梁柏青，魏穎琪，羅 喧

（中國(guó)電信股份有限公司廣東研究院 廣州510630）

1 引言

隨著智能移動(dòng)終端的普及，基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了移動(dòng)智能終端的軟件環(huán)境。一方面，終端基礎(chǔ)軟件需要具備良好的體系架構(gòu)、應(yīng)用框架，并為開(kāi)發(fā)者提供完善的應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境；另一方面，終端應(yīng)用的豐富性決定了手機(jī)基礎(chǔ)軟件的生存空間。目前，Google Android和Apple iOS基本壟斷了移動(dòng)終端操作系統(tǒng)軟件，兩個(gè)系統(tǒng)所培養(yǎng)的用戶(hù)體驗(yàn)習(xí)慣、應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)造了屏蔽其他操作系統(tǒng)進(jìn)入的“圍墻”。本文在簡(jiǎn)要分析Android和iOS體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上，介紹了市場(chǎng)上其他新晉操作系統(tǒng)營(yíng)造新的應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)則，以導(dǎo)入新的系統(tǒng)軟件，并對(duì)其在系統(tǒng)內(nèi)容、原生開(kāi)發(fā)環(huán)境、獨(dú)特優(yōu)勢(shì)等方面進(jìn)行了詳細(xì)比較，希望能提供對(duì)智能終端軟件的全面了解。

2 移動(dòng)終端軟件平臺(tái)和應(yīng)用的演進(jìn)趨勢(shì)

2.1 移動(dòng)終端的演進(jìn)趨勢(shì)

移動(dòng)終端從只具備基帶處理器 （baseband processor,BP）的功能手機(jī)，發(fā)展為同時(shí)具有基帶處理器和應(yīng)用處理器（application processor,AP）的智能手機(jī)，或采用BP和AP兩者合一的系統(tǒng)芯片（system on chip，SoC）的智能手機(jī)。BP承載移動(dòng)通信類(lèi)業(yè)務(wù)，AP負(fù)責(zé)大部分應(yīng)用程序的執(zhí)行。引入AP的智能手機(jī)極大地提高了應(yīng)用的執(zhí)行能力，并使手機(jī)的價(jià)值逐步從BP轉(zhuǎn)移到AP，使傳統(tǒng)通信終端趨向軟件化和互聯(lián)網(wǎng)化。

2.2 手機(jī)操作系統(tǒng)從軟件平臺(tái)發(fā)展為應(yīng)用平臺(tái)

AP極大地增強(qiáng)了終端設(shè)備的計(jì)算處理能力，促使手機(jī)操作系統(tǒng)從軟件平臺(tái)發(fā)展為應(yīng)用平臺(tái)，并與應(yīng)用生態(tài)環(huán)境緊密結(jié)合。手機(jī)操作系統(tǒng)已經(jīng)不再是傳統(tǒng)定義的操作系統(tǒng)（operating system，OS），更多地被稱(chēng)為平臺(tái)。應(yīng)用數(shù)量和應(yīng)用下載次數(shù)常作為平臺(tái)的衡量指標(biāo)。

根據(jù)Vision Mobile對(duì)終端操作系統(tǒng)的劃分，分為軟件平臺(tái)、通信平臺(tái)和應(yīng)用平臺(tái)3類(lèi)[1]，見(jiàn)表1。各類(lèi)硬終端（電話(huà)、多媒體終端）屬于通信平臺(tái)，功能單一，用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信；功能手機(jī)屬于軟件平臺(tái)；而現(xiàn)代智能手機(jī)屬于應(yīng)用平臺(tái)。

現(xiàn)代智能手機(jī)屬于應(yīng)用平臺(tái)，應(yīng)用平臺(tái)具有以下三大要素：

·除用戶(hù)群體外，開(kāi)發(fā)者是平臺(tái)另一個(gè)重要的目標(biāo)客戶(hù)；

·為開(kāi)發(fā)者提供API/SDK以及開(kāi)發(fā)環(huán)境；

·提供應(yīng)用的發(fā)布、貨幣化渠道，建立健康的應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)。

2.3 移動(dòng)應(yīng)用全球化和本土化

運(yùn)行在智能手機(jī)上的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用呈現(xiàn)全球化和本土化兩大趨勢(shì)。

有很多優(yōu)秀的流行應(yīng)用都是全球性的，如游戲類(lèi)的“憤怒的小鳥(niǎo)”、通信類(lèi)的Skype、咨詢(xún)參考類(lèi)的維基百科、地圖服務(wù)類(lèi)的Google地圖。開(kāi)發(fā)者通過(guò)應(yīng)用商店在全球發(fā)布應(yīng)用，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)跨越國(guó)界。

