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华为手机操作系统往事

2019-06-11 17:27:28 N软网 编辑:琳达 浏览数:12智学网

4月11日,CBG总裁余承东在上海发布了P30系列手机。发布会后,一个听上去有点晦涩的新名词——“方舟编译器”迅速登上了知乎社区的热搜榜,引发了IT从业者、数码博主、资深码农乃至普通消费者的极大关注和广泛热议。“编译器是...

4月11日,CBG总裁余承东在上海发布了P30系列手机。发布会后,一个听上去有点晦涩的新名词——“方舟编译器”迅速登上了知乎社区的热搜榜,引发了IT从业者、数码博主、资深码农乃至普通消费者的极大关注和广泛热议。“编译器是什么?”“华为方舟编译器和安卓原生的AOT/JIT(Ahead of Time/Just in Time)有什么区别?” “方舟编译器对安卓生态有何意义?”等,网友对各种深浅不一问题的讨论不亦乐乎,诸多跟帖评论精彩纷呈,不得不说高手在民间。

其中一位网友的评论很有代表性:“昨天的华为发布会,让我感到惊喜的是,在如今这个年代,会有一家国内消费电子公司把编译器作为一大亮点来介绍。华为在基础研发上的持续高投入,加上手机终端市场占有率向全球第一迈进,使得‘自建生态’的梦想,对一家中国公司而言首次成为可能。”

编译器是将程序开发用的高级语言转换成机器指令的软件,可以理解成软件与硬件之间的桥梁。那方舟编译器会带来怎样的价值?简单点说,是解决现有安卓这座桥梁并不顺畅的顽疾,是对安卓真正深度的优化与革新,可以说为安卓产业注入了新的生命力。

而这只是华为一系列软件创新的最新成果。今天,从市场与用户的反馈来看,越来越多的消费者认可华为手机长期使用后依然流畅,对用华为手机玩游戏体验不佳的吐槽也越来越少。这既归功于华为手机芯片和硬件能力的快速提升,更离不开软件全栈的深度优化与技术创新。

我们深知,任何软硬件的技术优化和创新探索都必须瞄准用户体验。服务近5亿在网用户的华为手机操作系统EMUI是如何围绕用户体验,不断进行深层创新,推出硬核技术的?

故事还得从几年前说起。

面向消费者的软件怎么做

3年前,我在负责2012实验室的中央软件院,7月份,余总的一个电话,让我有机会来到CBG负责终端软件的研发工作。当时的心情既兴奋又忐忑。兴奋在于,从进公司伊始,我一直从事和软件紧密相关的工作。在我心目中,完成大规模工业化的软件研发,不啻以虚拟世界的0和1为建筑材料,去设计建造一座宏伟的殿堂。而如何能让我们的建造成果和过程都达到世界级,给我们的用户和合作伙伴带来价值,一直是我的追求与梦想。

忐忑也随之而来。虽然都是软件研发,但是智能手机操作系统对于我是一个全新的领域。首先是标准化程度大不相同,电信设备软件有非常完备的行业标准,ITU、3GPP、IETF等,实际上把网络架构和网元架构标准化了。研发需要做的就是根据标准协议,遵从一定的开发流程规范,比如IPD(集成产品开发),以及合理的项目管理来实现相应的交付目标。同时,电信设备软件的需求也是相对清晰和汇聚的,全球几百家运营商的需求百分之七十以上几乎是一致的,而且设备的日常维护主体是经过专业化训练,具有相当技术水平的运维人员,可以相对清晰准确地反馈设备使用中的各种问题。

而面向消费者的软件则大为不同。广泛流行的智能手机操作系统最终只留下了iOS和安卓。与封闭的iOS框定一切来保证体验不同,安卓是由谷歌主导的AOSP社区开源,但原生安卓实际上是Design Reference(设计参考),具体到每一个功能如何取舍和扩展,与海量的第三方APPs如何交互,并没有详细而统一的标准可以遵从,都是各个手机厂家根据自己的硬件平台、产品定位和目标用户群,做大量的适配和优化修改,生态碎片化严重。一切只能以消费者体验为准绳。

在安卓开放的大环境下,怎么做才能实现最好的用户体验?在iOS已经通过多年的积累树立了牢固的领先形象时,怎样才能让EMUI被越来越多的消费者认可,是我和整个软件团队面临的最大挑战。

聚焦最大的用户痛点 “在飞行中换引擎”

我们决定将“用户体验最佳”作为终端软件追求的目标。而首要解决的问题就是,什么最影响用户体验?

