從架構到內核，從驅動到應用深入淺出

從基礎到實戰，從示例到綜合，無縫銜接

致敬華為

本書是一部關于OpenHarmony操作系統的技術類書籍，但是在全書的開始，筆者希望加入一些與技術關系不那么直接的內容，這些內容對我們理解OpenHarmony所采用的技術方案以及發展方向至關重要。

1．大時代

當前，世界正經歷著第四次產業革命。與以往三次產業革命不同，這次革命以信息技術為主導，但又滲入生產生活的方方面面，進一步重構社會生產力和生產關系。

在這次產業革命當中，以5G為主的通信技術，將終端通信速度從M時代過渡到G時代，連接時延縮短到毫秒級。在這次產業革命當中，AI將起到無可替代的作用，人與機器的關系將被重塑，人與機器的編程接口將徹底改變。在這次產業革命當中，以云和大數據為主要特征的數據存儲技術將得到全面普及，數據將成為全社會的生產要素之一。在這次產業革命當中，以區塊鏈為代表的交易技術，可能會對商業邏輯進行徹底的顛覆，人們將擁有新的建立信任的方式。

這些深刻的變化是同時發生的，國與國，政府與政府，大型機構與大型機構之間的關系，可能會因此發生根本性的變化。在某種意義上，我們正生活在人類歷史上少有的大時代。

2．中國面臨的挑戰

對于中國而言，深入參與甚至是主導這次產業革命已經是定局。我們不再是旁觀者，這是第四次產業革命對于我們來說最大的不同。

從技術實力上講，經過長時間的高速發展，我們國家在很多領域已經做到了世界先進水平，甚至在部分領域做到了領先。我們擁有了非常龐大的IT技術隊伍，人員的數量和質量都是全世界首屈一指的。硬件領域，我們國家已經是全世界電子產品的設計和制造中心，我國已經是全世界最大的智能手機和個人電腦生產國。但在一些核心部件如CPU、內存、閃存等方面，還與世界最高水平存在明顯的差距，甚至有些差距并沒有逐年縮小。軟件領域，我們的移動支付以及即時消息系統，都是全世界使用人數最多的，體驗也是最優的。但一直以來，軟件技術皇冠上的四顆明珠——操作系統、數據庫、編譯器和編程語言，還一直沒有完成突破。通信領域，以華為為首的中國通信制造企業大軍，已經橫掃了整個世界。尤其是在5G領域，我們已經成為標準的核心貢獻者，缺少中國企業參與的5G標準已經不可想象。

以美國為首的西方社會已經意識到這一現實，因此采取了各種手段進行貿易及技術保護，如利用控制技術輸出、政府干預、散布中國企業信息安全謠言等非正常手段對中國企業進行打壓。

3．發展之路

借助第四次工業革命，實現對世界領先水平的整體追趕至是超越，應該是所有IT從業人員的使命和機遇。往前走，已經不能再滿足于模仿與集成，必須實現獨立自主研發。而且單個器件或者單個系統的自主研發也不足夠，經常存在被卡脖子的風險。所以如何打造一整套的、完整的國產自研產業鏈，已經不是一個選擇題，而是一個必答題。

自研也并非閉門造車的研發，技術永遠要與市場接軌才具有現實生命力。因此，如何整合國內所有的研發資源，包括大學、企業、民間資源，打造優秀的軟、硬件產品，面向國內日益成長的龐大消費市場，推出用戶體驗優秀的產品，形成繁榮的產業鏈，是一個值得深入探討的話題。

4．向華為致敬

華為一直是一家以技術立命的企業，公司研發投入持續超過年收入的10%。華為的研發經過多年的積累，已經在一些領域達到了世界領先的水平，進入了無人區，開始引領發展潮流，比如在5G領域，繞開華為發展5G在事實上是不可能的。華為于2010年前后開始發展智能手機產品，是第一批采用Android的手機廠商。從2012年起，華為開始逐步建立完整的技術平臺，包括海思麒麟系列芯片。至2019年，華為手機歷史性地占據了全球出貨量第二的市場地位。

就在此時，華為遭到了美國政府的制裁。盡管華為并不愿意，但她成了貿易戰的焦點，也成了全世界的焦點。其中對華為手機打擊最大的，就是谷歌公司拒絕對華為授權GMS，沒有GMS支持的華為手機，無法再為國外用戶提供常用的一系列應用，其他非GMS應用也因為無法采用谷歌登錄而無法用在華為手機上，這直接導致華為手機在海外的銷售陷入了徹底的困境。更為嚴重的是，2020年5月16日，美國政府商務部對華為實施了更為嚴格的禁令，禁止一切使用美國技術和美國軟件的芯片加工企業，如臺積電向華為供貨，這直接導致了華為手機無芯片可用。美國對華為所實施的制裁可以用下面一張圖來匯總：

