“鸿蒙”是实时物联网操作系统

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实时操作系统并非“实时”那么简单

文 | 步日欣

一句话要点精读：此次中美贸易战中，美国举一国之力来对付华为一家公司，其策略的核心是打击中国的“核高基”战略。近日，任正非在接受专访时表示，鸿蒙操作系统，并不是为了手机用，而是物联网操作系统，比如自动驾驶、工业自动化。由此推断，鸿蒙是物联网操作系统，是一种实时操作系统。实时操作系统的“实时”，并非强调的响应速度的实时性，而是响应的确定性。即，某些任务，能够在可预知的时间内完成响应，这就是所谓的确定性。

关于操作系统，相信大家既熟悉，又不熟悉。

说熟悉，是因为操作系统是我们操控一切电子设备必不可少的入口；说不熟悉，是因为操作系统种类繁多，我们所熟知的可能仅限于日常用的微软的Windows、谷歌的Android等。

本篇讨论操作系统的原因，是源于前几日任正非在接受《金融时报》专访时表示，（华为的）鸿蒙操作系统，本身并不是为了手机用，而是为了做物联网来用的，比如自动驾驶、工业自动化，因为它能够精确控制时延在五毫秒以下，甚至达到毫秒级到亚毫秒级。

此次中美贸易战中，美国举一国之力来对付华为一家公司，其策略的核心是打击中国的“核高基”战略。“核高基”，是指核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品，这三大类产品，历来是美国的优势领域。

作为“核高基”的核心领域之一，基础软件产品中，操作系统是最为重要的基础软件。微软的Windows、谷歌的Android、苹果的Mac OS，甚至Unix、基于开源Redhat……这些主流的通用操作系统，都是根植于美国的。

主流国产操作系统的缺失，一直是很多人痛心疾首的遗憾。此次华为在中美贸易战的大背景下站出来，扛起了自主操作系统的大旗，被很多人视为鼓舞人心之举。

但操作系统，知易行难，从来都不仅仅是一个技术问题，而是一个生态问题。

华为自主开发的“鸿蒙”操作系统，一直没有浮出水面，曾给人无限的想象空间。但同时，要围绕一个全新的操作系统，构建形成完整的生态，也并非轻而易举之事。此次任正非的表态，就绕过了通用操作系统的坑，把“鸿蒙”操作系统定性成为物联网操作系统，毕竟在工业和物联网领域，要形成生态，会相对容易很多。

华为之前也不是没有物联网操作系统，LiteOS就是华为在2015年推出的一款物联网操作系统，支持了华为智能手机、可穿戴设备、物联网芯片等众多产品。

因为物联网操作系统属于轻量级的操作系统，应用领域相对来说又是一个封闭的环境，因此不过国内还是国际上，都有大批的厂商开发了各自的物联网操作系统。比如阿里的AliOS Things、谷歌的Andorid Things、ARM的Mbed OS等等。当然也包括一些物联网创业公司，针对物联网不同的应用场景，开发API接口友好的操作系统，比如门思科技的MP-OS、钛云物联的钛极OS等等。

任正非提到，华为操作系统反应很快，“达到毫秒级到亚毫秒级”，那更印证了“鸿蒙”是物联网操作系统，是一种实时操作系统（Real-time Operation System，RTOS）。

什么是实时操作系统？名字听上去很“神奇”，很有吸引力。一个操作系统，如果能达到实时的效果，不卡顿、不延迟、不死机、不需要清理垃圾，那将是一件多么有吸引力和令人神往的事情？

在讨论实时操作系统之前，我们先看看操作系统江湖，有多少种操作系统。前面提到过，操作系统是我们操控一切电子设备必不可少的入口，也就是说，有多少种类的电子产品，就有多少种类的操作系统。

比如我们或多或少了解到的MacOS、Windows、UNIX、Android、IOS、基于开源Linux开发出来的各种商业化操作系统、嵌入式操作系统……还有前文提到过的各种封闭领域的物联网操作系统……

从分类角度来看，操作系统主要包括：批处理操作系统、通用操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统、云计算操作系统……

当然，以上分类的维度是杂乱的，比如批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统属于一个维度，是从计算资源的调度、任务执行的角度进行分类；通用操作系统和嵌入式操作系统属于一个维度，是从设备的通用性和专营性角度进行分类；网络操作系统、分布式操作系统和云计算操作系统又是一个维度，是从算力角度进行的分类……

本文重点关注的实时操作系统，真实情况可能会让你失望，其实强调的并不是实时性。我们知道，一台电子设备的响应速度，跟其运算能力最为相关。但运算能力是有限的，CPU也无法超负荷运行，而程序对负载需求是无限的，这也是我们电脑动不动就死机的主要原因，电脑的CPU满足不了那么多程序对算力的需求。

相信大家在用Windows的时候深有体会，特别是在我们传输大文件，或者下载的时候，想要此时进行其他操作，经常会引起计算资源的拥塞，从而引起电脑行动迟缓，甚至死机。

基于CPU算力的瓶颈，很明显，不可能出现一个理想化的操作系统，能让程序在并发状态下的执行实现“实时”。

因此，实时操作系统的“实时”，并非强调的响应速度的实时性，而是响应的确定性。即，某些任务，能够在可预知的时间内完成响应，这就是所谓的确定性。

确定性在一些领域至关重要，比如工业领域、自动驾驶领域、某些物联网领域等。设想一下，一辆汽车的控制系统，如果发生碰撞事故，人命关天，系统必须优先保证触发安全气囊的响应快速执行，不能出现延迟，更不能关键时刻死机。

实时操作系统和分时操作系统的本质区别，体现在对不同程序、任务、进程、线程对有限CPU的调度上。

分时操作系统采用的是一种比较公平的策略，即时间片轮转，计算机把CPU的运行时间分成很短的时间片，轮流把时间片分配给不同的进程使用。

而实时操作系统则采用优先级策略，即抢占式，不同进程被分配了不同的优先级，当高优先级进程出现时，计算机可以中断当前运行的进程，并将CPU的使用权交给进入就绪态的优先级更高的进程。

因此，基于优先级的实时操作系统只体现在CPU调度方式的不同，但是各种进程之间的优先级，也是需要科学的设计，一旦优先级混乱，CPU调度处理不好，也会产生系统崩溃、死机等严重后果。

当然，也不一定说物联网操作系统就一定是抢占式实时操作系统。在资源调度上，抢占式保证任何时刻让优先级高的进程优先运行，并中断正在进行中的进程。要实现这个目的，必须相应增加处理机的调度，既要保留中断进程的现场，又要为新进程分配新的空间，系统运行开销增大，牺牲的是效率和功耗。

因此，实时与否，并不重要，物联网应用领域是一片星辰大海，适合的才是最好的。