【HarmonyOS】应用开发第一章-HarmonyOS理念和设计

第一章HarmonyOS理念和设计

武汉大学计算机学院赵小刚大纲智能终端现状HarmonyOS目标HarmonyOS架构HarmonyOS特性数据来源:

,3025201510

5

020152016201720182019202020212022202320242025全球IoT设备统计和预测数（亿部）4035

3.96

部/人

其他IoT

设备数手机

Pad

PC

设备数2.09

部/人9.27

部/人智能终端产业飞速发展带来历史性机遇智能设备No.1个人终端与家电在全球市场份额均超过50%云计算与云服务第一阵营阿里，华为，腾讯等头部厂商位居前列芯片/器件/模组第一阵营30+以上的领先IoT芯片与模组厂商操作系统处于碎片化状态，互操作难5G网络No.12020年5G网络规模化建设，年内5G基站目标达到60万1+AI及大数据分析No.2在企业数量，专利申请，融资金额等方面大幅领先其他国家，仅次于美国应用与集成第一阵营华为，百度，涂鸦，三大运营商等领先的终端集成平台芯片/器件/模组网络集成与应用管理与分析平台操作系统开发平台AI分析平台连接与设备管理OS及软件开发系统集成中国已具备终端产业的领先优势

云服务平台数据来源:

5G基站数据来自2020中国500强企业高峰论坛5G创新应用专题论坛

功能机预装的有限功能

语

短

通

音

信

讯

录

软件不可变

硬件不可变

超级终端新的软硬件生态

软件可变

硬件可变

智能机

3M+

应用

。。。

软件可变硬件不可变HarmonyOS+超级终端，带给消费者的不一样

新硬件

软件定义硬件设备间实现系统级融合灵活按需适应不同场景

设备限制使用场景

新服务

服务直达

可分可合

跨设备按需流转应用与服务基于单设备设计

新交互

以人为中心

设备间主动感知

智能协同

为全场景而生的分布式OS多设备交互复杂繁琐HarmonyOS重新定位

人-设备-场景的关系

带来智能全场景体验

下一代操作系统不应是单设备OS的重复与裁剪新硬件

人，设备，场景不再是孤立的存在以人为中心，让设备融为一体，适应不同场景带来最优体验

手机不仅仅再是手机，更是打开全场景世界的一把钥匙超声波检测

CPUNPUGPU

DSP

GPS屏幕GPS80MP

环境检测

糖份检测

心率检测车载GPS:

精度高

电视屏幕

4K智能摄像头虚拟设备新交互设备不断增多，仍如操作一台设备一样便捷全场景人因交互以人为核心，不同触点相同的体验融为一体的智能协同，让用户在不同的设备、场景中自如切换

应用与服务因场景而变，按需唤起在设备组合中轻松调用不同能力，使能全新体验更可按场景无缝流转，让用户摆脱设备束缚、化繁为简新服务可流转—智能情景感知可合—设备能力互助可分—服务精准直达App输入处理

输出功能任务场景A场景B任务系统定位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。对消费者而言，HarmonyOS能够将生活场景中的各类终端进行能力整合，可以实现不同的终端设备之间的快速连接、能力互助、资源共享，匹配合适的设备、提供流畅的全场景体验。对应用开发者而言，HarmonyOS采用了多种分布式技术，使得应用程序的开发实现与不同终端设备的形态差异无关。这能够让开发者聚焦上层业务逻辑，更加便捷、高效地开发应用。对设备开发者而言，HarmonyOS采用了组件化的设计方案，可以根据设备的资源能力和业务特征进行灵活裁剪，满足不同形态的终端设备对于操作系统的要求。