毫不夸張地說，同樣的制裁換到其他的企業身上，可能會導致企業一蹶不振，但華為頑強地面對制裁，奮發圖強，補齊自己的短板、漏洞，一個個備胎計劃都逐步啟用，確保了業務的連續性。

5．OpenHarmony與HarmonyOS

本書所要介紹的OpenHarmony及其華為發行版HarmonyOS操作系統，就是華為面對谷歌的GMS禁用，以及潛在的操作系統“斷供”所推出的至關重要的一個平臺。

OpenHarmony由華為主導研發，后來作為開源代碼捐贈給了開放原子基金會。OpenHarmony包含了華為十余年來對手機操作系統的研究與開發積累；包含了華為對未來的萬物互聯的新時代的思考；包含了華為對操作系統相關的新技術的探索。而華為基于OpenHarmony開發的HarmonyOS，作為一個企業發行版，將成為華為手機等產品從今以后的唯一操作系統，可以說是華為在消費者產品領域未來十到二十年內的核心平臺。

OpenHarmony不僅對于華為有著重要的意義，也是華為對中國軟件產業的杰出貢獻。OpenHarmony可能很快就是現網裝機量最大的國產操作系統。華為的手機、電腦、電視、可穿戴等消費產品，為OpenHarmony提供了天生的生態圈；OpenHarmony的百萬代碼級開源毫無疑問是中國開源軟件史上的一件大事；圍繞OpenHarmony將聚集起中國一大批優秀的開發人員，為中國軟件業培養大量的人才。

6．本書的局限

編寫本書最大的挑戰在于，OpenHarmony是一個不斷發展變化的系統，可能每個月都有新的特性開發出來，每個月都有新的發展動向。而一本書只能根據下筆之時的狀態來寫作，這是一個無法回避的現實問題。因此，當您拿到這本書時會發現，OpenHarmony的最新版本可能包含了一些本書尚未涉及的部分內容，盡管這對已有內容的學習基本不會有影響，但在此我還是需向您表示歉意。

后續當OpenHarmony進一步開源或HarmonyOS手機版本進一步演進之時，我們將以合適的形式對相關內容進行補充并分享給大家。

7．特別感謝

本書在編寫過程中，得到了深鴻會社區的廣泛支持，尤其是候鵬飛和楊澤霖兩位。本書的LiteOS-m模擬器章節參考了候鵬飛的相關分享內容，HDF章節中的溫濕度傳感器驅動參考了楊澤霖的代碼庫。在此向二位表示特別的感謝。

