5.1 自主OS的发展契机传统PC领域，微软凭借其PC操作系统Windows长期掌控了桌面OS的王者地位，而在移动互联网时代，智能终端操作系统与智能硬件、智能通信技术的同步发展共同造就了欣欣向荣的移动互联网行业，也充分体现了OS标准对产业的影响力。智能终端操作系统领域，Google和苹果公司依靠其操作系统Android和iOS在市场的霸权地位迅速崛起并成为移动互联网的巨头，占据了智能手机领域超过 98%的市场规模。其他智能终端操作系统还有Windows Phone、Tizen、BlackBerry等。面对全球移动互联网产业的发展热潮，国外竞争对手来势很猛，国产手机企业在这场争夺战中迅速发展，国产手机出货量空前鼎盛，2015年以华为、小米为代表的国产品牌厂商已在世界十大品牌中占据了6席。但是，目前所有中国手机企业均没有真正的自主OS，只能获取谷歌Android或微软Windows Phone的授权开发和生产智能手机，产业地位较低，在技术支持和授权时间等方面得不到第一时间的响应，成为整个产业的潜在风险。完全受国外产业控制的智能终端操作系统同样为国家信息安全带来巨大挑战。国家高度重视智能终端操作系统的自主化研发，因此设立了核高基智能操作系统研发专项支持自主操作系统的研发。核高基课题于2009年设立了智能手机嵌入式软件平台研发及产业化课题，并于2012年设立了移动智能终端操作系统开发课题，支持中国联通、阿里、华为、联想、百度等厂商研发自主操作系统。随着国家网络信息安全战略的实施，自主操作系统面临着崭新的历史发展机遇。5.2 自主OS的技术路线智能OS的架构经长期演进，技术上已趋于成熟，典型的智能OS为5层架构，包括系统内核、用户图形交互界面、系统功能库、框架和应用，如图5-1所示。各层的主要功能如下。（1）系统内核层OS Kernel，绝大多数OS选用Linux内核，目前大多数系统选用了Linux3.x版本，部分终端厂商已升级至3.10或3.11版本。（2）用户图形交互界面GUI，是整个系统的调度核心，可以控制键盘、鼠标、屏幕和输入输出，根据需要设定各种触发事件，调度和运行各类应用，调度和使用网络功能等，也可以理解为系统功能框架。GUI的性能将直接影响整个系统稳定性、安全性、操作感受与流畅度。（3）系统功能库Function Lib，提供整体OS的基本函数和应用基础功能的支撑库，包含图像处理函数如OPENGL ES、SQLite等功能库。（4）应用框架Framework，包含应用开发支持、系统调用API等，并提供若干控件和模块封装供应用使用。OS 系统厂商通过制定 API 接口标准规范，结合配套SDK，主导和支持上层各类应用。（5）应用层App，应用是用户使用智能终端可以得到的具体服务，一般又包括基础通信应用如通话客户端，基础系统应用如系统设置，以及其他丰富的本地或互联网的游戏、功能、业务等各类应用。从技术路线上看，目前国产智能终端操作系统大致可以分为以下几类：一类是原生OS，如中国联通和全智达联合研发的沃Phone操作系统，直接基于Linux研发；另一类是WebOS或类WebOS，如元心OS，基于HTML5技术研发，其应用生态建立在HTML5 Web技术之上；最多的是以Android为核心的定制OS，如中国移动OPhone、小米MIUI、华为EMUI、锤子OS等，其中，阿里YunOS最初借鉴了Android架构，但随着技术演进，已脱离Android定制的范畴。整体来看，自主OS已经呈现百花齐放的发展格局。图5-2为各OS的技术衍生示意图。5.3 联通沃Phone OS中国联通从 2009年开始研发沃 Phone 操作系统，牵头承担了两期沃 Phone核高基国家专项，与全智达及其他终端厂商一起完成自主可控的沃Phone智能终端操作系统研发及终端产业化。沃Phone智能终端操作系统坚持自主可控的技术路线，经过多年的磨练，填补了我国在自主OS领域的空白。5.3.1 中国联通的自主策略沃 Phone 基于典型 OS 5 层架构，中国联通坚持自主可控策略主导研发沃Phone智能终端操作系统，其特点如下。