和其他輔助功能的應(yīng)用軟件。IDE一般包含三個主要組件：源代碼編輯器（Editor）、編譯器、解釋器（Compiler、Interpreter）和調(diào)試器（Debugger）。集成了代碼編寫功能、分析功能、編譯功能、調(diào)試功能等一體化的開發(fā)軟件服務(wù)套件。

開發(fā)人員可以通過圖形用戶界面訪問這些組件，并且實現(xiàn)整個代碼編譯、調(diào)試和執(zhí)行的過程?，F(xiàn)在的IDE也提供其他幫助程序員提供開發(fā)效率的一些高級輔助功能，比如代碼高亮，代碼補(bǔ)全和提示，語法錯誤提示，函數(shù)追蹤，斷點調(diào)試等。

現(xiàn)在有大量的免費開源的和商用的IDE，包括：

1、微軟 Visual Studio（VS）：VS支持創(chuàng)建各種類型的程序，包括從桌面應(yīng)用、Web應(yīng)用、移動APP、到視頻游戲。對于初學(xué)者到高級專業(yè)開發(fā)人員來說都是最棒的開發(fā)工具。VS有可定制儀表板和可?？康拇翱凇ＫС侄啻?6種不同的編程語言，如：ASP.NET、DHTML、JavaScript、Jscript、Visual Basic、Visual C#、Visual C ++、Visual F#，XAML等。

2、NetBeans：是一個免費開源的Java集成的開發(fā)環(huán)境軟件，主要用于Java開發(fā)。適合從零開始或者對已有工程進(jìn)行開發(fā)。NetBeans支持多種編譯器，如CLang/LLVM、Cygwin（GNU）、MinGW和Oracle Solaris Studio等。

3、PyCharm：是著名編程語言Python的IDE，由知名的IDE開發(fā)商JetBrains出品。除了Python之外，PyCharm還支持其他Web開發(fā)語言：JavaScript、Node.js、CoffeeScript、TypeScript、Dart、CSS、HTML等。

除此之外，典型的IDE還包括：IntelliJ IDEA，Eclipse，Code:: Blocks，Aptana Studio 3，CodeLite等。

2）多語言統(tǒng)一編譯

不同的集成開發(fā)環(huán)境IDE，支持不同的開發(fā)語言。比如，上面提到的微軟Visual Studio 支持的編程語言包括：ASP.NET、DHTML、JavaScript、Jscript、Visual Basic、Visual C#、Visual C ++、Visual F#，XAML等。

而鴻蒙OS 可以支持多語言統(tǒng)一編譯，而這很大程度上是依賴于華為開發(fā)的方舟編譯器。上面，我們提到，編譯器是計算機(jī)（IT設(shè)備）系統(tǒng)軟件中一個基礎(chǔ)和核心軟件。方舟編譯器與鴻蒙OS結(jié)合，應(yīng)用程序開發(fā)者可以利用方舟編譯器來進(jìn)行多語言同一編譯。這在一定程度上能夠顯著提升開發(fā)展的開發(fā)效率。

3）分布式架構(gòu)Kit。Kit在IT行業(yè)指的軟件工具包。我們認(rèn)為，這里的分布式架構(gòu)的工具包，是與鴻蒙OS的分布式架構(gòu)自成一體的。分布式架構(gòu)的思想體現(xiàn)在整個鴻蒙OS的各個組件當(dāng)中。其能夠帶來分分布式架構(gòu)OS的所帶來的便利和功能。

而以上鴻蒙OS的這一性能的核心意思是：通過華為提供的集成開發(fā)環(huán)境，和支持多語言統(tǒng)一編譯的方舟編譯器，應(yīng)用程序開發(fā)人員，可以大幅提高軟件開發(fā)效率，包括縮短應(yīng)用程序開發(fā)周期、語言模塊調(diào)用、應(yīng)用程序的自動調(diào)優(yōu)等。而且，通過華為提供的開發(fā)環(huán)境和編譯器開發(fā)的應(yīng)用程序，可以適應(yīng)于多種不同類型的終端，包括手機(jī)、PC、汽車以及其他各種智能終端。

