智能终端操作系统与OpenHarmony实践
定价：￥69.00
作者： 陈海波
出版时间：2025-09
出版社：电子工业出版社
- 电子工业出版社
- 9787121489723
- 1-3
- 540861
- 60266932-7
- 平塑
- 16开
- 2025-09
- 595
- 380
- 工学
- 计算机类
- 计算机科学与技术
- 本科 研究生及以上
内容简介
本教材围绕智能终端操作系统的核心原理，从业界的实际需求出发，以第一性原理的视角介绍智能终端操作系统的设计约束，并以OpenHarmony作为案例介绍相关原理的实现。本教材以三个"面向”为导向，即面向基础理论与方法、面向国际前沿研究、面向开源社区实践，力图深入浅出地介绍智能终端操作系统理论、架构和设计方法，并结合OpenHarmony的具体设计与实现进行阐述。全书共22章，从操作系统内核、系统服务、应用框架和增强服务五篇系统展开介绍。本教材试图通过介绍智能终端操作系统的原理、架构、设计与实现，以期为开发、设计、优化与维护智能终端操作系统的高校师生、操作系统管理人员、开发者和维护者等，提供基础的概念和典型的智能终端操作系统组件的实现，帮助相关开发人员快速上手；也希望对OpenHarmony开源社区的开发者、OpenHarmony的应用开发者、基于OpenHarmony从事各种行业解决方案的设计开发者提供技术参考。
目录
目 录
第一部分 概 述
第1章 智能终端操作系统概述 3
1.1 操作系统架构和关键价值 4
1.1.1 产业演进中的操作系统 4
1.1.2 操作系统的成功要素随着产业不断演进 5
1.2 智能终端操作系统简史 6
1.2.1 功能机时代：嵌入式操作系统的延续 7
1.2.2 智能机时代：iOS与Android的双雄争霸 7
1.2.3 万物智联时代的到来：多样化和智能融合 10
1.3 智能终端操作系统演进趋势 11
1.3.1 从触摸交互走向时空自然交互，新交互带来体验跃迁 12
1.3.2 从单节点确定性时延走向端到端确定性时延 13
1.3.3 从信任设备走向信任应用，数字信任体系重构 14
1.3.4 从分层解耦走向垂直整合，底座技术重构 14
1.3.5 从SmartPhone到AI Phone：大模型驱动操作系统走向智能化 15
参考文献 17
第2章 OpenHarmony概述 19
2.1 OpenHarmony项目概览 20
2.2 OpenHarmony架构概览 22
2.2.1 OpenHarmony设计理念 22
2.2.2 OpenHarmony技术架构 24
2.3 OpenHarmony应用案例 25
2.3.1 HarmonyOS NEXT：基于OpenHarmony的终端操作系统 25
2.3.2 矿鸿：基于OpenHarmony的煤矿智能操作系统 25
2.3.3 电鸿：基于OpenHarmony的电力物联操作系统 26
2.3.4 在鸿：基于OpenHarmony的智能公路操作系统 28
2.3.5 天鸿：基于OpenHarmony智能船载终端系统 28
2.3.6 其他行业赋能情况 29
2.4 OpenHarmony生态进展 29
参考文献 30
第二部分 操作系统内核
第3章 智能终端操作系统内核 35
3.1 操作系统内核及其挑战 36
3.1.1 宏内核 36
3.1.2 微内核 37
3.1.3 混合内核 39
3.1.4 其他内核形态 39
3.2 面向智能终端的鸿蒙通用微内核 40
3.3 终端双内核架构：富功能内核和安全内核 43
3.3.1 硬件基础：ARM TrustZone 43
3.3.2 智能终端场景下的新型需求 44
3.3.3 Kinibi OS 45
3.3.4 iTrustee 45
3.3.5 OpenTrustee 45
3.3.6 基于TrustZone的实时内核保护 46
3.3.7 TEEv 47
3.4 AI时代的终端操作系统内核 48
参考文献 48
第4章 处理器调度 51
4.1 平衡性能、功耗、热的调度调频机制 52
4.2 负载均衡和公平调度 55
4.3 能耗感知调度 56
4.4 基于可扩展调度器类的调度策略定制 59
第5章 内存管理 61
5.1 操作系统的内存管理基础 62
5.1.1 地址翻译和页表 62
5.1.2 换页机制 64
5.1.3 虚拟内存压缩机制 65
5.2 面向智能终端特征的内存管理机制 65
5.2.1 面向智能终端特征的OOM Killer 65
5.2.2 OpenHarmony Hyperhold机制 66
5.2.3 Purgeable Memory技术 68
第6章 存储与文件系统 69
6.1 闪存存储设备 70
6.1.1 闪存的特点 71
6.1.2 闪存文件系统与移动终端 71
6.2 文件系统基础 72
6.2.1 基本概念 72
6.2.2 存储布局 73
6.2.3 文件结构 74
6.2.4 崩溃一致性 75
6.2.5 虚拟文件系统 75
6.3 案例分析：F2FS 75
6.3.1 F2FS的设计目标和原理 76
6.3.2 日志和冷热分离 76