应用开发者可基于抽象的超级终端开发服务…………

用户体验如同使用一个超级设备分布式HarmonyOS虚拟资源A

虚拟外设A虚拟资源B虚拟外设B虚拟资源C虚拟外设C

用户的“超级终端”用户程序A

用户程序B

分布式API………平板大屏手表电脑耳机汽车音箱手机智能家居安全与隐私分布式数据管理

分布式软总线分布式任务调度支持“超级终端”的关键技术与能力用户程序内核层应用层应用框架层

系统服务层

IDE

&

编译工具链Linux

KernelLiteOS…..内核子系统硬件服务子系统集位置服务子系统生物特征识别服务子系统…穿戴专有硬件服务子系统

IOT专

有

硬

件

服

务

子

系

统基础软件服务子系统集媒体子系统电话服务子系统

MS

DF

DPX子

&D

系

V子

统

系

统…AI

子

系

统事件通知服务子系统系统应用桌面控制栏设置电话…扩展应用/三方应用增强软件服务子系统集智能大屏业务子系统穿戴业务子系统

IOT业

务

子

系

统…KAL内核抽象层

(POSIX/CMSIS)系统基本能力子系统集多模输入子系统

UI框架

框架元能力框架

分布式任务调度

分布式数据管理

分布式软总线

方舟多语言运行时

图

形

安

图

全

像

子

子

系

系

统

统公共基础类库

子系统驱动子系统

HDF统一驱动框架HarmonyOS

架构简介内核层内核子系统：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，KernelAbstractLayer）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：系统基本能力子系统集：为分布式应用在HarmonyOS多设备上的运行、调度、迁移等操作提供了基础能力，由分布式软总线、分布式数据管理、分布式任务调度、方舟多语言运行时、公共基础库、多模输入、图形、安全、AI等子系统组成。其中，方舟运行时提供了C/C++/JS多语言运行时和基础的系统类库，也为使用方舟编译器静态化的Java程序（即应用程序或框架层中使用Java语言开发的部分）提供运行时。基础软件服务子系统集：为HarmonyOS提供公共的、通用的软件服务，由事件通知、电话、多媒体、DFX（DesignForX）、MSDP&DV等子系统组成。增强软件服务子系统集：为HarmonyOS提供针对不同设备的、差异化的能力增强型软件服务，由智慧屏专有业务、穿戴专有业务、IoT专有业务等子系统组成。硬件服务子系统集：为HarmonyOS提供硬件服务，由位置服务、生物特征识别、穿戴专有硬件服务、IoT专有硬件服务等子系统组成。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JavaUI框架、适用于JS语言的JSUI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（FeatureAbility）或PA（ParticleAbility）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。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。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。

随处可及入口丰富

桌面

碰一碰/扫一扫

智能场景推荐

应用内调用

应用市场专区

服务直达即用即走

无需安装、无需卸载

自动更新便捷精准

直达界面

直达服务

情景感知主动服务

跨设备跨设备流转

跨设备流转无缝接续和协同

在不同设备间的接续

不同设备间协同提供服务

HarmonyOS应用

元程序（Feature

Ability）元服务（Particle

Ability）元程序/元服务是超级终端的基础应用结构

HarmonyOS应用的服务提供形式，无需安装即可使用，支持跨设备运行，精准直达用户

核心特征一次开发，多端部署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。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。统一OS，弹性部署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。支持各组件的选择（组件可有可无）：根据硬件的形态和需求，可以选择所需的组件。支持组件内功能集的配置（组件可大可小）：根据硬件的资源情况和功能需求，可以选择配置组件中的功能集。例如，选择配置图形框架组件中的部分控件。支持组件间依赖的关联（平台可大可小）：根据编译链关系，可以自动生成组件化的依赖关系。例如，选择图形框架组件，将会自动选择依赖的图形引擎组件等。ablitiesLibs(jar,so)resourceassetsH

profile

Feature1.hap（只下载运行在设备类型1）abilitiesLibs(jar,so)resourceassets

Feature2.hap（只下载运行在设备类型2）abilitiesLibs(jar,so)resourceassets

H

profileH

profileH

profileH

profile

Common

Feature

A.hap

Libs(jar,so)

Common

Feature

B.hap

Libs(jar,so)