鴻蒙OS之所以要要想盡一切辦法，來給軟件開發(fā)人員帶來便利和效率，核心還是打造基于鴻蒙OS的IT生態(tài)。因為最終這些應(yīng)用軟件都要在鴻蒙OS上來運(yùn)行。

3、方舟編譯器

通過以上，我們看到鴻蒙OS之所以能夠為軟件開發(fā)者提供支持多語言統(tǒng)一編譯的極大便利，核心還是基于方舟編譯器的應(yīng)用。

首先，我們解釋一下，什么是編譯器？

編譯器，是將“一種語言（通常為高級語言）”翻譯為“另一種語言（通常為低級語言）”的程序。編譯器的主要工作流程：源代碼 (source code) → 預(yù)處理器 (preprocessor) → 編譯器 (compiler) → 目標(biāo)代碼 (object code) → 鏈接器 (Linker) → 可執(zhí)行程序 (executables)。

之所以需要編譯器，只因為計算機(jī)是一個二級制單位，是通過0和1的組合來實現(xiàn)不同的操作。而人類的編程語言，從較早的匯編語言，到C、C++，再到我們現(xiàn)在看到的Java語言等。

說的簡單通俗點：編譯器就是想一個翻譯官一樣，將人類的邏輯語言，翻譯為機(jī)器可識別可理解可執(zhí)行的機(jī)器語言。翻譯的快慢可以影響溝通交流的效率，同樣，編譯器的效率也就影響了程序運(yùn)行的效率。

關(guān)于方舟編譯器的發(fā)展歷程

2019年4月，在華為P30系列國內(nèi)發(fā)布會上，華為首次發(fā)布了方舟編譯器。方舟編譯器是基于GCC開發(fā)的交叉編譯器套件，它包括了C、C++、Fortran的前端，也包括了這些語言的庫（如libstdc++、libgcc等）。

方舟編譯器，是對傳統(tǒng)Android操作系統(tǒng)編譯器的改進(jìn)和突破。

1）方舟編譯器，可以實現(xiàn)多語言聯(lián)合優(yōu)化編譯，大幅提升運(yùn)行效率

我們知道，在Android操作系統(tǒng)中，使用的語言是Java語言。而Android操作系統(tǒng)之上運(yùn)行的各種各樣的應(yīng)用程序，其開發(fā)語言既有Java語言，也有C和C++。這就使得操作系統(tǒng)的Java語言與應(yīng)用程序的各種語言進(jìn)行交互。這種交互的接口就是JNI（Java Native Interface）。在數(shù)據(jù)訪問、函數(shù)調(diào)用、生命周期維護(hù)、異常處理時，需要這兩種語言交互，進(jìn)行相互調(diào)用。而在相互調(diào)用過程中，會占用一定的系統(tǒng)資源。使得系統(tǒng)之上的應(yīng)用程序運(yùn)行效率降低。

方舟編譯器，是業(yè)界首個多語言聯(lián)合優(yōu)化的編譯器，開發(fā)者在開發(fā)環(huán)境中可以一次性將多語言統(tǒng)一編譯為一套機(jī)器碼，運(yùn)行時無需產(chǎn)生跨語言帶來的額外消耗，并可以進(jìn)行跨語言的聯(lián)合優(yōu)化。

2）方舟編譯器直接編譯出機(jī)器指令，無需繁瑣的虛擬機(jī)運(yùn)行

在Android系統(tǒng)中，程序的運(yùn)行，需要借助ART虛擬機(jī)來執(zhí)行，編譯器是把源程序的每一條語句都編譯成機(jī)器語言并保存成二進(jìn)制文件，解釋器在執(zhí)行程序時，一條一條地解釋成機(jī)器語言來讓計算機(jī)執(zhí)行。而在這個動態(tài)編譯和解釋過程中，消耗了大量的系統(tǒng)資源。

方舟編譯器，可以在開發(fā)環(huán)境中，就可以完成全部代碼的編譯。所以在手機(jī)運(yùn)營環(huán)境中，應(yīng)用程序并不需要將進(jìn)行語言的編譯和解釋，可以直接讀取運(yùn)行，提升運(yùn)行效率。