1）直接基于Linux，借鉴通用技术和算法，采纳公认的技术标准。沃Phone直接基于Linux Kernel开发，避免依赖某一特定公司主导的代码做二次开发，以避免被动跟随、受制于人。其他系统支撑库采纳公认的开放标准和行业内众多厂商共同支持的开源代码和接口标准，如支持SQLite、OPENGL ES、libc等通用库，减少开发者跨其他开发的难度。沃Phone遵循GPL、LGPL等开源标准。2）原创开发和自主制定OS的Framework、API标准。沃 Phone 自主开发的应用框架Framework，采用通用的应用—视图模式，基于事件驱动的消息循环机制进行工作。沃Phone上层应用基于C/C++开发，执行效率更高。沃Phone同时发布了系统SDK，并建设了沃Phone开发者社区，支持开发者开发基于沃Phone的应用，并且制定了沃Phone API标准，真正做到OS的自主、可控。3）采用可伸缩的OS架构和模块化接口设计，利于按需扩充、持续发展。沃Phone 以原生OS为基础设计了灵活扩充架构，有利于开发团队不断加入新的功能接口和模块，方便第三方扩充系统性能，提高自主OS开放的API数量和功能模块的数量，真正做到了OS的可持续发展。4）原创开发的OS关键架构和核心软件模块。自主开发的TGUI图形化交互系统、Framework应用开发框架，使沃Phone OS的发展完全可控。沃Phone 管理软件、通用系统支撑功能库、基础应用软件等，使沃Phone产品具备商用条件。另外，沃Phone 提出和强化了自主OS的安全特征，研发了沃Phone 平台安全组件。在政府和产业界的支持下，联通沃Phone致力于创造一个自主OS产业生态系统，不仅为国内厂商带来优秀的系统方案选择，也为用户带来安全可信的手机产品和优异的体验。5.3.2 沃Phone技术架构沃Phone采用Linux 基本内核、以自主创新的TGUI引擎架构为基础、兼容众多开源软件，形成了完整的智能手机操作系统解决方案，持续演进并进行版本升级。沃Phone 采用国际上先进的原生OS的技术路线，属于典型的5层OS架构，其技术架构如图5-3所示。沃Phone 是基于先进、强大而稳定的Linux内核自主开发的原生操作系统，充分利用了C/C++语言的优异特性和国际标准化的开放标准，系统架构简洁而高效，可以最大化利用现有终端的硬件特征，由开源的GCC（GNU Compiler Collection，GNU编译器集合）工具链和充分利用Windows VC程序员经验的TIOS SDK，为应用程序的开发提供了强大工具。沃Phone的所有用户界面相关的操作机制、设计框架、控件代码和图案的绘制均来自专业设计，程序员只需要少许代码即可在应用中开发出华丽的动画和过渡效果。沃Phone自主设计的TGUI系统是市场上先进GUI图形交互系统之一。沃Phone包含功能强大的通用算法功能库，集成了符合行业标准的算法功能配合自主优化本地化服务算法模型，为系统业务和功能拓展提供强大的支撑环境。沃Phone 通过GPU硬件加速的深化应用，开发了业界领先的高速响应结构，优化操作体验，可视化的操作流程设计，所想即所现，所见即所得，高速高效，简洁流畅。沃Phone为用户提供流畅的操作体验。系统支持GPU硬件加速，采用3D显示提升视觉效果，提供成套开发工具，支持开发者开发3D应用。沃Phone预置了功能强大的基础应用，包含电话、信息服务等技术通信服务及其他系统服务，并为设备商提供系统适配、优化等产品化服务，可提供完整的沃Phone智能手机软硬件一体化解决方案。沃Phone是与国际同步的自主可控智能终端操作系统，沃Phone与市场主要OS的对比如表5-1所示。表5-1 沃Phone与其他OS对比5.3.3 沃Phone应用开发环境沃Phone是一套完整的智能终端操作系统整体解决方案，应用开发者可使用沃Phone提供的配套工具开发各类应用。沃Phone应用开发流程如图5-4所示。沃Phone面向应用开发者提供完整的应用开发环境支持，如图5-5所示。沃Phone应用开发环境构建在PC操作系统之上，主要包括以下几个方面。