6.3.3 日志清理 77
6.3.4 F2FS的崩溃恢复 79
6.4 案例分析：EROFS 81
6.4.1 终端场景的存储空间困境 81
6.4.2 压缩文件系统 82
6.4.3 问题分析 82
6.4.4 固定输出大小压缩 83
6.4.5 内存占用友好的多种解压方式 84
6.4.6 EROFS的存储布局 85
6.4.7 EROFS的操作流程 88
参考文献 88
第7章 进程间通信 90
7.1 进程间通信基础知识 91
7.2 BINDER：面向智能终端的高性能IPC 92
7.2.1 问题和挑战：智能终端场景的高性能和强安全需求 92
7.2.2 Binder IPC机制概述 94
7.2.3 高性能数据传输 94
7.2.4 线程池模型 95
7.2.5 进程间通信过程 96
7.3 鸿蒙通用微内核的高性能IPC机制 97
7.3.1 问题和挑战：智能终端场景对微内核IPC的高性能需求 97
7.3.2 鸿蒙微内核的IPC抽象 98
7.3.3 IPC资源分配和管理 99
7.3.4 基于轻量级隔离的低时延IPC 100
7.4 OpenHarmony进程间通信服务框架 100
7.4.1 问题和挑战：智能终端场景对通信服务的灵活管理需求 100
7.4.2 OpenHarmony进程间通信服务概述 102
7.4.3 系统能力 102
7.4.4 通信流程 103
7.4.5 通信接口 104
参考文献 106
第8章 设备管理和设备驱动 108
8.1 设备管理：从传统场景到智能终端场景 109
8.1.1 传统操作系统的设备管理 109
8.1.2 智能终端场景设备管理的挑战 109
8.2 智能终端场景设备管理的设计和实现 110
8.2.1 统一化接口抽象 110
8.2.2 功能化设备模型 114
8.2.3 归一化设备配置 115
8.2.4 弹性化设备支持 115
8.3 案例分析：OpenHarmony的设备功能模型 116
8.3.1 Display框架模型 117
8.3.2 Input框架模型 118
8.3.3 WLAN模型 118
8.4 案例分析：OpenHarmony的HDF框架 120
8.4.1 HDF框架的启动流程 121
8.4.2 HDF驱动服务的管理方式 122
8.4.3 HDF设备驱动的开发流程 122
8.4.4 HDF设备驱动的使用方式 123
8.5 案例分析：Android操作系统的硬件抽象层 124
第三部分 操作系统内核
第9章 图形服务 129
9.1 图形整体架构 130
9.1.1 分离渲染和统一渲染 130
9.1.2 OpenHarmony统一渲染架构 131
9.2 统一渲染流程和渲染树 133
9.2.1 App业务逻辑 133
9.2.2 渲染树 134
9.2.3 渲染服务流程 134
9.3 动画和视效 135
9.3.1 平移、旋转、缩放 135
9.3.2 模糊、阴影、光照 137
9.3.3 基于物理的高级动效 140
9.4 窗口管理服务 140
9.4.1 窗口管理的基本概念 140
9.4.2 案例：应用打开过程 141
9.4.3 案例：屏幕解锁过程 142
9.4.4 合一服务 143
9.5 帧缓冲队列和垂直同步 143__
第一部分 概 述
第1章 智能终端操作系统概述 3
1.1 操作系统架构和关键价值 4
1.1.1 产业演进中的操作系统 4
1.1.2 操作系统的成功要素随着产业不断演进 5
1.2 智能终端操作系统简史 6
1.2.1 功能机时代：嵌入式操作系统的延续 7
1.2.2 智能机时代：iOS与Android的双雄争霸 7
1.2.3 万物智联时代的到来：多样化和智能融合 10
1.3 智能终端操作系统演进趋势 11
1.3.1 从触摸交互走向时空自然交互，新交互带来体验跃迁 12
1.3.2 从单节点确定性时延走向端到端确定性时延 13
1.3.3 从信任设备走向信任应用，数字信任体系重构 14
1.3.4 从分层解耦走向垂直整合，底座技术重构 14
1.3.5 从SmartPhone到AI Phone：大模型驱动操作系统走向智能化 15
参考文献 17
第2章 OpenHarmony概述 19
2.1 OpenHarmony项目概览 20
2.2 OpenHarmony架构概览 22
2.2.1 OpenHarmony设计理念 22
2.2.2 OpenHarmony技术架构 24
2.3 OpenHarmony应用案例 25
2.3.1 HarmonyOS NEXT：基于OpenHarmony的终端操作系统 25
2.3.2 矿鸿：基于OpenHarmony的煤矿智能操作系统 25
2.3.3 电鸿：基于OpenHarmony的电力物联操作系统 26
2.3.4 在鸿：基于OpenHarmony的智能公路操作系统 28
2.3.5 天鸿：基于OpenHarmony智能船载终端系统 28
2.3.6 其他行业赋能情况 29
2.4 OpenHarmony生态进展 29
参考文献 30
第二部分 操作系统内核
第3章 智能终端操作系统内核 35