3）方舟編譯器提供高效的內(nèi)存回收機(jī)制

早期C、C++需要開發(fā)人員自己管理程序，對系統(tǒng)內(nèi)存的實用和釋放，影響開發(fā)效率。Java的虛擬機(jī)模式提供了內(nèi)存GC（垃圾回收）機(jī)制，但需要短暫中斷應(yīng)用，成為隨機(jī)卡頓的根因之一。

方舟編譯器，可以對內(nèi)存進(jìn)行隨時回收，而是回收時，并不需要暫停應(yīng)用，保證了系統(tǒng)和應(yīng)用程序運(yùn)行的流暢性和高效性。

全 文 總 結(jié)

1、鴻蒙OS，只是冰山一角

我們認(rèn)為，鴻蒙OS只是華為建立自身IT生態(tài)體系的冰山一角。我們在之前的文章中分析了華為產(chǎn)品發(fā)展的邏輯。從IT產(chǎn)品形態(tài)角度來講，華為經(jīng)歷了從早期的硬件產(chǎn)品向軟件產(chǎn)品的演進(jìn)。而在軟件領(lǐng)域的不斷突破，逐步奠定了華為在IT產(chǎn)業(yè)的核心地位。特別是在基礎(chǔ)軟件領(lǐng)域，華為的默默進(jìn)取，在基礎(chǔ)軟件核心環(huán)節(jié)不斷取得新的成就。

目前我們看到的是鴻蒙OS和方舟編譯器，都只是華為自身IT生態(tài)底層軟件的一小部分。在芯片、數(shù)據(jù)庫等領(lǐng)域，華為同樣取得了一些突破性進(jìn)展。我們知道，如果在一套新的IT生態(tài)中，讓基礎(chǔ)軟件都能充分發(fā)揮其最高性能，需要各個基礎(chǔ)軟件不斷適配和完善，最終達(dá)到完美耦合。這也是我們在PC時代看到的Wintel以及移動時代看到Android+ARM堅不可破的原因。因此，我們可以想象，華為自身開發(fā)的這些基礎(chǔ)軟件，從一開始就是高度耦合的。

2、技術(shù)變革，帶來產(chǎn)業(yè)格局變化

每一次的重大技術(shù)變革都會預(yù)示著產(chǎn)業(yè)格局的演變，甚至對產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行重構(gòu)，促進(jìn)主流企業(yè)的重新洗牌。目前，我們看到華為已經(jīng)在多個IT領(lǐng)域進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)格局的重構(gòu)，從早期的路由器，到現(xiàn)在手機(jī)、存儲等市場。而以上我們看到的只是硬件部分。其實，更重要的是隨著5G逐步商用，華為正逐步在最為艱難的核心底層基礎(chǔ)軟件部分，來對市場格局進(jìn)行重構(gòu)。目前，我們已經(jīng)看到華為在5G通信領(lǐng)域占據(jù)了全球產(chǎn)業(yè)鏈的話語主導(dǎo)權(quán)。未來，我們有望看到在芯片、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等領(lǐng)域的不斷崛起。

3、硬件企業(yè)，軟件化

硬件企業(yè)逐步向軟件方向延伸，在IT領(lǐng)域我們經(jīng)常看到這樣的例子。這也是硬件企業(yè)發(fā)展到一定階段的必然選擇。而在這個演化方向上，往往只有行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者才有可能取得一定成功。至于從硬件到軟件轉(zhuǎn)化的原因，我們的理解：

1）硬件發(fā)展到一定階段，技術(shù)和架構(gòu)逐步成熟，不同企業(yè)的硬件產(chǎn)品逐步趨同。對于IT產(chǎn)品而言，只有差異化（有價值的差異化）才能獲取高額利潤。趨同帶來的利潤降低迫使行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者不斷加快新技術(shù)的應(yīng)用，即通過軟件來增加硬件的功能或者提升硬件的性能。即硬件發(fā)展到一定階段，可能決定硬件競爭力的倒不是硬件本身，而是軟件。

2）從技術(shù)角度來看，硬件產(chǎn)品的迭代速度較慢，迭代慢帶來的結(jié)果是，客戶采購新產(chǎn)品的動力和需求降低。通過軟件的應(yīng)用來加快硬件產(chǎn)品的迭代速度，縮短客戶的采購周期。