经过大量的调查和访谈,团队很快发现,最为安卓用户诟病的,是长期使用后的卡顿,这也是影响消费者体验的第一大障碍。

一个热爱电子产品的同事和我讲述过他的智能手机使用经历。在安卓手机进入大屏年代后,2013年他购买了当时做得最好的安卓手机S和H,用的还是顶级配置,但用了一年多后,即使每晚不做任何操作,都会消耗百分之十几的电量;更让他无法忍受的是,卡顿、死机几乎成了家常便饭,必须要不断重启和清理内存才能勉强使用。用他的话说,不是我在用手机,而是手机在用我。

为什么即便拥有很高的硬件配置,即便是当时最好的安卓手机,也会面临更多的稳定性和流畅性问题?是哪些因素导致了长期使用后的卡顿和死机?

我们决定“啃”下卡顿这个最大的硬骨头。EMUI团队成立了专门的“特战组”集中攻关。特战组详细分析了安卓系统下四百多台几十种机型的手机,经过反复的问题重现和软硬件的全栈分析,共发现以下四个导致卡顿、死机的主因:

1. 安卓系统的松散管理,应用对资源的使用缺少规则,就像建了很多道路却没有交通规则,最终是拥塞和混乱;

2. 系统硬件资源协同缺乏,仅仅靠增加RAM(运行内存)资源不能解决问题,而是要更有效地调度与使用资源;

3. 存储碎片累积效应,随着使用时间的增加,存储碎片化日益严重,数据读写速度明显下降,系统卡顿频繁、加重;

4.APP膨胀严重,特别是头部应用功能不断堆积,导致产生的数据急剧增长,抢占系统资源严重,拖累系统运行速度。

这些问题,几乎涉及到从芯片到软件全栈,如果只是见招拆招被动应对,是不可能真正解决问题的。必须全面系统分析,才能拿出全面彻底的解决方案。但安卓系统本身极其庞大,代码行数过亿,在这么庞大的系统上“动手术”,挑战可想而知。会不会在优化的同时导致其它兼容性的问题?有没有足够能力实现预定的目标?

但是,带着有问题的引擎勉强飞行,只会酿成更大的事故。畏缩不前不如放手一搏。通过大量细致的分析和研判,我们决心破釜沉舟——干!最终,经过专家的反复诊断和讨论,拿出了5大“药方”来一一解决上述问题。

简单来说,人工智能是核心,对应用侧智能分析,判断应用的资源需求特征(计算密集型、RAM密集型、IO密集型等);对硬件资源侧,感知CPU、内存、IO(Input/Output)、存储等资源状态,通过AI算法实现应用需求与硬件资源的最佳匹配,并及时合理地整理和回收空闲资源,解决上面提到的硬件资源协同和APP占用空间过度膨胀的问题。

▲“天生快 一生快”系统原理图

“抽屉式”替换 为安卓注入新的生命力

对于存储碎片化的问题,我们采取了一个比较激进的方案——替换了安卓原生文件系统。

安卓从诞生之初就直接架构在Linux基础上,其文件系统最初并未考虑碎片文件的快速整理。长时间以来,安卓手机都是从Linux继承文件系统,这个文件系统对智能手机上的Flash存储并不友好,也是碎片化的主因。我们决定用F2FS(Flash Friendly File System)文件系统来替换原生的文件系统,不仅因为F2FS是为Flash量身定做,还因为它可以使手机极大程度上避免文件碎片。

F2FS是由友商S公司原创并开源的。但S公司自己并没有率先使用。因为文件系统决定存储上所有文件的存储与访问方式,好比器官移植手术,替换文件系统的复杂度和风险是巨大的。

我们虽然在实验室仔细验证了半年多,但替换文件系统的高复杂度和高风险,仍然是决策的最大顾虑。软件管理团队和技术团队多次分析后,最终果断拍板,并和CBG签订了军令状,承诺搞不定或出了问题就“军法处置”。

