HarmonyOS 华为鸿蒙 系统架构篇(分布式能力设备子系统提供)「华为鸿蒙系统的架构」

它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、PC、智能音箱、耳机、AR/VR眼镜等多种终端设备，提供全场景（移动办公、运动健康、社交通信、媒体娱乐等）业务能力。

本文试图从架构设计角度阐述当前 HarmonyOS 系统的整体设计以及主要模块的设计理念，方便读者了解 HarmonyOS 系统的技术方向！

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：

【1】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。

【2】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（Design For X） 、MSDP&DV等子系统组成。

【3】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。

【4】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。

框架层为HarmonyOS应用开发提供了ArkTS/JS/C/C++/Java等多语言的用户程序框架，两种UI框架（包括适用于ArkTS/JS语言的方舟开发框架即ArkUI、适用于Java语言的Java 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。

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如下：

三、分布式设备虚拟化平台

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如下：

典型应用场景举例：

【1】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。

【2】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如下：

典型应用场景举例：

【1】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。

【2】照片分享场景：出游时，使用手机拍摄的照片，可以在登录了同帐号的其他设备，比如平板上更方便地浏览、收藏、保存或编辑，也可以通过家中的智慧屏上同家人一起分享记录下的快乐瞬间。

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。

分布式任务调度示意图如下：

典型应用场景举例：

【1】导航场景：如果用户驾车出行，上车前，在手机上规划好导航路线；上车后，导航自动迁移到车机和车载音箱；下车后，导航自动迁移回手机。
如果用户骑车出行，在手机上规划好导航路线，骑行时手表可以接续导航。

【2】外卖场景：在手机上点外卖后，可以将订单信息迁移到手表上，随时查看外卖的配送状态。

分布式连接能力提供了智能终端底层和应用层的连接能力，通过USB接口共享终端部分硬件资源和软件能力。
开发者基于分布式连接能力，可以开发相应形态的生态产品为消费者提供更丰富的连接体验。

分布式连接能力示意图如下：

分布式连接能力包含底层能力（Connect Service）和应用层能力（AILife Client Service）。

终端USB：智能终端侧USB模块，可对USB生态产品供电，是连接智能终端和生态产品的物理接口。

接入管理：智能终端统一对外提供的接口，用于和生态产品进行通信。

通信框架：统一管理搜网、信号显示，通过接入管理模块对外提供接口。

智慧生活：生态产品的公共开发平台，能够接入USB生态设备并创建接入卡片。

3.典型应用场景举例

基于分布式连接能力，可以通过开发生态配件拓展智能终端的通信能力：

【1】USB模块：生态配件侧USB模块，用于和智能终端USB建立物理连接。

【2】功能模块：生态合作伙伴根据需求开发设备系统和功能。

【3】配件插件：生态合作伙伴基于AILife Client Service能力开发生态配件功能。

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，示意图如下：

其中：

UI框架支持使用ArkTS、JS、Java语言进行开发，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。

八、系统安全贯彻的首要安全原则是：正确的人，通过正确的设备，正确地使用数据 ！

设备证书使用示意图如下：

参考资料：

鸿蒙开发者官网：https://developer.harmonyos.com/cn/documentation/overview/

作者备注：

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