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内核简介
用户最常见到并与之交互的操作系统界面#xff0c;其实只是操作系统最外面的一层。操作系统最重要的任务#xff0c;包括管理硬件设备#xff0c;分配系统资源等#xff0c;我们称之为操作系统内在最重要的核心功能。而实现这些核心功能的操作系统模块…内核概述
内核简介
用户最常见到并与之交互的操作系统界面其实只是操作系统最外面的一层。操作系统最重要的任务包括管理硬件设备分配系统资源等我们称之为操作系统内在最重要的核心功能。而实现这些核心功能的操作系统模块业界一般称之为操作系统“内核”。
实现原理
操作系统是位于应用和硬件之间的系统软件向上提供易用的程序接口和运行环境向下管理硬件资源。内核位于操作系统的下层为操作系统上层的程序框架提供硬件资源的并发管理。
图1 操作系统架构
多内核架构和基本组成
业界的内核有很多但无论是什么内核基本上有几个最重要的组成单元是每个内核均要具备的分别是
负责持久化数据并让应用程序能够方便的访问持久化数据的“文件系统”。负责管理进程地址空间的“内存管理”。负责管理多个进程的“进程管理”或者“任务管理“。负责本机操作系统和另外一个设备上操作系统通信的“网络”。
OpenHarmony采用了多内核结构支持Linux和LiteOS开发者可按不同产品规格进行选择使用。Linux和LiteOS均具备上述组成单元只是实现方式有所不同。多个内核通过KALKernel Abstraction Layer模块向上提供统一的标准接口。
内核子系统位于OpenHarmony下层。需要特别注意的是由于OpenHarmony面向多种设备类型这些设备有着不同的CPU能力存储大小等。为了更好的适配这些不同的设备类型内核子系统支持针对不同资源等级的设备选用适合的OS内核内核抽象层KALKernel Abstract Layer通过屏蔽内核间差异对上层提供基础的内核能力。
图2 OpenHarmony架构图 不同内核适配的系统及设备类型
OpenHarmony按照支持的设备可分为如下几种系统类型
轻量系统mini system 面向MCU类处理器例如Arm Cortex-M、RISC-V 32位的设备硬件资源极其有限支持的设备最小内存为128KiB可以提供多种轻量级网络协议轻量级的图形框架以及丰富的IOT总线读写部件等。可支撑的产品如智能家居领域的连接类模组、传感器设备、穿戴类设备等。小型系统small system 面向应用处理器例如Arm Cortex-A的设备支持的设备最小内存为1MiB可以提供更高的安全能力、标准的图形框架、视频编解码的多媒体能力。可支撑的产品如智能家居领域的IP Camera、电子猫眼、路由器以及智慧出行域的行车记录仪等。标准系统standard system 面向应用处理器例如Arm Cortex-A的设备支持的设备最小内存为128MiB可以提供增强的交互能力、3D GPU以及硬件合成能力、更多控件以及动效更丰富的图形能力、完整的应用框架。可支撑的产品如高端的冰箱显示屏。
OpenHarmony针对不同量级的系统使用了不同形态的内核。轻量系统、小型系统可以选用LiteOS小型系统和标准系统可以选用Linux。其对应关系如下表
表1 系统关系对应表
LiteOS-M
内核架构
OpenHarmony LiteOS-M内核是面向IoT领域构建的轻量级物联网操作系统内核具有小体积、低功耗、高性能的特点其代码结构简单主要包括内核最小功能集、内核抽象层、可选组件以及工程目录等分为硬件相关层以及硬件无关层硬件相关层提供统一的HALHardware Abstraction Layer接口提升硬件易适配性不同编译工具链和芯片架构的组合分类满足AIoT类型丰富的硬件和编译工具链的拓展。
图3 LiteOS-M架构图 LiteOS-A
内核架构
OpenHarmony 轻量级内核是基于IoT领域轻量级物联网操作系统Huawei LiteOS内核演进发展的新一代内核包含LiteOS-M和LiteOS-A两类内核。LiteOS-M内核主要应用于轻量系统面向的MCUMicroprocessor Unit一般是百K级内存可支持MPUMemory Protection Unit隔离业界类似的内核有FreeRTOS或ThreadX等LiteOS-A内核主要应用于小型系统面向设备一般是M级内存可支持MMUMemory Management Unit隔离业界类似的内核有Zircon或Darwin等。
为适应IoT产业的高速发展OpenHarmony 轻量级内核不断优化和扩展能够带给开发者友好的开发体验和统一开放的生态系统能力。轻量级内核LiteOS-A重要的新特性如下 新增了丰富的内核机制 新增虚拟内存、系统调用、多核、轻量级IPCInter-Process Communication进程间通信、DACDiscretionary Access Control自主访问控制等机制丰富了内核能力为了更好的兼容软件和开发者体验新增支持多进程使得应用之间内存隔离、相互不影响提升系统的健壮性。 引入统一驱动框架HDFHardware Driver Foundation
引入统一驱动框架HDF统一驱动标准为设备厂商提供了更统一的接入方式使驱动更加容易移植力求做到一次开发多系统部署。
支持1200标准POSIX接口
更加全面的支持POSIX标准接口使得应用软件易于开发和移植给应用开发者提供了更友好的开发体验。
内核和硬件高解耦
轻量级内核与硬件高度解耦新增单板内核代码不用修改。
图4 OpenHarmony LiteOS-A内核架构图
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