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决战未来,华为鸿蒙与Google Fuchsia?

庚子年 兴业计算机团队 2022-07-03




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5G,开启万物互联时代
 
不久前,赛迪《2019-2021年中国物联网市场预测与展望数据》报告,对中国市场作出分析,预计未来三年,中国物联网市场规模将保持 20% 以上增长速度,到2021年,市场规模达到2.6万亿元。
 
什么是物联网?
物联网,指通过网络接入,实现物与物、物与人的泛在连接。典型物联网分为感知层、网络层、平台层和应用层。相关应用,则主要体现在智能工业、智能安防、智慧电力、智慧交通、智慧医疗、智慧物流、智能家居等领域。

什么是5G?
5G,指第五代移动通信技术,具备高速率(10Gbit/秒)、低时延(1ms)、大连接服务(一百万/平方公里 )等特性,可以有效提高人与物、物与物之间信息传递效率,是实现万物互联的必备条件。

图1、通信技术发展史
资料来源:公开信息,兴业证券经济与金融研究院整理

每一次技术的迭代与更新,都将极大地促进操作系统的发展,移动互联网诞生了 Android/Linux,而 5G 的到来,智能物联的爆发,又将为 OS 提出哪些诉求?

为迎接IoT时代,华为与Google各自发起“微内核”计划,试图打造下一代操作系统,它们分别叫做鸿蒙与Fuchsia。


物联网 OS 先行者,Linux 操作系统
 
正如桌面PC机催生了Windows 与 OS X,移动互联网产生了苹果iOS 与谷歌 Android一样,5G带来的低时延与高速率,以及广阔的万物互联设备,也迫切地需要一款轻巧、可扩展、结构单一的操作系统。
 
尽管Linux操作系统可以通过裁剪与修改,适配多数时下硬件,但其先天的宏内核体系,与庞大的内核结构,注定为其在物联网时代的应用,打上折扣。
 
根据官网显示,Linux内核最新版本,V5.4.13,压缩后大小在104MB,代码行数超过2700万行,内核包括系统进程、线程管理、内存管理、文件系统、驱动与网络协议等部分。

图2、Linux Kernel

资料来源:公开信息,兴业证券经济与金融研究院整理



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内核,宏内核与微内核?
  
内核,即操作系统的核心部分,负责管理系统各种资源。我们可以将内核看成连接应用程序和硬件的一座桥梁,是硬件上的第一层软件实体。
 
宏内核 Macrokernel
指用户服务和内核服务在同一空间中实现的系统内核
 
典型:Unix/Linux/DOS/Windows 9x/MacOS
优点:易设计与实现、硬件性能高
缺点:维护成本高、容错机制差

微内核Microkernel
则是用户服务和内核服务不在同一空间中实现

典型:Minix、QNX、Fuchsia、鸿蒙
优点:模块化、安全性、灵活、硬件要求低、分布式
缺点:IPC额外开销、Cache命中率低、内存复制

图3、微内核与宏内核
资料来源:公开信息,兴业证券经济与金融研究院整理


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鸿蒙 OS:微内核、全场景、分布式
 
2019年8月9日华为开发者大会,华为消费者业务CEO余承东正式发布鸿蒙OS,是由华为开发,第一个基于微内核的全场景分布式架构操作系统。鸿蒙,最早可追溯至2012年,任正非表示“出于战略考虑,做终端操作系统”。
 
该项目由上海交通大学陈海波教授领导进行研发,陈教授,中国操作系统领域顶级人才,首位在SOSP发表论文的亚洲科学家,SOSP 2017主席,华为鸿蒙OS首席科学家。

图4、SOSP 2017
资料来源:公开信息,兴业证券经济与金融研究院整理

图5、鸿蒙时间表
资料来源:华为大会,兴业证券经济与金融研究院整理

在物联网操作系统开发方面,华为拥有丰富经验,其在鸿蒙之前,即已有一套Lite OS——基于实时内核的轻量级物联网操作系统,应用范围包括可穿戴设备、智能家居、车联网、LPWA等领域,其Kernel仅10k大小,也是鸿蒙内核目前的组成之一。
 
根据开发者大会披露的方案,华为计划通过渐进方式,将Android/Linux内核过渡至鸿蒙微内核上,逐步将宏内核中的文件系统、内存管理系统,移植到鸿蒙内核之外。鸿蒙有三种架构,第一层是内核,第二层是基础服务,第三层是程序框架。其特点是,基于微内核全场景分布式操控,系统快速、安全、低时延,“比Android、iOS更先进”。

图6、鸿蒙的规划
资料来源:公开信息,兴业证券经济与金融研究院整理


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Google Fuchsia,与鸿蒙同初心的下一代操作系统