得益于团队胆大心细的执行力,F2FS文件系统最终替换成功,成为解决卡顿顽疾全方案中最重要的组成部分。

2016年,伴随着Mate 9 系列发布的EMUI5.0,我们为这个解决安卓卡顿的方案取了一个简单易懂的名字,叫做“天生快 一生快”,同时承诺消费者“18个月不卡顿”,这个当时看似“吹牛”的承诺,今天已经成为现实。从市场反应和消费者反馈来看,在安卓阵营里,华为手机率先甩掉了“卡顿”的帽子。

2018年,谷歌将F2FS吸收到安卓原生版本中,所有安卓厂商因此受益,对安卓生态是很有价值的贡献。至今,谷歌的自研手机Pixel 3也使用了F2FS文件系统。

基于理性的技术判断和果断决策,让我们领先了所有安卓厂商一步。更难能可贵的是,为了实现安全替换,逼迫我们的团队没有退路地仔细分析了原生系统的底层,边战边练,让我们的团队积累了非常宝贵的经验,也尝到了深度优化安卓的甜头。

第一道考题,我和软件团队初步获得了CBG管理团队的信任,有了一个好的起点。

走向生态协同的“深水区”

在解决卡顿这个顽疾的过程中,我们就发现安卓生态的松散是一个挑战,这并不能通过技术来解决,但又和用户体验息息相关。

相较于iOS对生态的严格管控,安卓生态主要依赖玩家的自律自觉。打个不恰当的比方,安卓原生系统好比谷歌修好的一条高速公路,谷歌设想上路的自然是遵守交通规则的机动车,而实际情况却是,不但机动车上路了,各种牛车、马车、三轮车和行人都来了,加上没有交警(优先级调度系统)负责管理,拥堵就成了常态。

这种状况在国内尤甚。手机厂家不断投入的技术,只是把端侧的运行环境做得越来越高效、整洁。但应用市场的鱼龙混杂对用户体验影响巨大,各安卓手机厂家不仅拥有自家的应用市场,还有种类繁多的第三方应用市场,再加上通过浏览器链接就能下载安装App,还有各种木马App、恶意软件,互相引导安装、伪装后台、无限制申请手机系统资源等,带来的问题就是Apps对安卓系统资源的使用极不规范,甚至是恶意使用。

“病从口入”,导致的结果就是,用户体验不断受损。

华为面临一个选择,是随大流,还是牵头竖起大旗,联合重量级生态玩家,逐步规范、净化安卓生态,把优质的体验还给消费者?

仅仅依靠手机厂家自身的持续技术投入和优化已然不够,走向生态协同的“深水区”是华为终端软件必须要迈出的一步。

经过大量的前期沟通讨论,2016年11月14日,在上海的Mate 9系列发布会上,华为联合阿里巴巴、百度、腾讯、网易四家企业共同发起了安卓绿色联盟。作为一个开放的非盈利性组织,希望共同构建中国安卓绿色应用环境,打造安全、可靠、可信、健康的应用生态,把极致的应用体验带给消费者。

▲安卓绿色联盟发布

安卓绿色联盟成立后,集中发起厂家的经验和智慧,陆续推出了《安卓绿色联盟应用体验标准》的1.0和2.0版本,涵盖了应用安装与运行的兼容性、稳定性、安全、功耗和性能标准。同时发展会员企业超过1000家,覆盖80%的主流应用。

在安卓绿色联盟平台上,华为提供了超过3千台测试真机,免费向所有安卓应用开发者开放,只要远程登录,即可申请到相应的测试资源并执行测试;同时,华为把安卓最新版本的变化及时分享给国内开发者,大大提升了安卓应用在新版本上的适配效率。

对于通过了《安卓绿色应用体验标准》的应用打上“绿色应用”标记,让消费者在应用下载时对应用质量的了解一目了然,可以安心使用。通过2年多的协作,绿盟已帮助超过20万开发者进行免费测试、牵引Top 3000安卓应用降低了高功耗与权限滥用行为。消费者、应用开发者、互联网厂商和手机厂家都因此受益。整个安卓生态的参与者,都愿意在这个平台上共享经验、共同创新。2018年还成立了AI开放生态合作、AI安全设计方案、AR、游戏加速四大创新工作组。

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