（1）集成应用开发工具IDE借用Visual Studio 2008工具，集成安装沃Phone Wizard插件后，可以通过Visual Studio工程向导快捷生成沃Phone应用程序项目。图5-6和图5-7分别为新建工程向导和新建工程的项目资源的示意图。使用Visual Studio 2008工具完成沃Phone应用项目的编辑和编译。（2）软件开发工具包（SDK）沃Phone SDK是一套完整的应用程序开发工具包，SDK支持图形化的UI编辑器，所见即所得，并包含模拟器，在 PC 机上即可运行和调试应用程序，提高了开发效率。沃Phone SDK支持基于C/C++语言的Native应用，并集成多种C/C++扩展库。其主要功能包括以下几点。1）支持 GPS、多点触控、重力加速度、距离传感器、光线传感器等主流传感器设备；2）支持OpenGL ES，同时支持主流的Cocos2D游戏引擎，可快速开发、移植2D和3D游戏；3）支持30多种沃Phone标准控件，增强界面表现，凸显沃Phone风格，降低开发难度；4）TCOM组件技术，支持应用间协同工作；提供多种TCOM系统组件，方便用户调用，减少编码量；5）支持多分辨率支持；6）采用Unicode字符编码，便于国际化多语种支持；7）内置多种示例程序和互联网应用模板，供开发者参考。（3）基于PC的沃Phone OS模拟器使用模拟器，开发者可以在PC机上运行和调试应用程序，提高开发效率。（4）其他工具集沃Phone OS开发助手、图形化资源编辑器（TOPS Builder）、沃Phone应用程序打包发布工具（TG3_Publish_Maker），为开发者提供各种工具辅助。5.3.4 沃Phone支撑平台沃 Phone 构建了支撑平台，方便用户使用，支持开发者的应用开发，其主要构成如图5-8所示。沃Phone支撑平台包括可信应用商店、开发者社区、终端管理平台、终端云服务器。（1）可信应用商店联通为沃Phone构建了专用的可信应用商店，可实现从应用开发、应用签名和审核、应用分发到应用安装的全流程控制机制。沃Phone应用商店提供开发者应用分发平台，方便用户查找和下载应用。（2）开发者社区开发者社区是面向开发者提供的技术交流社区，并包含开发者应用发布流程支持。（3）终端管理平台终端管理平台实现终端各类配置信息、终端安全策略、终端操作系统软件的推送和更新。（4）终端云服务器终端云服务器可对移动终端上的通信录、照片等个人信息进行安全的云端存储、备份及恢复操作等。5.3.5 沃Phone安全策略安全是自主OS的核心需求和重要特征。沃Phone OS从系统各个层面都对系统进行了安全增强，提出完整的沃Phone终端安全架构。如图5-9所示。针对行业用户的安全需求，沃Phone对系统各层面实施了安全加固，强化了自主OS的安全性特点。沃Phone安全终端主要融合了以下6大类安全功能。1）系统完整性保护：刷机管控、系统升级管控。2）应用软件可信管控：沃Phone应用开发采用了C/C++语言，反编译困难，对应用程序安装管控，配合可信应用商店机制，从应用开发、应用签名和审核、应用分发到应用安装的全流程控制机制，避免过程中引入病毒，确保应用安全，并且主导推出了安全通话、安全短信、安全通讯录、安全邮件、安全文件柜、安全云存储等基础安全应用。3）用户数据保护：提供个人信息保护机制，防止个人敏感信息的泄露，支持个人私密空间设置，对通讯录、短信、邮件、照片等可提供密码保护。4）系统安全调用控制：从底层对敏感的无线网络功能（Wi-Fi/移动通信网络/蓝牙/GPS）和数据采集功能（拍照和录音功能）进行控制，防止应用后台打开摄像头、麦克风、GPS等设备进行非法监听和非法定位。5）终端丢失管控：对终端开机登录进行高安全级加密增强，防止他人非法解锁手机获取隐私机密信息；通过远程锁机、远程销毁、手机定位机制，协助找寻丢失的手机，在必要时可远程锁定手机或销毁手机数据以避免数据泄露。6）加密通信：配合认证的加密 TF 卡，支持通过中国联通 WCDMA 网络实现加密通话功能，支持基于IP加密的安全沃信功能。沃Phone安全架构，结合增强的安全功能和丰富的安全应用，为用户提供完整的安全终端解决方案。