تحليل مُعمّق لنظام التشغيل HarmonyOS من هواوي: ما هو النظام الموزع؟

ما هو بالضبط نظام تشغيل HarmonyOS الموزع من هواوي؟ مع ترقية HarmonyOS 2.0 Developer Beta الرئيسية في نهاية شهر مارس، قررت إعادة مشاهدة مؤتمر مطوري هواوي 2020 ومراجعة المواد المتاحة للجمهور. لذا أود مشاركة فهمي عن نظام تشغيل HarmonyOS.
HarmonyOS هو نظام موزع يدمج العديد من الأجهزة المنفصلة ماديًا في جهاز خارق افتراضي. قبل أن نتحدث عن كيفية قيام هواوي بجعل ذلك ممكنًا، دعونا نركز على قيمة وجود نظام موزع، وسبب تولي هواوي لهذا المشروع.
بدأ HarmonyOS برؤية للنظام، إذا فتحت تطبيق خرائط على هاتفك واخترت وجهة، فبمجرد دخول سيارتك، تتم مزامنة الخريطة تلقائيًا مع شاشة الوحدة الرئيسية. عندما تخرج من السيارة، تنتقل الخريطة بسلاسة إلى ساعتك. تعمل هواوي الآن على تحقيق هذه الرؤية، وتؤكد الشركة أن العملية برمتها ستكون بديهية وسلسة للغاية بحيث لن يستغرق المستخدمون وقتًا طويلاً للسيطرة على نظام التشغيل الجديد. بمجرد ركوب سيارتك، يصبح هاتفك امتدادًا لسيارتك.
السبب الذي يجعل نظام تشغيل HarmonyOS مثيرًا للاهتمام هو أنه الأول في الموجة القادمة من أنظمة التشغيل الموزعة المصممة للاستخدام على شبكة متصلة من وحدات رأس السيارات، والهواتف المحمولة، وسماعات الرأس، والأجهزة اللوحية، وأجهزة التلفاز، والساعات الذكية، وحتى الأجهزة المحدودة للغاية القدرات الحاسوبية، مثل سخانات المياه والغسالات والثلاجات. ما فعلته هواوي هو تقليل حجم النظام من خلال "microkernel" واستخدام تصميم معياري يسمح للمطورين باختيار أي جزء من الرمز سيتم تطبيقه بناءً على احتياجات الأجهزة. لذلك، على الرغم من أن الرمز الدقيق سيختلف من جهاز إلى جهاز، فإن كل جهاز في النظام البيئي سيشغل بعض التعليمات البرمجية لدعم الناقل الظاهري الموزع وإدارة البيانات الموزعة والجدولة الموزعة.
ببساطة، يتيح الناقل الافتراضي الموزع للأجهزة المختلفة التحدث بنفس اللغة والاتصال والتواصل مع بعضها البعض.
تحقق إدارة البيانات الموزعة مزامنة المعلومات بين الأجهزة المختلفة في الوقت الفعلي. هذا هو مفتاح التعاون بين مختلف الأجهزة المستقلة ماديًا.
أداء القراءة والكتابة عن بُعد لنظام الملفات الموزعة HarmonyOS أسرع من 4 إلى 6 مرات من أداء بروتوكول Samba منMicrosoft. ال OPS لHarmonyOS أعلى 1.3 مرة من Android ContentProvider. علاوة على ذلك، يدعم HarmonyOS قراءة البيانات عبر الأجهزة، بينما لا يدعمها Android. قدرة البحث الموزعة في HarmonyOS أسرع 1.2 مرة من قدرة Apple iOS.
القدرة الأخيرة التي أرغب في مناقشتها هنا هي الجدولة الموزعة، وهي مقياس لضمان الأمن الموزع. ماذا يعني ذلك؟ تدعم سماعات الأذن من هواوي التعرف على البصمة الصوتية، وتدعم هواتف هواوي بصمة الإصبع أو التعرف على الوجه. تُستخدم هذه المصادقات الآن بشكل منفصل في أجهزة مختلفة. في المستقبل، بالنسبة لبعض العمليات الحساسة والحرجة جداً، ستسمح الجدولة الموزعة بقدرات المصادقة البيومترية على أجهزة متعددة لتحسين الأمان. في شبكة الأجهزة المتصلة، يمكن لنظام التشغيل بسهولة استخدام أجهزة متعددة لمصادقة المستخدم. هذا فرق كبير بين HarmonyOS وأنظمة التشغيل الأخرى. إنه ليس نظام تشغيل للهواتف أو سماعات الأذن فقط. يمكن تشغيله على أي جهاز ذكي آخر.