作者

2021年3月

致敬華為
第1篇 OpenHarmony操作系統基礎

第1章 OpenHarmony的設計目標 2
1.1　為5G而準備 2
1.2 覆蓋廣泛的硬件產品 2
1.3 必須要解決的問題 3
1.4 競爭對手 4
第2章　整體設計思路及技術特點 5
2.1 可裁剪 5
2.2　虛擬超級終端 6
2.3　易開發 7
第3章 OpenHarmony的功能框架 9
3.1 芯片適配 10
3.2 內核層 10
3.3 驅動程序框架 10
3.4 OpenHarmony系統服務 10
3.5 框架層 10
3.6 編譯構建與IDE系統 11
第4章 上手OpenHarmony 12
4.1　OpenHarmony系統的基本構成 12
4.2　OpenHarmony Shell 15
4.3　啟動圖形界面 28
4.4　開源代碼項目 29
4.5　編譯構建體系 31
4.5.1 所用到的工具 31
4.5.2 系列Python腳本的作用 32
4.5.3 編譯器 34
第5章 內核介紹 36
5.1　多內核架構 36
5.2　LiteOS-m 37
5.3　LiteOS-a 38
5.4　LiteOS-m和LiteOS-a的對比 38
第6章 OpenHarmony內核詳細解讀 40
6.1　硬件與處理器架構 40
6.1.1　處理器架構 40
6.1.2　異常 41
6.1.3　中斷 42
6.1.4　多核處理 43
6.2　基礎數據結構 44
6.2.1　雙向鏈表 44
6.2.2　排序雙向鏈表 46
6.3　啟動流程 46
6.4　時間管理 47
6.4.1　系統Tick 47
6.4.2　軟件定時器 48
6.5　任務調度 49
6.5.1　LiteOS-m與LiteOS-a的調度對比 49
6.5.2　TCB/PCB結構定義 50
6.5.3　進程及Task創建 54
6.5.4　Task狀態機 64
6.5.5　調度策略 65
6.5.6　調度的時機 68
6.5.7　Task切換的實現 69
6.6　進程間通信 74
6.6.1　事件（event） 74
6.6.2　互斥量（mutex） 76
6.6.3　隊列（queue） 79
6.6.4　信號燈（semaphore） 79
6.6.5　快速鎖（futex） 81
6.6.6　自旋鎖（spinlock） 81
6.6.7　信號（signal） 83
6.6.8　LiteIPC 85
6.7　內存管理 89
6.7.1　LiteOS-m的內存管理 90
6.7.2　LiteOS-a的內存管理 91
6.7.3　虛擬內存 92
6.7.4 地址規劃 97
6.8　內核態與用戶態 98
6.8.1　內核態與用戶態的區別 98
6.8.2　用戶態切換到內核態 99
6.8.3　內核態訪問用戶態數據 102
6.9　標準庫 103
6.9.1　CMSIS標準庫 103
6.9.2　Libc標準庫 106
6.10　文件系統 110
6.10.1　VFS 110
6.10.2　NFS 118
6.10.3　RAMFS 118
6.11　網絡連接 119
6.12　OTA 120
6.12.1　OpenHarmony升級包制作工具 121
6.12.2　OTA函數 121
第7章 HDF驅動程序框架 123
7.1　基本概念 124
7.2　HDF編程特點 125
7.2.1　HdfObject 135
7.2.2　IDeviceIoService 136
7.2.3　HdfDriverEntry 136
7.3　驅動代碼編譯鏈接 136
7.4　驅動程序配置文件HCS 137
7.4.1　樹型結構 138
7.4.2　保留字與操作符 139
7.4.3　數值類型 139
7.4.4　重載操作 140
7.4.5　文件引用 142
7.4.6　HC-GEN編譯器 142
7.5　加載驅動程序 143
7.6　注冊驅動服務 145
7.7　內核抽象層OSAL 146
7.8　注冊VFS 147
7.9　用戶態使用驅動程序HDI 147
第8章 服務框架 151
8.1 基礎數據結構 152
8.1.1 向量（Vector） 152
8.1.2　服務（Service） 153
8.1.3　特性（Feature） 154
8.1.4　IUnknown接口 154
8.1.5　標識（Identity） 156
8.2　服務框架啟動過程 156
8.3　服務/特性注冊與發現 158
8.3.1 服務/特性注冊 159
8.3.2　服務/特性發現 164
8.4　異步調用 164
8.5　跨進程服務/特性調用 165
8.5.1　跨進程調用的使用 165
8.5.2　跨進程調用的實現 167
第9章 用戶程序框架 170
9.1　Ability 170
9.2　Ability與Task 171
9.3　Ability與UI 174
9.4　Ability加載器 175
9.5　AppSpawn 176
9.6　Ability管理服務 177
9.6.1　啟動Ability 180
9.6.2　終止Ability 181
9.6.3　連接Ability 182
9.7　Ability管理命令行工具 183
9.7.1　嵌入式設備的aa命令 183
9.7.2　大內核設備的aa命令 183
第10章 輕量化UI圖形棧 185
10.1　輕量化UI圖形子系統的架構 185
10.2　模塊介紹 186
10.3　圖形組件 187
10.4　配置文件 188
10.5　圖形子系統初始化流程 188
10.6　輸入事件處理 190
10.7　屏幕設備處理 192
10.8 窗口管理器 194
第11章 包管理 195
11.1　包管理系統架構 195
11.2　包管理命令行工具 196
11.2.1　嵌入式設備的bm命令 196
11.2.2　大內核設備的bm命令 197
第12章 ACE編程框架 198
12.1　ACE的整體架構 198
12.2　如何使用ACE 200
第13章　OpenHarmony分布式 201
13.1　分布式操作系統基礎概念 201
13.2　OpenHarmony分布式總體設計思想 203
13.3　分布式軟總線 203
13.4　分布式文件系統 204
13.5　分布式數據庫 206
13.6　分布式調度 209
第14章 OpenHarmony與其他操作系統的對比 212
14.1　與iOS和安卓的對比 212
14.2　與其他嵌入式操作系統的對比 213