5.3.6 沃Phone产业定位沃Phone 在智能手机、平板电脑、智能电视以及车载智能终端上均可以依赖统一的应用平台，其服务领域涉及手机内容服务、应用商城、电子商务、移动办公、地图服务、虚拟社区等。沃Phone终端首创主从式双系统概念，开启Android中间件平台后可以兼容运行Android应用。典型的应用场景中，安全可控的沃Phone系统提供通信和个人敏感信息处理，安卓中间件支持丰富的安卓应用，提供娱乐功能。受控的Android运行环境可兼容丰富的安卓应用，其安全完全受沃Phone主系统控制，有效解决安卓应用偷跑流量、恶意扣费及其他安全问题。用户可无感知地在沃Phone主屏幕与安卓中间件屏幕间平滑切换。沃Phone OS可满足大众、商务、企业和政府等各类市场的智能手机定制需求。目前，沃 Phone 已初步建立了包括芯片、终端、运营商、系统软件商、应用软件商、安全方案商在内的完整生态产业链，共同推动沃 Phone 生态的发展。1）应用软件方面：通过中国联通的努力，培养了一批第三方开发公司和个人开发者，适配了多款主流移动互联网应用。2）手机厂商方面：吸引了国内外多家厂商参与了沃Phone终端定制，中国联通从2009年开始投入研发的沃Phone OS，至今已经发布了多个版本若干款手机，包括中兴、TCL、同洲、天语等品牌。3）芯片厂商方面：与国内外多家厂商的芯片平台展开适配与合作。4）安全方案制定：联合多家安全机构与自主芯片厂商，打造“自主芯片＋自主OS＋安全应用＋安全云端服务”的端到端的安全解决方案。作为最早的完全自主可控的终端操作系统，沃Phone已经在业界具备了相当的影响力和号召力，沃Phone多次受邀参加技术论坛、通信博览会、高交会等各种展示，并作为自主OS的代表为党和国家领导人进行演示和汇报。5.4 阿里YunOS作为互联网巨头，阿里早在 2010年就开始了自主 OS的研发，从最早的YunOS1.0至今已经历了三代，最新的YunOS 3.0于2014年年底发布。早期的YunOS系统，称为阿里云OS，对Android的硬件和软件之间的中间层进行了替换和修改，采用了Android的Dalvik虚拟机和Framework，但又不兼容Android，因此阿里跟Google之争一度被推到风口浪尖。Google认为阿里破坏了 Android的生态系统，最终迫于 Google的压力，2012年宏基与阿里在阿里云OS领域的合作被中止。根据阿里官方解释，阿里云OS专门为基于Android Dalvik虚拟机的应用做了转码系统，在应用安装时做转码，搭载云OS的手机也能在基于Android Dalvik虚拟机中应用。阿里云OS通过转码和API对接，巧妙地利用了现有Android强大的生态系统，让现有的Android 应用通过转码可以顺利地运行在阿里云的虚拟机上，其系统架构如图5-10所示。Google对与阿里云之争的官方解释是，阿里云不承认自身属于Android生态系统的一部分，但又采用了Android的运行环境、框架和工具。事实上，阿里云替换自主的OS发展必然会导致Google控制下的Android生态系统在未来发展的不一致性。很明显，阿里云OS直接挑战了Android生态是Google强烈反对的关键原因。迫于App的限制，YunOS兼容Android本地应用，这也是YunOS被误解为基于安卓二次开发的重要原因。但是，从技术上来说阿里云确实是独立的操作系统，而不是改版的Android。尤其是，从YunOS 2.x开始YunOS采用了自主虚拟机，YunOS 3.0更是重构了核心服务架构，成为一个独立的操作系统平台，YunOS 3.0架构如图5-11所示。YunOS 3.0基于Linux内核以及WebKit、OpenGL和SQLite等开源库，在API和应用层都大量调用了基于Web端的云计算，采用了最新的HTML5技术。此外，云应用经过云端压缩技术，比本地App更省流量。在安全方面，YunOS针对硬件层、内核层、应用层和云安全进行了系统安全架构设计，更对数据安全、资金账号安全等核心的问题进行了系统化防护，最大程度地保障用户信息及资产安全。