علاوة على ذلك، مع التكنولوجيا الموزعة، يمكن للأجهزة ذات القدرات الحاسوبية الضعيفة أن تتمتع بأمان محسن من خلال الاستفادة من ميزات الأمان للأجهزة الأخرى. على سبيل المثال، يتمتع التلفاز الذكي بقدرة حوسبة أكبر من جهاز التوجيه، ولكن باستخدام التكنولوجيا الموزعة، يمكن أن يساعد التلفاز في تحديد المخاطر المحتملة لجهاز التوجيه وتخفيفها باستخدام موارد الحوسبة الخاصة بالتلفاز لتشغيل خوارزميات الأمان. ببساطة، يمكن للأجهزة مشاركة قدراتها مع بعضها البعض، وهذا يشمل إمكانيات الأمان. نظريًا، يعادل أمان النظام الموزع بأكمله أمان الجهاز الأكثر أمانًا في النظام.
بعد تغطية هذه الإمكانات الموزعة الأساسية الثلاث، آمل أن يكون لديك فهم أولي للميزات والمزايا الخاصة للنظام الموزع. باختصار، عندما يتم توصيل الأجهزة لاسلكيًا عبر ناقل افتراضي موزع، يمكن استخدام إمكانات كل جهاز بواسطة أجهزة متصلة أخرى. يمكن استخدام إمكانيات جهازين معًا لدعم تطبيق واحد.
غالبًا ما كانت أنظمة التشغيل السابقة مقصورة على نوع معين من الأجهزة. على سبيل المثال، يعمل Android فقط على الهواتف والأجهزة اللوحية. تسمح لك واجهة مستخدم Android بالتحكم في المصباح اليدوي على هاتفك، ولكن ليس المصباح الذكي في منزلك. عندما تقوم ببث مقطع فيديو عبر تطبيق على هاتفك، يمكنك مشاهدته على شاشة هاتفك، ولكن ليس على جهاز التلفاز. اعتدنا أن نأخذ هذه القيود كأمر مسلم به، ولكن التكنولوجيا الموزعة ستأخذنا إلى ما هو أبعد مما نتوقعه، مما يسمح بمشاركة القدرات بين مجموعة واسعة من الأجهزة التكميلية.
في هذه المرحلة، لا شك في أن بعض القراء يثيرون اعتراضات، قائلين "يمكنك بالفعل التحكم في مصباح ذكي من خلال تطبيق على هاتفك ويمكنك عرض المحتوى من هاتفك على جهاز تلفاز عبر تطبيق عرض شاشة". ومع ذلك، في الوقت الحالي، لا يعد التحكم في الأجهزة الأخرى باستخدام تطبيق آخر مناسبًا بأي حال من الأحوال. لا شك في أن الوعي بهذا هو سبب تركيز هواوي كثيرًا على جعل تجربة المستهلك سلسة. قد يبدو الأمر وكأنه مجرد كلمة طنانة، لكن التجربة السلسة مهمة، وهواوي تدرك ذلك. ومع ذلك، فأنت بحاجة إلى أكثر من ذلك من أجل أن يكون لديك نظام موزع يعمل بكامل طاقته. أكبر عائق أمام الأنظمة الموزعة في مساحة المستهلك هو كيف يمكن أن يكون اتصال الجهاز غير موثوق به.
Huawei HarmonyOS هو "نظام موزع غير متجانس وغير متماثل" من حيث أن النظام يربط أجهزة مختلفة بشكل أساسي. في نظام واحد موزع، قد يكون هناك هاتف محمول به 8 نوى وذاكرة 12 جيجابايت، وجهاز توجيه مع نواة واحدة وذاكرة 512 ميجابايت، وعدد من أجهزة إنترنت الأشياء ذات قدرات حوسبة محدودة للغاية، مثل سخانات المياه، وأفران الميكروويف ومصابيح ذكية. تنسيق الأجهزة التي يمكن أن تختلف قدراتها الحاسوبية بعشرات الآلاف يمثل تحديًا كبيرًا. بالإضافة إلى ذلك، يتم توصيل هذه الأجهزة في الغالب لاسلكيًا عبر Wi-Fi / Bluetooth، بدلاً من الألياف البصرية، مما يعني أن السرعة محدودة ويصعب ضمان موثوقية الاتصال. تعتبر كيفية اكتشاف الأجهزة وتوصيلها في نظام لاسلكي مشكلة أخرى لطالما ابتليت بها الأنظمة الموزعة لاستخدام المستهلك.