Entry.hap关键技术：分布式应用包结构

一次开发，多设备部署

APP

PACK关键特征

易复用、维护：公共资源、代码逻辑跨设备共享

易推广：设备共享同步，一次安装多设

备分发

跨设备协同：统一APP，跨设备数据共

享，任务分布式调度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。关键技术：分布式软总线

不同设备组成超级终端的核心基础能力，无感自组网

应用场景智能家居场景：在制作粉蒸肉时，手机可以通过碰一碰和烤箱连接，并将自动设置粉蒸肉的制作参数，控制烤箱来制作菜肴。与此类似，料理机、油烟机、空气净化器、空调、灯、窗帘等都可以在手机端显示并通过手机控制。设备之间即连即用，无需繁琐的配置。多屏联动课堂：老师通过智慧屏授课，与学生开展互动，营造课堂氛围；学生通过手机完成课程学习和随堂问答。统一、全连接的逻辑网络确保了传输通道的高带宽、低时延、高可靠。分布式数据管理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。协同办公场景：将手机上的文档投屏到智慧屏，在智慧屏上对文档执行翻页、缩放、涂鸦等操作，文档的最新状态可以在手机上同步显示。家庭出游场景：一家人出游时，妈妈用手机拍了很多照片。通过家庭照片共享，爸爸可以在自己的手机上浏览、收藏和保存这些照片，家中的爷爷奶奶也可以通过智慧屏浏览这些照片。

为应用程序开发者提供跨设备便捷、高效与安全的数据访问与管理能力驱动公共能力库内核OSAL平台抽象层统一设备驱动框架

HDF运动算法心率算法环境感测算法…指纹算法温湿度传感器光照传感器陀螺仪加速度计心率传感器温湿度传感器驱动电源管理故障恢

复配置管

理光照传感

器驱动陀螺仪

驱动…HarmonyOS关键特征•易开发：以加速度传感器、陀螺仪传感器两款器件为例，工作量大大降低;••易移植：兼容Linux，驱动平滑迁移易调试：•可独立编译：•加快调试：关键技术：统一驱动框架

驱动与内核解耦，支持运行态动态加载，让更多IoT设备接入超级终端

统一的传感算法库分布式设备虚拟化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。视频通话场景：在做家务时接听视频电话，可以将手机与智慧屏连接，并将智慧屏的屏幕、摄像头与音箱虚拟化为本地资源，替代手机自身的屏幕、摄像头、听筒与扬声器，实现一边做家务、一边通过智慧屏和音箱来视频通话。游戏场景：在智慧屏上玩游戏时，可以将手机虚拟化为遥控器，借助手机的重力传感器、加速度传感器、触控能力，为玩家提供更便捷、更流畅的游戏体验。分布式硬件虚拟化技术示意

分布式硬件虚拟化关键技术分布式硬件虚拟化平台是将外部设备的硬件扩展为本地虚拟硬件并协同使用的通用平台

硬件虚拟化技术外部硬件虚拟化成本地资源，作为系统通用能力供三方应用便捷灵活的使用

软总线低时延技术毫秒级虚拟化时延分布式硬件协同技术

分布式硬件间协同同步，音视频同步偏差<60ms（人不可感知）设备侧Apps设备B（Client）

电视、音箱、摄像头

车机、PC、平板

设备管理设备硬件虚拟化虚拟化南向SDK

数据采集处理

OS适配

设备侧OSAndroid/Linux/Harmony

OS分布式硬件虚拟化接口设备A(Host)

应用

硬件虚拟化平台硬件管理与安全服务接口数据处理与增强硬件虚拟与注册

HarmonyOS备注：相关数据来源于华为实验室，不同环境与场景下可能存在差别，仅供参考

关键特征

实现不同设备的资源融合、设备管理、数据处理，将周边设备

作为手机能力的延伸

提供外部设备服务的OS虚拟化，感知用户当前场景，为最佳

交互方式提供支持；

已支持9类外设虚拟化：Camera、MIC、Speaker、GPS

、

Keyboard、Display、touch、陀螺仪、加速度传感器；关键技术：硬件虚拟化互助

使得消费者拥有的不同智能终端互助为一个“超级终端”系统安全在搭载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”。通过“分布式多端协同身份认证”来保证“正确的人”。通过“在分布式终端上构筑可信运行环境”来保证“正确的设备”。通过“分布式数据在跨终端流动的过程中，对数据进行分类分级管理”来保证“正确地使用数据”。关键技术：安全和隐私保护

确保正确的人用正确的设备正确使用数据安全是基石，隐私即珍贵按业务场景的安全等级要求提供最合适的认证策略