YunOS通过对系统由底层向上层加固，从机密性、完整性、可用性和抗抵赖性等多方面构建了完整的安全体系。同时，YunOS还获得工信部5级安全认证，采用YunOS操作系统的终端即意味着能继承此安全认证的能力。YunOS的开发初衷是打造独立的操作系统并形成自己的生态系统。YunOS是运行在数据中心和移动终端上的操作系统，含有地图、邮箱和搜索等在内的互联网基础服务。YunOS融合了阿里巴巴在云数据存储、云计算服务以及智能设备操作系统等多领域的技术成果，并且可搭载于智能手机、智能机顶盒（DVB/IPTV/OTT）、互联网电视等多种智能终端设备。随着“互联网+”的兴起，YunOS for Car被正式列入下一步战略计划，阿里巴巴紧密部署，并于2015年4月22日与上汽合作成立公司，着手于互联网汽车的研发。YunOS for Car针对行车环境进行了语音功能的深度定制，可直接实现语音唤起导航、打电话、播放歌曲、听收音机、查询天气等功能，解放司机的双手，更专注行车安全，并且采用高德导航作为内置导航，集成了虾米音乐资源，丰富车内娱乐。此外，该系统内置应用中心，提供由专业的运营团队筛选并严格安全机制审核的专属应用。通过与车机厂家的紧密合作，YunOS for Car还能提供车辆信息显示、倒车影像等传统服务。5.5 元心OS不同于Android、iOS，元心OS是在Linux的开源Mer项目基础上发展的智能移动操作系统，而Mer的前身正是诺基亚与英特尔联合开发的MeeGo操作系统。基于 Mer 开发的操作系统并不只有元心，还有当前由三星主导的系统——Tizen。元心 OS 坚持技术国产自主、生态系统可控。在系统安全方面，元心 OS 具备Root分权、多重访问控制、细粒度敏感权限控制等特性，使用TrustZone安全机制通过安全引导确保系统完整性并实现系统安全启动，此外还支持国产身份认证体系、数据隔离等。另外，元心还推出了基于核心硬件国产化的元心Phone安全手机，其处理器采用国产展讯芯片，定位采用北斗导航模块。元心 OS 产业组成如图5-12所示。与其他国产OS类似，元心OS面临的主要困境是App很少，缺乏完整的手机生态系统，而手机生态系统的培养一直都是国产操作系统发展的一道壁垒。因此，元心将研发重点转入了双系统安全手机方向，元心 OS 定位于解决企业应用及其他安全需求，并利用 Android 庞大的App 来满足用户的娱乐体验。在 2015年年底终端安全峰会上，展讯提出了基于元心 OS的双系统安全产品——紫潭安全手机，专注于对安全有较高需求的小众高端用户市场。5.6 其他定制OS定制OS是相对于原生OS而言，终端厂商可以在原生OS基础上做一些修改，实现自己的一些功能。目前大多的定制 OS 都是基于开源的Android 操作系统改进而来。目前最主流的定制系统主要是针对UI（User Identification，用户界面）优化的定制系统，包括MIUI、EMUI等。个性化的UI也容易吸引特定的用户，完全兼容原生应用，难度相对较低。用户界面产品市场中一直处于领先地位的当数 MIUI。MIUI 是基于 Android所开发的Android ROM，在用户交互方式角度全面改进了原生Android系统，带给用户更为贴心的Android智能手机体验。MIUI强调的是交互体验，通过构建用户体验需求快速响应机制，吸引了大量初始用户。从2010年8月16日首个内测版发布至今，MIUI目前已经拥有国内外超过1亿的发烧友用户。上千款的个性主题以及百变的锁屏一直是早期MIUI，甚至是小米公司吸引用户的重要工具。Emotion UI是华为基于Android进行开发的情感化用户界面。华为最新发布的荣耀7系列搭载全新的EMUI 3.1版本，简洁的界面无不透露着小清新的风格，别具一格的智灵键带来的情感化界面改变着人们的交互体验，双卡盲插以及双网智能切换，兼顾了智能性和实用性。单从一款手机UI来讲，无论MIUI还是EMUI无疑都是成功的产品，UI已经成为了用户选择手机的一大标准，企业通过各自生态圈的搭建，形成自己品牌的UI特色。