第二届大会回顾第3期 | 深开鸿基于OpenHarmony的多内核混合部署方案
演讲嘉宾 | 李 宝
回顾整理 | 廖 涛
排版校对 | 李萍萍
嘉宾介绍
os内核及视窗分论坛
李宝，深圳开鸿数字产业发展有限公司未来研究院基础架构首席研究员、架构设计部总经理，曾在华为、蚂蚁金服从事自研操作系统、核心分布式关系数据库研发，曾在小马智行从事机器学习基础设施研发，目前在深开鸿从事操作系统基础架构探索与竞争力构建。
视频回顾
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正文内容
openharmony是一个面向全场景、全连接、全智能时代的智能终端设备操作系统底座。深圳开鸿数字产业发展有限公司（简称“深开鸿”）通过多内核混合部署方案为openharmony引入实时特性，将openharmony应用到更多关键行业,保障关键任务的实时运行。该方案具体如何实现？深开鸿未来研究院基础架构首席研究员李宝在第二届openharmony技术大会上，带来了精彩分享。
万物智联时代是一个百亿设备、百亿链接的时代。openharmony分布式软总线架构为多设备间无缝互联提供了统一的分布式通信，且openharmony所提供的人机交互、人工智能、分布式协同等能力，可更好地赋能千行百业。然而，航空航天、工业控制、汽车电子以及机器人等关键行业更关注如何保障其关键任务的实时运行，对操作系统的实时性有很高要求。上述的“实时性”并非指操作系统需要有多高的性能和处理速度，而是指当实时任务就绪时，操作系统能够及时处理，且必须在规定的时间内完成，否则可能会导致严重后果。试想一下，在工业流水线上，某个环节规定需要在2毫秒内完成，如果该环节某次的执行时间超过了2毫秒，则整个流水线都会紊乱。
如何基于openharmony底座，打造面向更多关键行业的具有更强实时计算能力的操作系统呢？在技术实现上，目前有三种主流方案：
一、裸多内核方案。该方案开发和部署的工作量小，性能好，在异构多核系统、电力等行业有成熟应用；但其灵活性较差（cpu/memory等硬件资源静态划分、启动顺序较复杂），且rt和非rt资源没有隔离，安全性上有待考量。
二、统一rtos内核方案。该方案能混合运行实时任务和常规任务，但其性能、安全性也强依赖kernel的具体实现，兼顾实时任务的同时支持 openharmony强大的应用框架是个巨大的挑战，该方案行业应用上目前暂无参考。
三、基于虚拟化的多内核方案。相较于上述两种方案，该方案在汽车等领域(如qnx方案)有大规模的应用，其开发和部署的工作量小，灵活性（硬件虚拟化、可灵活分配、可资源隔离；可管理guest os，为guest os间通信提供支持）和性能（现代cpu大概有 ~5% 的计算性能损耗）也较好，且hypervisor对guest间资源做了隔离。但该方案需要依赖硬件辅助虚拟化。
经过行业和市场调研，深开鸿最终选择了基于虚拟化的多内核方案，并基于嵌入式系统的虚拟化工具jailhouse作为实时hypervisor实现硬件辅助虚拟化。jailhouse具有以下特点：
硬件辅助虚拟化，安全隔离
静态资源划分，轻量、性能损耗低
启动依赖linux，运行中不依赖linux
提供share memory通信插件，暂不提供设备虚拟化
将openharmony作为root cell，承担整个系统的管理者角色，将rtos作为nonroot cell，提供实时计算的运行环境，让实时计算能力作为 openharmony的一个子系统。
基于上述技术方案，深开鸿基于openharmony底座打造了面向更多关键行业的操作系统kaihongos。下图展示了kaihongos混合部署的实时性能：
以任务切换为例，openharmony非实时侧的平均延时并不差，但是最大延时rtos有明显优势，这正是实时计算需要的确定性。
目前，kaihongos已经部署在深开鸿与乐聚（深圳）机器人技术有限公司的合作的人形机器人项目上。基于kaihongos，机器人可以实现动作控制、ai、导航等能力。
未来，kaihongos将在系统易用性和可靠性上持续优化：（1）通过融合的混合部署（上层：混合部署成为应用的扩展；下层：联合openeuler mica 融合多种混合部署技术）实现更易用；（2）通过与openeuler uniproton合作强化资源竞争下的实时可靠。
openharmony具有“架构解耦、弹性扩展”、“异构并行、全栈协同”、“原生智能、场景体验”和“极简开发、多端部署”四大技术架构特征，提供了人机交互、人工智能、分布式协同等能力，为各行各业定制构建行业操作系统提供了数字底座，为实现万物智联世界提供了有效途径。
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一、裸多内核方案。该方案开发和部署的工作量小，性能好，在异构多核系统、电力等行业有成熟应用；但其灵活性较差（cpu/memory等硬件资源静态划分、启动顺序较复杂），且rt和非rt资源没有隔离，安全性上有待考量。
二、统一rtos内核方案。该方案能混合运行实时任务和常规任务，但其性能、安全性也强依赖kernel的具体实现，兼顾实时任务的同时支持 openharmony强大的应用框架是个巨大的挑战，该方案行业应用上目前暂无参考。
三、基于虚拟化的多内核方案。相较于上述两种方案，该方案在汽车等领域(如qnx方案)有大规模的应用，其开发和部署的工作量小，灵活性（硬件虚拟化、可灵活分配、可资源隔离；可管理guest os，为guest os间通信提供支持）和性能（现代cpu大概有 ~5% 的计算性能损耗）也较好，且hypervisor对guest间资源做了隔离。但该方案需要依赖硬件辅助虚拟化。
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未来，kaihongos将在系统易用性和可靠性上持续优化：（1）通过融合的混合部署（上层：混合部署成为应用的扩展；下层：联合openeuler mica 融合多种混合部署技术）实现更易用；（2）通过与openeuler uniproton合作强化资源竞争下的实时可靠。
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