تستخدم هواوي ثلاث تقنيات لحل هذه المشكلة: الشبكات المتقاربة غير المتجانسة، والاكتشاف الذاتي والشبكات الذاتية، ومعايرة زمن الانتقال الديناميكي. لقد غطينا أهمية الشبكات غير المتجانسة في الفقرة السابقة. يتطلب الاكتشاف الذاتي أن يتم تمكين Bluetooth / Wi-Fi على الأجهزة في جميع الأوقات، ويتطلب الاكتشاف السريع أن تقوم الأجهزة بمسح بيئتها باستمرار بحثًا عن الأجهزة المتوافقة، ولكن هذا له تأثير جانبي مؤسف يتمثل في استنزاف البطارية. في النهاية، يتعلق الأمر بإحداث توازن. أخيرًا، نأتي إلى تقنية معايرة زمن الوصول الديناميكي. أوضح الدكتور وانج تشينغلو، رئيس قسم هندسة البرمجيات في مجموعة هواوي لأعمال المستهلكين، مفهوم معايرة زمن الانتقال الديناميكي باستخدام مثال يتضمن مزامنة الصوت والصورة. في مثاله، يتم إرسال صوت وصورة مقطع فيديو إلى زوج من سماعات الأذن وجهاز تلفزيون على التوالي. سيكون زمن انتقال الجهازين مختلفًا حتماً بسبب استخدام قناتين فيزيائيتين مختلفتين، وهذا يسبب عدم التزامن. تتمثل إحدى طرق مزامنة الصوت والصورة في إضافة القليل من زمن الانتقال بشكل مصطنع إلى عرض الصورة، والذي يتميز بزمن انتقال أقصر من الصوت. نظرًا لأن زمن الانتقال ليس قيمة ثابتة ويختلف وفقًا لجودة الخدمة (جودة الخدمة)، يلزم وجود خوارزمية للتنبؤ بزمن الانتقال لتنسيق زمن انتقال عرض الصورة والصوت ديناميكيًا.
يتم إصدار تطبيقات HarmonyOS في متجر HUAWEI AppGallery في شكل حزمة تطبيقات، والتي تتكون من واحد أو أكثر من قدرات الميزات (FAs) والقدرات الذرية (AAs). FA هو كيان برنامجي (مع واجهة مستخدم) يستدعي AA لتنفيذ وظائف معقدة ، في حين أن AA عبارة عن كيان برنامج غير تابع لواجهة المستخدم تم تطويره بواسطة طرف ثالث لتنفيذ وظيفة واحدة. تعد AAs مستقلة عن بعضها البعض ومصممة لتلبية متطلبات مستخدم معينة. ستقوم الأجهزة المختلفة بتحميل FAs وAAs تلقائيًا حسب الحاجة. بهذه الطريقة، يحتاج المطورون إلى تطوير حزمة تطبيقات واحدة فقط، والتي يمكن نشرها على أجهزة متعددة.
إلى حد ما، قامت هواوي بدمج هذه التقنيات في واجهة المستخدم EMUI 11، الإصدار المعاد اختباره من Android الذي يعمل حاليًا على هواتف هواوي الذكية. ومع ذلك، لم يتم تصميم Android لدعم بعض القدرات الموزعة بشكل كامل. يعد HarmonyOS، كنظام تشغيل تم تصميمه من الألف إلى الياء مع وضع التكنولوجيا الموزعة في الاعتبار، بفعل الكثير باستخدام هذه التقنيات أكثر من EMUI 11 أو أي إصدار آخر من Android. يحذو البائعون الآخرون حذوها ويطورون تقنية موزعة لدعم ميزات مثل العرض على عدة شاشات – Multi-Screen Collaboration، لكن هواوي لديها ميزة المحرك الأول. تلتزم هواوي بجعل نظام تشغيل HarmonyOS مفتوح المصدر بالكامل، وقد تم إصدار قدر كبير من كود المصدر للمطورين في أواخر ديسمبر.
ما الفوائد التي يمكن أن يجلبها النظام الموزع؟ بالنسبة لمصنعي الأجهزة المنزلية، يمكن أن يسمح ظهور الأنظمة الموزعة لهم بتقديم وظائف محسنة يكون المستهلكون على استعداد لدفع علاوة مقابلها، وبالتالي زيادة أرباحهم. للمطورين، يوفر HarmonyOS مجموعة متنوعة من الأطقم لتنفيذ ميزات مختلفة. نظرًا لأنه لا يتعين على المطورين البدء من نقطة الصفر وكتابة آلاف الأسطر من التعليمات البرمجية، فيمكنهم تحسين كفاءة التطوير لديهم بشكل كبير. يمكن للمستهلكين الاستمتاع براحة أكبر بفضل مشاركة إمكانات الجهاز والتفاعل السلس. علاوة على ذلك، من المحتمل أن نرى حالات استخدام غير متوقعة لنظام تشغيل HarmonyOS تحقق فوائد لم يتوقعها أحد.