3.1 操作系统内核及其挑战 36
3.1.1 宏内核 36
3.1.2 微内核 37
3.1.3 混合内核 39
3.1.4 其他内核形态 39
3.2 面向智能终端的鸿蒙通用微内核 40
3.3 终端双内核架构：富功能内核和安全内核 43
3.3.1 硬件基础：ARM TrustZone 43
3.3.2 智能终端场景下的新型需求 44
3.3.3 Kinibi OS 45
3.3.4 iTrustee 45
3.3.5 OpenTrustee 45
3.3.6 基于TrustZone的实时内核保护 46
3.3.7 TEEv 47
3.4 AI时代的终端操作系统内核 48
参考文献 48
第4章 处理器调度 51
4.1 平衡性能、功耗、热的调度调频机制 52
4.2 负载均衡和公平调度 55
4.3 能耗感知调度 56
4.4 基于可扩展调度器类的调度策略定制 59
第5章 内存管理 61
5.1 操作系统的内存管理基础 62
5.1.1 地址翻译和页表 62
5.1.2 换页机制 64
5.1.3 虚拟内存压缩机制 65
5.2 面向智能终端特征的内存管理机制 65
5.2.1 面向智能终端特征的OOM Killer 65
5.2.2 OpenHarmony Hyperhold机制 66
5.2.3 Purgeable Memory技术 68
第6章 存储与文件系统 69
6.1 闪存存储设备 70
6.1.1 闪存的特点 71
6.1.2 闪存文件系统与移动终端 71
6.2 文件系统基础 72
6.2.1 基本概念 72
6.2.2 存储布局 73
6.2.3 文件结构 74
6.2.4 崩溃一致性 75
6.2.5 虚拟文件系统 75
6.3 案例分析：F2FS 75
6.3.1 F2FS的设计目标和原理 76
6.3.2 日志和冷热分离 76
6.3.3 日志清理 77
6.3.4 F2FS的崩溃恢复 79
6.4 案例分析：EROFS 81
6.4.1 终端场景的存储空间困境 81
6.4.2 压缩文件系统 82
6.4.3 问题分析 82
6.4.4 固定输出大小压缩 83
6.4.5 内存占用友好的多种解压方式 84
6.4.6 EROFS的存储布局 85
6.4.7 EROFS的操作流程 88
参考文献 88
第7章 进程间通信 90
7.1 进程间通信基础知识 91
7.2 BINDER：面向智能终端的高性能IPC 92
7.2.1 问题和挑战：智能终端场景的高性能和强安全需求 92
7.2.2 Binder IPC机制概述 94
7.2.3 高性能数据传输 94
7.2.4 线程池模型 95
7.2.5 进程间通信过程 96
7.3 鸿蒙通用微内核的高性能IPC机制 97
7.3.1 问题和挑战：智能终端场景对微内核IPC的高性能需求 97
7.3.2 鸿蒙微内核的IPC抽象 98
7.3.3 IPC资源分配和管理 99
7.3.4 基于轻量级隔离的低时延IPC 100
7.4 OpenHarmony进程间通信服务框架 100
7.4.1 问题和挑战：智能终端场景对通信服务的灵活管理需求 100
7.4.2 OpenHarmony进程间通信服务概述 102
7.4.3 系统能力 102
7.4.4 通信流程 103
7.4.5 通信接口 104
参考文献 106
第8章 设备管理和设备驱动 108
8.1 设备管理：从传统场景到智能终端场景 109
8.1.1 传统操作系统的设备管理 109
8.1.2 智能终端场景设备管理的挑战 109
8.2 智能终端场景设备管理的设计和实现 110
8.2.1 统一化接口抽象 110
8.2.2 功能化设备模型 114
8.2.3 归一化设备配置 115
8.2.4 弹性化设备支持 115
8.3 案例分析：OpenHarmony的设备功能模型 116
8.3.1 Display框架模型 117
8.3.2 Input框架模型 118
8.3.3 WLAN模型 118
8.4 案例分析：OpenHarmony的HDF框架 120
8.4.1 HDF框架的启动流程 121
8.4.2 HDF驱动服务的管理方式 122
8.4.3 HDF设备驱动的开发流程 122
8.4.4 HDF设备驱动的使用方式 123
8.5 案例分析：Android操作系统的硬件抽象层 124
第三部分 操作系统内核
第9章 图形服务 129
9.1 图形整体架构 130
9.1.1 分离渲染和统一渲染 130
9.1.2 OpenHarmony统一渲染架构 131
9.2 统一渲染流程和渲染树 133
9.2.1 App业务逻辑 133
9.2.2 渲染树 134
9.2.3 渲染服务流程 134
9.3 动画和视效 135
9.3.1 平移、旋转、缩放 135
9.3.2 模糊、阴影、光照 137
9.3.3 基于物理的高级动效 140
9.4 窗口管理服务 140
9.4.1 窗口管理的基本概念 140
9.4.2 案例：应用打开过程 141
9.4.3 案例：屏幕解锁过程 142
9.4.4 合一服务 143
9.5 帧缓冲队列和垂直同步 143__