2019年6月28日,Fuchsia开发者网站Fuchsia.dev正式上线。事实上,在2016年,就已有消息传出,Google 正在研发Fuchsia——这是一个类似AOSP的开源项目,该系统基于Zircon 微内核,受Little Kernel启发,用于嵌入式系统,主要使用C语言和C++编写。Fuchsia最初定位,是一个可以运行在手机、电脑以及智能家居设备等的全能型操作系统,兼容安卓系统。

Google物联网战略
1、5G时代将至,应对IoT提前布局
物联网是未来互联网公司发展方向之一,随着5G商用的推进,物联网发展进一步提速,智能家居等产品都将包含智能终端,以实现物联网统一发展。而智能终端皆需要操作系统,这对谷歌来说是一块很大的市场,虽然Android也可以勉强实现,但物联网设备复杂,对速度和安全要求更严格,Android难以全面应对。
 
2、建立生态壁垒,整合自身业务
对Google来说,一方面,苹果对于iOS掌控力度高,且App Store仅由Apple运营,而相比之下,部分应用上线Android之后,就被急速破解,应用商店被各大手机厂商瓜分,渠道分成,难以获得相应营收。
 
因此,Google需要一款新的操作系统来帮助其建立一整套完整的生态系统。另一方面,Android在流畅性、速度等方面具有先天缺陷,尽管ART已经取代Dalvik,但仍难以实现内部业务的整合,所以有必要为日后万物互联生态做准备。

图7、Android ART 架构
资料来源:公开信息,兴业证券经济与金融研究院整理


从宏内核,走向微内核

微内核Zircon
Fuchsia抛弃了 Linux Kernel,采用微内核架构Zircon。Fuchsia的 UI 框架使用Flutter,可以实现HTML5 应用和手机原始应用共享。同时,它还支持 ARM 和 Intel芯片。
 
由于 Android 和 Chrome OS 生态的不同,二者融合难度较大,Fuchsia 目标专为现代化、高处理器的设备,并支持嵌入式设备、智能手机和桌面计算机,市场预期其有望代替 Android 和 Chrome OS 成为下一代Google统一操作系统。
 
Fuchsia分层蛋糕模型
• Zircon: 微内核,基础服务进程
• Peridot: 用户体验基础层,模块,用户,存储服务等
• Garnet: 设备层面系统服务,软件安装、通信、媒体、图形、包管理等
• Topaz: 系统的基础应用,Web, Dart, Flutter
 
图8、Fuchsia OS 蛋糕层
资料来源:公开信息,兴业证券经济与金融研究院整理

图9、Fuchsia OS预计发布时间
资料来源:公开信息,兴业证券经济与金融研究院整理

 
跨设备,云生态
与鸿蒙的目标一致,Google Fuchsia同样也是一个瞄准多设备,跨平台的一个操作系统,引用Fuchsia China的说法,即
在当今世界,很多人不只有一台设备,而是多种设备,如手机,台式机,笔记本电脑,平板电脑等等。根据这种现状,谷歌似乎正在努力使Fuchsia在所有设备上运行一致,这样要解决的问题是去维护进程和上下文。一旦你登入谷歌账户,你的应用可以自动跨设备存储。谷歌将Ledger描述为Fuchsia的分布式存储系统,所有内容都将存储在云中。

解决OEM统一升级问题

Android与Chrome OS都是基于Linux,Android的问题是,在Treble之前,最新Linux内核补丁的更新依赖于设备OEM,但很少有厂商这样做,因此Android设备用户不能即时更新补丁。
 
Fuchsia使用定制的、可被持续更新的内核Zircon来避免这种陷阱。几乎没有应用能直接访问内核,这提供一个额外的安全层,并防止像Android,在系统更新后出现应用不兼容的情况。

图10、Fuchsia 的跨平台
资料来源:公开信息,兴业证券经济与金融研究院整理


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决战未来,鸿蒙 vs Fuchsia

纵观历史,每一种技术的出现与更新,都必然伴随着新兴系统的出现,大型机诞生了Unix,集成电路与互联网诞生了Windows/Linux,3G/4G移动互联网产生了Android与iOS,未来,随着5G的迅速推广与落地,设备愈来愈多的智能化将对新兴的操作系统提出更多需求。
 
微内核是一种趋势,也是一个必然要求。
 
作为世界级巨头的Google与华为,布局之战已经悄然开始,而中美之间的博弈,也只是尽快的将战争摆上台面。

图11、Fuchsia 与鸿蒙
资料来源:公开信息,兴业证券经济与金融研究院整理

华为优势在硬件与通信,Google则在软件领域具有无可匹敌的竞争优势,未来,拭目以待!


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视频:Google Fuchsia 体验


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