从.Net到Android之八：Android宏内核和微内核_安卓 monolithic kernel

Android刚学了点皮毛，突然中美之间发生贸易战争，突然Google被一纸禁令框住，然后我们就等待着鸿蒙系统的崛起。可能后面就要开始写《从.Net到鸿蒙》系列文章了。

安卓是基于Linux开发出来的，而Linux是“宏内核”。有些新闻介绍说，华为的鸿蒙系统是基于“微内核”的，也就是说并非基于Linux，和安卓有本质区别。这说的是什么意思？

宏内核（Monolithic kernel）是说，操作系统的核心代码都是以特权模式运行在一块核心内存空间（kernel space）中的。这些核心代码虽然分模块各做各的事，但算是一个团伙，互相紧密关联，一荣俱荣，代码规模比较大，很难修改成其它类型的操作系统。典型的就是Linux代码，模块不少，核心代码已经很长了，也不太好拆开来，而是精心安排让各模块共同运作好。要开发，就得按照它的套路来，不好自己灵活安排。有时一个设备，要不了太多功能，但是整个宏内核都得放上来，想剪裁就很麻烦。

而微内核（Micro kernel），只提供操作系统最基本的少数核心功能，是精简版本。核心模块互相独立，运行提供服务时有自己的内存空间，和用户进程一样运行，不是特权模式。微内核就很灵活了，要什么服务就把相关的模块放上来，互相独立不影响，不用太顾虑配合问题。这样就有很好的扩展性。

安卓是基于Linux的，是宏内核，由一堆底层特权模式的核心代码紧密组合在一起。这个架构，它的灵活性是不够的。面对各种硬件配置的手机，或者平板、电视之类的系统，它都是这一个架构，怎么适应？于是就搞出一个叫“虚拟机”的东西，假设大家都是在虚拟机上运行，代码是跨平台的，这么幻想着开发。每一个安卓应用，都在操作系统底层对应着一个虚拟机实例，由这个虚拟机来伺候运行应用程序的代码。

安卓程序开发者写的代码，其实是针对虚拟机的，所有机型都是一样的程序文件。但是不同机型，底层的机器代码其实不一样，如CPU类型不同。这样，虽然开发者能够一套程序所有安卓机都能跑（就是常见的APK安装文件），但是中间就需要经过虚拟机的翻译。

在早期版本的安卓系统中，这个虚拟机甚至是在实时解释翻译应用程序的代码，而且每次运行都要解释一次。执行时碰到一段代码，就解释翻译一段，变成机器码交给底层执行。不能整个应用程序一次性全翻译完，这样会卡。应用需要点一下就立刻能进去，等用户真开始操作了再把相关代码调上来解释翻译。

后来安卓进步了，在第一次安装APK程序时，直接一次性全翻成机器码，效率就得到了提高。虽然安装过程会慢一点，程序占用空间也大了一点，但每次点开运行时都好多了。

程序如果能直接针对底层机器硬件优化，性能可以提升非常多，就如苹果机器那样。华为方舟编译器也是这样，直接生成底层高效机器码。但是通用的安卓平台真不好办，只能对虚拟机搞点通用的优化把APK文件弄好点，然后虚拟机把APK翻译成机器码时也搞些通用的优化。这种分段通用优化的办法不可能做得多好，比APP直接针机器码优化要差不少。

有些APP开发者是可以绕过安卓，直接对某一机型优化。例如腾讯的王者荣耀，检测到用户是OPPO的机子，OPPO又给腾讯交了足够的“特别优化费”，就调用经过特别精心优化的高效机器码。但是这个过程就很麻烦，一般开发者搞不了，这也说明安卓要高效支持多种机型很困难。

长久以来，安卓系统就被诟病不如苹果iOS性能好，原因也被业界人士分析清楚了。苹果系统优势的基础是封闭性，不需要考虑兼容，所以可以自己控制，优化尽情地做。例如苹果APP就是直接编译成高效的机器码，在苹果自己开发的CPU如A12上执行，编译器优化可以做得很好。苹果还可以对开发者进行严格的管理，提供丰富的高效率底层接口给开发者，不许开发者使用低效的操作拖累整机效果。