在UI细节设计上，二者各有千秋，并且粉丝特征显著，忠诚度较高。但是UI只是生态圈的一部分，进一步提高生态控制程度是一项长期的艰巨挑战。另一类深度定制系统，指对中间层做了定制性修改，对Android系统一般是修改Dalvik虚拟机的一些设置，如OMS操作系统。深度定制系统集成了增强型中间件，优化应用支持，但不是对Android的简单复制。中国移动曾在2009年核高基自主操作系统研发课题中，推出OMS操作系统和OPhone定制手机。与沃Phone不同，OPhone是基于Android平台的二次开发，也就是对Android的深度定制，OPhone修改了Dalvik虚拟机的一些设置，集成了大量的增强型中间件，内置了中国移动的服务菜单、音乐随身听、手机导航、号簿管家、139 邮箱、飞信、快讯和移动梦网等特色业务。然而，由于 Android 系统升级节奏太快，跟随战略的定制系统在产品研发和技术支持方面存在较大的困难，在2011年OPhone手机基本销声匿迹了。定制OS对Android系统依赖程度极高，Google对于系统定制的态度一向比较含糊，虽然没有明确表示反对，但是也并不支持，还提出了明确的要求，就是必须通过操作系统的兼容性测试（CTS,Compatibility Test Suite）。不仅如此，通过CTS测试之后便允许在设备上使用Android商标，它标志着该设备能够良好兼容软件市场中的大量应用程序，基于 Android 深度定制的国内厂商必须满足这一要求。也就是说这些定制对Android而言仅仅换了件衣服，跟Google一贯标榜“只要兼容，我们欢迎”态度一致，因为这些定制OS并没有从根本上动摇Google的生态系统。对国内终端厂商来讲，基于Android深度定制的操作系统受到Google Android系统更新的制约，必须在更新上与Android进行同步。而Android更新速度很快，而且变动难以预料，深度定制的系统也会面临一定的风险。除此之外，深度定制系统还是无法改变Android开放的特性，也与OS自主可控的特性无关。5.7 国产OS的生态环境建设生态环境是智能终端操作系统的关键环节。自主 OS 在发展中面临的最大困难即在于生态环境建设。自主OS在体系上都包含了基础生态环境支持，提供OS移植和适配、基础应用支持、应用商店支持等，在推出丰富定制终端之外，大力吸引和扶植应用开发者。从Android的强势发展中也不难看出，应用在智能终端操作系统中有着举足轻重的关键地位：所有的系统功能是通过应用的方式提供给用户，五花八门的应用满足了用户稀奇古怪的需求，正是这些应用造就了Android繁荣的生态圈。所以，自主 OS为解决生态中应用规模不足的问题，纷纷采用了兼容或利用Android应用的方式，主要有以下两种途径。1）应用转码：之前版本的阿里云OS中专门为基于Android Dalvik虚拟机的应用做了转码系统，在应用安装时做转码，以兼容现有Android强大的生态系统，现有的Android 应用通过转码可以顺利地运行在阿里云的虚拟机上，但这种方式被Google强烈反对。2）双系统：沃Phone和其他自主OS基本都采用双系统解决方案。双系统方案大多采用自主OS提供安全服务和个人敏感信息管理、Android从系统支持丰富的Android应用和娱乐功能的系统功能划分。由于双系统中的Android系统仍旧承袭了Google生态，目前Google未对这种方案表示明确的态度。典型双系统设计如图5-13所示。但是，不管是哪种折衷的解决方案，借用其他系统的应用生态仍旧是一定时期内的折衷解决方案。对自主OS来说，增强自身应用规模，提升自主产业能力，仍旧是各自主OS持续努力的方向。5.8 小结本章主要介绍国产 OS的发展概况，介绍了几款主要的国产 OS 系统，并分析了国产 OS 在生态环境建设的努力和尝试。移动互联网是一个已经爆发的战略性新兴产业，随着网络安全问题不断引发的争议，培育自主安全的操作系统重要性越发凸显。国产自主 OS的意义也远不止占领智能终端市场，随着物联网、大数据应用，OS作为各类型智能终端的接入端，其意义更加凸显。