在應(yīng)用全球化的同時(shí)，也出現(xiàn)本土化的趨勢(shì)，針對(duì)本地用戶(hù)或具有相同文化背景的細(xì)分人群，推出針對(duì)型應(yīng)用是演進(jìn)的方向之一。隨著智能手機(jī)的普及，手機(jī)成為日常生活助手，手機(jī)應(yīng)用越來(lái)越多和本地日常生活有關(guān)，如本地支付業(yè)務(wù)、本地商旅（酒店、機(jī)票、訂餐）、本地新聞、本地交通等。這些本土應(yīng)用具有極強(qiáng)的地域性，通常只在本地具有使用價(jià)值。

表1 手機(jī)平臺(tái)的分類(lèi)

中華文明有自己獨(dú)特的語(yǔ)言、文化、審美、行為規(guī)范、市場(chǎng)環(huán)境和道德法規(guī)。聚焦本土需求，為國(guó)內(nèi)用戶(hù)提供符合用戶(hù)使用習(xí)慣的應(yīng)用和服務(wù)，是國(guó)內(nèi)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)所在。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)廠(chǎng)商可將自有服務(wù)作為系統(tǒng)應(yīng)用加入自研系統(tǒng)或替換原有的系統(tǒng)應(yīng)用，如地圖服務(wù)，iOS和Android都提供原生地圖服務(wù)，但在本地化信息提供上可能不如本土服務(wù)便民，如公交線(xiàn)路。運(yùn)營(yíng)商可以將小額支付能力作為系統(tǒng)的基本服務(wù)，作為網(wǎng)絡(luò)支付的補(bǔ)充，提供便捷的結(jié)算方式，并覆蓋沒(méi)有信用卡和不使用網(wǎng)銀的群體。

換言之，以提供優(yōu)勢(shì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)為引領(lǐng)，深度定制優(yōu)化其生態(tài)環(huán)境，將其打造成為應(yīng)用服務(wù)的最佳體驗(yàn)運(yùn)行平臺(tái)，以應(yīng)用服務(wù)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)帶動(dòng)操作系統(tǒng)快速發(fā)展。以用戶(hù)體驗(yàn)為導(dǎo)向，深度聚焦本土需求持續(xù)快速創(chuàng)新，提升產(chǎn)品市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力，是我國(guó)系統(tǒng)軟件發(fā)展的關(guān)鍵路徑。

2.4 移動(dòng)智能終端系統(tǒng)垂直化整合趨勢(shì)明顯

維基百科對(duì)操作系統(tǒng)的定義為：“操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的計(jì)算機(jī)程序，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)核與基石。需要處理如管理與配置內(nèi)存、決定系統(tǒng)資源供需的優(yōu)先次序、控制輸入與輸出設(shè)備、操作網(wǎng)絡(luò)與管理文件系統(tǒng)等基本事務(wù)；也提供一個(gè)讓用戶(hù)與系統(tǒng)交互的操作界面?！奔床僮飨到y(tǒng)進(jìn)行硬件資源的管理并提供人機(jī)交互界面，而上層應(yīng)用軟件不屬于傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)范疇，通常為第三方公司所開(kāi)發(fā)，由用戶(hù)自行安裝。

然而，操作系統(tǒng)也在不斷發(fā)展變化，正朝著網(wǎng)絡(luò)化、節(jié)能化、易用化方向發(fā)展。工業(yè)和信息化部電信研究院的《移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)白皮書(shū)（2013年）》指出，移動(dòng)智能終端操作系統(tǒng)自身的概念范疇開(kāi)始演變，技術(shù)外延開(kāi)始拓展，操作系統(tǒng)從最初聚焦于對(duì)硬件資源的管理調(diào)度，擴(kuò)展到面向應(yīng)用服務(wù)的延伸與整合，架構(gòu)在內(nèi)核系統(tǒng)上的中間件、應(yīng)用平臺(tái)等也成為操作系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，從而形成了一個(gè)面向應(yīng)用的操作系統(tǒng)平臺(tái)體系。

對(duì)于移動(dòng)智能終端系統(tǒng)，其操作系統(tǒng)和上層應(yīng)用的邊界正在模糊，系統(tǒng)垂直整合趨勢(shì)明顯。地圖/導(dǎo)航、郵件、搜索、應(yīng)用商店、即時(shí)消息、瀏覽甚至支付等重要應(yīng)用，被作為操作系統(tǒng)提供的必備功能而廣泛內(nèi)置，移動(dòng)智能終端操作系統(tǒng)的概念邊界正在被進(jìn)一步擴(kuò)展，操作系統(tǒng)與應(yīng)用服務(wù)耦合加劇，移動(dòng)智能終端系統(tǒng)軟件與上層應(yīng)用之間的邊界在消失。移動(dòng)智能終端操作系統(tǒng)巨頭不斷整合其系統(tǒng)軟件與應(yīng)用服務(wù)，不斷擴(kuò)大其系統(tǒng)軟件的邊界，如iOS 6去除了運(yùn)作良好的系統(tǒng)應(yīng)用Google地圖，Apple Map取而代之。

