9 月 10 日，在華爲開發者大會 2020 上，華爲消費者業務 CEO 餘承東宣佈推出鴻蒙 OS 2.0 版本（HarmonyOS 2.0），同時將鴻蒙 OS 的代碼捐贈給開放原子開源基金會進行開源孵化。根據華爲公佈的鴻蒙開源路標，即日起鴻蒙面向大屏、手錶、車機等 128KB-128MB 終端設備開源；2021 年 4 月，面向內存 128MB-4GB 終端設備開源；2021 年 10 月，將面向 4GB 以上所有設備開源。
鴻蒙 OS 開源項目： https://www.openatom.org/openharmony
鴻蒙 OS 代碼倉庫： https://openharmony.gitee.com/
本文將進一步介紹鴻蒙OS的輕量級內核，包括其設計理念、做了哪些優化以及關鍵特性。本文由InfoQ整理自華爲開發者大會2020技術論壇演講《HarmonyOS內核設計》，由華爲消費者業務OS平臺資深專家王米虎分享，內容未經本人確認。
HarmonyOS輕量內核設計理念
華爲很早就推出了面向物聯網領域開發的輕量級操作系統LiteOS，這個系統可以很好地支撐小芯片，但是要支撐更多複雜的上層應用框架和服務，還需要對其內核做大量的改進。
縱觀IoT產品的發展趨勢，硬件能力變得越來越強大，功能也越來越豐富。早前的IoT硬件功能比較簡單，只需要跑在M核上，再加一些簡單的協議就可以了，內核大小通常只有幾十KB級別；後面出現了攝像頭等新設備，需要跑在A核處理器上，支持少量AI功能，內核之上的組件越來越豐富；到近幾年，很多設備都配備有屏幕，給系統內核帶來了比較大的需求改變，只有內核已經無法滿足需求，上面還需要有應用、UI、圖形界面、多媒體。在這種挑戰下，內核應該怎麼做？
目前業界IoT設備有幾種比較典型的解決方案。在資源受限的場景下，一般採用的是RTOS方案，好處是內存佔用小、啓動速度快、實時性高；但缺點也很明顯，首先RTOS系統生態不夠完善，驅動核第三方庫比較複雜，移植工作量很大，另外，RTOS應用和內核不能隔離，都在統一的內存地址空間，應用代碼引起的系統異常會掛死在內核，導致應用開發和產品開發無法解耦。如果基於RTOS方案開發Harmony OS的內核，上述問題都會給研發團隊帶來比較大的困難，並且也提高了支撐解決方案的技術人員的技術門檻。
業界另一個解決方案是基於Linux的方案，優點是驅動和三方庫生態軟件完善，移植適配也比較容易，而且應用與內核隔離，應用可以在自身獨立空間中運行，確保不同應用間安全、穩定，可支撐複雜交互體驗設備開發；缺點是內存佔用大、啓動速度慢、實時性偏弱。
而華爲Harmony OS的輕量內核設計目標是要同時實現類Linux的開發體驗和RTOS的運行效果，主要從以下三個維度來做：
首先在上層增加了POSIX標準庫，支撐比較豐富的API（目前已經支持1000多個POSIX接口），以使生態軟件可以比較方便地移植到Harmony OS上；其次是內核機制增強，增加了多進程、虛擬內存，希望生態應用能夠跟內核區分開來，應用掛掉之後只會掛在它的用戶態，而不會影響其他應用，也會相對安全，後來又增加了動態鏈接，開發者拿到對應的編譯工具鏈之後就可以在Linux上編譯出標準的ELF文件，然後直接在Harmony OS上運行，給開發體驗帶來了很大的差異；最後是底層設計了HDF統一驅動框架，以實現一次開發跨設備、跨系統驅動共享。
HarmonyOS輕量內核關鍵特性
多進程
從系統的角度看，進程是資源管理單元。OpenHarmony內核的進程模塊可以給用戶提供多個進程，實現進程之間的切換和通信，幫助用戶管理業務程序流程。這樣用戶可以將更多的精力投入到業務功能的實現中。
OpenHarmony內核中的進程採用搶佔式調度機制，支持時間片輪轉調度方式和FIFO調度機制。OpenHarmony內核的進程一共有32個優先級（0-31），用戶進程可配置的優先級有22個（10-31），最高優先級爲10，最低優先級爲31。高優先級的進程可搶佔低優先級進程，低優先級進程必須在高優先級進程阻塞或結束後才能得到調度。每一個用戶態進程均擁有自己獨立的進程空間，相互之間不可見，實現進程間隔離。用戶態根進程Init由內核態創建，其它用戶態進程均由Init進程fork而來。
多核
目前Harmony OS在支持多核的同時也支持把任務分發到不同CPU上面去，不過還沒有做很複雜的負載均衡，因爲在IoT設備上目前看不是很有必要，後面可以再做擴展。
虛擬內存
虛擬內存主要是爲了配合多進程來做到應用之間的隔離，支持用戶態內存通過缺頁異常按需分配。物理內存採用的是經典的管理方式，內核態地址空間是1-4G，用戶態內核空間是0-1G，從而減少用戶態進程頁表項。內核採用靜態映射，提升虛實轉化效率。
動態鏈接
Harmony OS的動態鏈接特徵包括：
- 按需加載：多應用共享代碼段，加載最小單元爲頁；
- 符號綁定：支持立即和延遲綁定；
- 加載地址隨機化：進程代碼段、數據段、堆棧段地址隨機化。
權限管理
Harmony OS爲IoT設備引入了一個比較輕量級的權限管理，做到了進程級別的權限控制，只有授權的進程纔可以訪問系統資源。Disc方面引入了用戶組的概念，可以根據進程uid的配置靈活劃分文件資源歸屬和管控。
文件系統
Harmony OS文件系統採用的是目前業界比較通用的實現方式。
更多鴻蒙OS開發者文檔，詳見：
https://gitee.com/openharmony/docs