第2篇　OpenHarmony編程實踐

第15章 可裁剪的OpenHarmony 216
15.1　OpenHarmony的可裁剪設計 216
15.2　內核與驅動 217
15.3　系統基礎服務裁剪 220
15.4　應用程序框架裁剪 220
15.5　hpm軟件包管理工具 220
15.5.1　安裝hpm 221
15.5.2　使用hpm 221
15.5.3　包配置文件 222
第16章 北向應用開發 226
16.1　北向IDE 226
16.1.1　安裝DevEco Studio 226
16.1.2　主界面介紹 229
16.1.3　工程管理 230
16.1.4　代碼編輯 237
16.1.5　編譯 239
16.1.6　調試 245
16.1.7　發布 248
16.2　JS框架的編程 248
16.2.1 JS框架的.hml文件編程 248
16.2.2 JS框架的.css文件編程 250
16.2.3 JS框架的.js文件編程 250
16.3　基于Java的編程 251
16.4　混合編程 251
16.4.1 ServiceAbility需要完成的工作 253
16.4.2 JS PageAbility調用的過程 255
16.5　北向編程實例 256
第17章 L0-L1南向驅動程序及設備開發 257
17.1　南向IDE介紹 257
17.1.1　安裝DevEco Device Tool 257
17.1.2　主界面介紹 258
17.1.3　工程管理 259
17.1.4　獲取代碼 259
17.1.5　編譯構建 260
17.1.6　燒錄 261
17.1.7　Virtual Box環境配置 262
17.1.8　HDF驅動代碼生成 264
17.2　南向開發環境搭建 265
17.3　南向編程實例——驅動程序開發 270
17.3.1　實現驅動程序 270
17.3.2　注冊驅動 273
17.3.3　修改HCS配置 273
17.3.4　加入編譯體系 274
第18章　分布式應用開發 275
18.1　分布式應用開發的基本概念 275
18.1.1　面向虛擬超級終端編程 275
18.1.2　分布式體驗設計的基本原則 276
18.2　手機上的分布式應用開發 276
18.2.1　應用背景介紹 277
18.2.2　整體設計 277
18.2.3　詳細代碼 277
第19章 OpenHarmony生態 288
19.1 OpenHarmony產業鏈概覽 288
19.2 開源基金組織 291
19.3　OpenHarmony與HMS的關系 292
19.3.1　華為生態與OpenHarmony生態 292
19.3.2　操作系統與SDK 293
19.4　OpenHarmony設備測試與認證 293

1. C程序設計實踐教程 [劉衛國]
2. C程序設計（慕課版） [劉衛國]
3. 程序設計基礎實踐教程（C/C++語言版） [張桂芬 葛麗娜]
4. C++案例項目精講 [主編 楊國興]
5. SwiftUI完全開發 [李智威 著]
6. MySQL數據庫項目式教程 [陳亞峰]
7. C語言程序設計習題與實驗指導（第二版） [主編 甄增榮 張賓]
8. C語言程序設計（第二版） [主編 甄增榮 田云霞]
9. Unity3D虛擬現實應用開發實踐 [主 編 劉龍]
10. Python程序設計 [主編 姜春磊 陳虹潔]
11. C語言程序設計實踐教程（活頁式） [主編 鄭茵 陳巍 滕泓虬]
12. 面向對象程序設計 [主編 張勇 張平華 趙小龍]
13. Python程序設計基礎及實戰 [主編　劉健]
14. C語言程序設計 [姜雪]
15. Python程序設計實踐教程 [王鶴琴 蔡正保]
16. C++程序設計實踐教程（第三版） [主編 劉衛國 曹岳輝]
17. C++程序設計（第三版） [主編 曹岳輝 劉衛國]
18. C語言程序設計項目化教程（活頁式） [主編 張利華 潘曉利]
19. 機器人流程自動化（RPA）實戰——基于UiPath [主編　金鑫]
20. Python 語言程序設計實踐指導 [主編　張雙獅]
21. Python程序設計案例教程 [主編 毛錦庚 鐘肖英 周賢來 ]
22. 基于.NET Core框架的分布式系統架構設計 [湯佳 著]
23. Python語言程序設計教程 [郭其標 房宜汕]
24. Python程序設計 [李國燕 王新強 劉佳 等編著]
25. Python程序設計項目化教程（活頁式） [主編　盧鳳偉]
26. Java編程基礎案例式教程 [主編 陳艷華 唐春蘭]
27. Python語言同步案例習題精解 [主編 肖朝暉]
28. Unity應用開發與實戰（微課版） [主 編 程永恒]
29. PHP程序設計項目化教程 [主 編 杜海穎]
30. 簡單易懂的Python入門教程 [［日］大澤文孝　著]