2.5 Web化演進(jìn)是重要方向和新的機(jī)遇

互聯(lián)網(wǎng)廠(chǎng)商和運(yùn)營(yíng)商發(fā)展移動(dòng)操作系統(tǒng)，目的是將自己的服務(wù)和能力下沉到平臺(tái)中，作為系統(tǒng)級(jí)別的基礎(chǔ)應(yīng)用、基礎(chǔ)服務(wù)和基礎(chǔ)能力。

原生操作系統(tǒng)通過(guò)主導(dǎo)應(yīng)用平臺(tái)的各個(gè)方面，包括控制原生開(kāi)發(fā)API/SDK、提供開(kāi)環(huán)環(huán)境以及控制原生應(yīng)用商店對(duì)應(yīng)用的發(fā)布渠道，從源頭上掌控整個(gè)應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)。

近年來(lái)，HTML5得到長(zhǎng)足發(fā)展，已經(jīng)從炒作期進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用期。以HTML5為代表的Web技術(shù)，可以在操作系統(tǒng)上構(gòu)建應(yīng)用平臺(tái)所有的要素，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、跨屏，提供統(tǒng)一的用戶(hù)體驗(yàn)。雖然HTML5目前尚未形成應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)，而更多地作為一種開(kāi)發(fā)技術(shù)被廣泛使用，但這也為國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商利用Web作為應(yīng)用平臺(tái)、打造獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)提供了機(jī)會(huì)。

HTML5推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)水平化演進(jìn)，給產(chǎn)業(yè)軸心和發(fā)展模式轉(zhuǎn)變帶來(lái)新機(jī)遇，推動(dòng)Web應(yīng)用環(huán)境替代移動(dòng)智能終端操作系統(tǒng)成為移動(dòng)應(yīng)用的承載平臺(tái)，打破移動(dòng)智能終端操作系統(tǒng)和應(yīng)用之間緊耦合的綁定關(guān)系，促進(jìn)其由垂直一體化向水平化方向演進(jìn)，顛覆現(xiàn)有移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)格局和發(fā)展模式?！癢eb平臺(tái)（瀏覽器和Web OS等）和互聯(lián)網(wǎng)渠道”將取代“移動(dòng)智能終端操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序商店”成為產(chǎn)業(yè)新的核心，產(chǎn)業(yè)軸心和模式的轉(zhuǎn)換帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。由于谷歌不斷通過(guò)反分裂協(xié)議進(jìn)行產(chǎn)業(yè)博弈，自研系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程將更為艱巨，可以通過(guò)Web繞開(kāi)底層，直接控制應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)。

因此，Web是國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商在移動(dòng)平臺(tái)方面重點(diǎn)發(fā)展的方向。

3 移動(dòng)終端系統(tǒng)軟件的新趨勢(shì)

3.1 蘋(píng)果iOS基礎(chǔ)框架

蘋(píng)果iOS來(lái)源于OSX，OSX的核心是基于UNIX操作系統(tǒng)的變種Darwin，包含了內(nèi)核 （kernel）、系統(tǒng)函數(shù)庫(kù)（system library）和命令行工具（command-line tool）。2010年6月7日，WWDC大會(huì)宣布iPhone OS更名為iOS。iOS的軟件體系架構(gòu)分為4個(gè)層次：核心操作系統(tǒng)層（core OS layer）、核 心 服 務(wù) 層 （core service layer）、媒 體 層（media layer）和可輕觸層（cocoa touch layer），如圖1所示。

iOS的操作系統(tǒng)核心、基礎(chǔ)服務(wù)層和應(yīng)用框架都采用C/C++或object-C開(kāi)發(fā)，應(yīng)用采用object-C開(kāi)發(fā)，應(yīng)用編譯后以本機(jī)代碼在設(shè)備上運(yùn)行，具有較高的運(yùn)行效率。

3.2 Android操作系統(tǒng)基礎(chǔ)框架

Android由基礎(chǔ)系統(tǒng)軟件層、中間層、應(yīng)用框架層和應(yīng)用層組成，如圖2所示。其中，基礎(chǔ)系統(tǒng)軟件層由Linux內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)程序組成；中間層為運(yùn)行環(huán)境和各種服務(wù)模塊，其中運(yùn)行環(huán)境定義為Dalvik虛擬機(jī)；應(yīng)用框架層為Java應(yīng)用框架；應(yīng)用層提供移動(dòng)設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)用，包括電話(huà)、多媒體播放、郵件、日歷、地圖等生活中常用的應(yīng)用。Android應(yīng)用為Java應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)為成熟、存在大量可重用代碼，缺點(diǎn)是占用內(nèi)存大、運(yùn)行速度略低。建議Android系統(tǒng)運(yùn)行在高性能CPU+大內(nèi)存的終端環(huán)境下，其成本和能耗相比其他操作系統(tǒng)不具備優(yōu)勢(shì)。