3）在原來IT產(chǎn)業(yè)分工下，硬件和軟件可以由不同的公司來提供，彼此發(fā)揮相對比較優(yōu)勢。但在現(xiàn)有的IT階段下，硬件和軟件的適配要求明顯提高；在某些領(lǐng)域，硬件與軟件只有做到相互定制、相互融合，其整體性能才能得到最大化釋放。

1、操作系統(tǒng)與芯片的耦合度

鴻蒙OS的目標(biāo)無疑是下一代5G通信技術(shù)下的核心操作系統(tǒng)。從IT底層軟件發(fā)展規(guī)律來看，操作系統(tǒng)作用的發(fā)揮，需要與芯片進(jìn)行長期、不斷、反復(fù)的適配、修改和完善，以達(dá)到最大限度的相互耦合。這樣才能最大發(fā)揮操作系統(tǒng)和芯片雙方的功能。比如，PC時代的Windows操作系統(tǒng)與Intel芯片經(jīng)歷了幾十年的適配，移動互聯(lián)網(wǎng)時代的Android操作系統(tǒng)與ARM芯片也達(dá)到了高度耦合。對于鴻蒙OS操作系統(tǒng)，如果未來在5G時代發(fā)揮作用，需要不斷與底層的芯片進(jìn)行適配耦合。如果是華為自身開發(fā)的芯片，耦合度會非常高。如果是其他廠商的芯片，雙方需要一段時間的適配過程。

2、鴻蒙OS的微內(nèi)核

微內(nèi)核本身不是新鮮事物，相比安卓系統(tǒng)，華為鴻蒙OS將各種硬件驅(qū)動拿到核外進(jìn)行處理，這在一定程度上帶來了架構(gòu)的靈活性。但凡事都是有利有弊，靈活性和擴(kuò)展性增加的同時，對核內(nèi)與核外之間的通信要求更高。未來鴻蒙OS在對全場景跨終端的適用方面，可能也需要與硬件廠商的產(chǎn)品不斷進(jìn)行適配。

3、鴻蒙OS全場景的適配，也需要不斷迭代過程

鴻蒙OS的目標(biāo)適用主題是全場景的IOT領(lǐng)域。客觀來講，這個適配的場景確實挺大的。從目前我們看到的歷史操作系統(tǒng)來看，能夠廣泛適用這么多樣化智能終端的的操作系統(tǒng)并不多。比如，PC、手機(jī)和汽車中適用的操作系統(tǒng)都是不一樣的。鴻蒙OS要達(dá)到在每一個應(yīng)用場景都能高效運(yùn)行，需要其不斷的根據(jù)不用應(yīng)用場景對計算需求的特點，而不斷改進(jìn)和完善自身架構(gòu)和性能。這是IT產(chǎn)品長期迭代的過程。

4、開放、開源，而不要打造封閉系統(tǒng)

核心底層基礎(chǔ)軟件的開發(fā)和應(yīng)用，一方面是開發(fā)難度較大，更重要的是能否建立起以該基礎(chǔ)軟件為核心的一套完整的產(chǎn)業(yè)鏈，形成正向循環(huán)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。在全球IT發(fā)展歷史上，我們既看到過封閉生態(tài)體系，比如蘋果的產(chǎn)品；也看到開放生態(tài)體系，比如谷歌、微軟的產(chǎn)品等。而對于未來的IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，只有不斷開放，更加開放，才能與生態(tài)伙伴一起成長。

而從PC歷史發(fā)展來看，目前還沒有看到通過封閉系統(tǒng)，來持續(xù)獲得不斷擴(kuò)大的業(yè)務(wù)規(guī)模的。對于華為而言，目前正在逐步建立自己的核心底層生態(tài)體現(xiàn)，從芯片、算法到操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫，更不用說早期發(fā)展起來的服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。而對于未來5G產(chǎn)業(yè)，只有不斷開放、開源，才能獲得人生的“開掛”。

END

---

版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除。

▍ 推薦閱讀

飛機(jī)上一般是什么操作系統(tǒng)？

高速CAN、容錯CAN、LIN總線有什么區(qū)別？

大佬終于把鴻蒙OS講明白了，收藏了！