安卓系统方便各种手机厂商开发，兼容做得好，所以占领了市场。但是既然要考虑兼容，管理就不可能太严厉，不可避免会带来效率降低。例如内存管理，各种安卓机各种APP都要能跑，内存操作就会比较零碎，一会分配一会释放，最后内存空间就碎片化了。到一定程度，没有可用的大块内存了，安卓系统就要运行一个内存整理程序把碎片化的内存合并成大块。这时不管机器上在运行什么程序，都会暂停一段时间，等待内存整理完毕，用户就会发现很厌烦又难以理解的机器卡顿了。增大内存也不一定能解决问题，有时安卓机6G内存还不如苹果机3G内存流畅。

这些毛病谷歌其实知道，安卓系统在不断升级，人们对安卓系统慢慢觉得能够接受了。但是就怕比较，和苹果机比起来顺滑流畅的感觉总是差一些，原理上就比不了。就算是安卓机阵营内部也在比较，想要更好的性能。安卓又要兼容，谷歌要协调使用者的利益，一些改进不能只针对某些机型。安卓升级改进，或者APP开发时最麻烦一点就是“适配”，各种机型多得很，这些机子看着弄好了，那些机又不行了。人们已经得出结论了，在现有这个兼容框架下，安卓的固有弱点不好改，会永远受束缚。例如优化就不可能做到极致。

华为通过引入方舟编译器已经证明了，用编译器取代安卓系统的中间环节，从APP代码到机器硬件执行一步到位，直接生成高效机器码，能一举取得高达60%的性能提升。这就是说，从代码到机器是可以直接对话的，不需要安卓在中间插手。也就是说，单独一个安卓系统机器，优化潜力是很大的。只是面对的机器种类太多，兼容适配太麻烦，没法统一搞。这其实就蕴含着安卓阵营崩溃解体的力量。既然捆在一起潜力不大了，不如分开来各过各的，各自发展自己的分叉，不需要谷歌协调了。

谷歌也知道这个情况，在开发Fuchsia操作系统，试图从底层重新出发，解决安卓系统的问题。例如Fuchsia不要Linux的宏内核了，改用灵活的微内核。谷歌的计划，是时机成熟时用Fuchsia取代安卓系统，手机、平板等各种机器都包括。这听上去和鸿蒙系统有些象。

但是鸿蒙系统看样子会比Fuchsia更早大规模投入市场。还是那个问题，谷歌不能自己搞分裂，还想维持表面上的一统天下，开发时要考虑的事情就多。而华为开发鸿蒙时不怕和安卓分家，可以大胆操作。这也是创新时常见局面，旧的市场大佬利益太多不敢革自己的命，新入场的却能放手大干一场。

理论上来说，鸿蒙基于微内核，比Linux要灵活，对机器进行优化组合更有空间。而编译器对于操作系统效率是非常关键的，华为会用方舟编译器积累的技术，甩开安卓虚拟机的限制，直接对各类机器进行高效编译。微内核架构有利于在这个方向进行努力，如一个关键组件并不是象Linux那样已经定好了代码写死了，而是在不同机型由高效编译器分别准备好。

这种开发非常有难度，需要对操作系统底层有深入的了解。但只要投入足够的人力去做，原理上有把握做出来一个开放的高效操作系统。其实这一步并不是最关键的，最关键的是应用程序开发商要配合在新系统上编译，而且不是随便编译能用就行，要深度优化共建生态。由于美国无理对华为禁运，已经帮华为解决了这个最大的问题，中国APP的开发者都会积极与华为配合。如果没有谷歌对华为禁用安卓这事，华为独自推出一个新操作系统，要邀请别的大公司配合会很麻烦，中国别的大公司可能会各有算盘，会不会深度配合优化不好说。作为开放的操作系统，最好其它厂商也来试用。看来在美国倒逼和中国市场舆论影响下，中国手机厂商也会积极地参与进来。

从以上的技术分析可知，安卓阵营崩溃解体是有深刻的技术背景的。但是由于开发新系统的各种麻烦，真要动手促成安卓解体，也没那么容易开始。因为可能白费钱没有成果，光自己努力不行，没有生态就不行。华为如果不是被逼，也许就不推出了。

美国人悍然对中国发动了技术战争，自以为能用一纸禁令绝杀中国最优秀的高科技企业。但是，华为公司以超强的战略眼光和执行力作好了准备，中国IT公司也经过多年努力建立了自主的互联网生态。以此为基础，中国公司从安卓开放系统的固有弊端入手，推出新的操作系统，对美国发动反击。虽然这是为了生存，也确有可能沉重打击美国的互联网霸权。

摘抄自：安卓阵营面临崩溃解体危机