3.3 Web OS類(lèi)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)框架

Web OS是當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的熱門(mén)話(huà)題，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，Web OS是一種以Web為主要應(yīng)用模式的操作系統(tǒng)平臺(tái)，具備如下3個(gè)主要特征：

·是完整的操作系統(tǒng)，不是中間件或應(yīng)用層產(chǎn)品，架構(gòu)一般包括操作系統(tǒng)層、應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境層和UI框架層3個(gè)完整的層次；

·系統(tǒng)直接支持Web應(yīng)用運(yùn)行，而非通過(guò)瀏覽器或第三方軟件支持；

·開(kāi)發(fā)者基于HTML、CSS、JavaScript等Web技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。

Firefox OS（火狐OS）是Mozilla推出的一款采用HTML5技術(shù)的開(kāi)源操作系統(tǒng)，主要應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備，其前身是Boot2Gecko，2012年改名為Firefox OS。Boot2Gecko是由Mozilla公司和Telefonica于2011年合作開(kāi)發(fā)的一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目，目的是推出一個(gè)新型的移動(dòng)操作系統(tǒng)，使得手機(jī)應(yīng)用完全建立在Web技術(shù)之上，為用戶(hù)提供全新的應(yīng)用體驗(yàn)。Firefox OS系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖2 Android平臺(tái)的官方架構(gòu)

圖3 Firefox OS系統(tǒng)架構(gòu)

目前，除了新推出的Firefox OS，市場(chǎng)上還存在其他Web OS產(chǎn)品，比較典型的有Google的Chrome OS以及2012年宣布開(kāi)源并將在2013年8月釋放正式版本的HP的Open Web OS。Chrome OS架構(gòu)如圖4所示。

圖4 Chrome OS架構(gòu)

3.4 混合型操作系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)

混合型操作系統(tǒng)指的是內(nèi)核支持原生應(yīng)用和Web應(yīng)用運(yùn)行框架的操作系統(tǒng)，主要具備以下結(jié)構(gòu)。

·基礎(chǔ)系統(tǒng)軟件層：采用業(yè)界廣泛支持的Linux開(kāi)源內(nèi)核以及廠(chǎng)商配合提供的硬件驅(qū)動(dòng)層。

·中間層：包括Web運(yùn)行環(huán)境和Java或C運(yùn)行環(huán)境，如通過(guò)Java虛擬機(jī)提供的Java程序的計(jì)算環(huán)境等，并包括在其之上構(gòu)造的各種系統(tǒng)服務(wù)模塊，為上層應(yīng)用提供完整的運(yùn)行環(huán)境。

·應(yīng)用框架層：支持HTML5框架和Java應(yīng)用框架，應(yīng)用開(kāi)發(fā)者可以選擇其中之一開(kāi)發(fā)其應(yīng)用。

·應(yīng)用層：整合通信服務(wù)、多媒體處理、定位地圖服務(wù)、日歷、郵件等日常使用的基礎(chǔ)應(yīng)用。

目前，市面上比較典型的混合型操作系統(tǒng)是“阿里手機(jī)操作系統(tǒng)”，其采用了自有的虛擬機(jī)，在Linux開(kāi)源內(nèi)核上開(kāi)發(fā)了阿里云操作系統(tǒng)，并疊加了阿里云自行研發(fā)的“云應(yīng)用引擎”（Cloud App Engine），用于支持HTML5 Web應(yīng)用。阿里手機(jī)操作系統(tǒng)能夠兼容Andriod系統(tǒng)，可以支持基于A(yíng)ndriod平臺(tái)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用，兼容程度可達(dá)90%以上。阿里手機(jī)操作系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示，具體介紹如下。

·阿里手機(jī)操作系統(tǒng)支持基于HTML5的Web OS云服務(wù)，在支持Android原生應(yīng)用生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，增加了對(duì)云應(yīng)用生態(tài)環(huán)境的支持。

·手機(jī)底層整合了阿里和淘寶賬號(hào)體系、支付體系，并宣稱(chēng)向運(yùn)營(yíng)商和終端廠(chǎng)商開(kāi)放和共享阿里用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)資源，合作伙伴能在第一時(shí)間獲得更多用戶(hù)的反饋，清楚市場(chǎng)的需求。

圖5 阿里手機(jī)操作系統(tǒng)架構(gòu)

3.5 主流操作系統(tǒng)的比較

主流操作系統(tǒng)比較見(jiàn)表2。

表2 主流操作系統(tǒng)比較

1 工業(yè)和信息化部電信研究院.移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)白皮書(shū),2013