智能终端操作系统比较分析与应用研究

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本文摘自《移动通信》2013年5期。作者：刘璞 于璐 徐志德

【摘 要】剖析了智能终端的概念，以当前主流智能终端操作系统iOS和Android为例，研究并比较了非开源操作系统与开源操作系统的系统架构、开发环境、应用发布方式以及技术与法律责任，进而分析了其应用领域，最后谨慎展望了智能终端今后的发展。
　　【关键词】智能终端 操作系统 Android iOS Ubuntu
　　中图分类号：TP316 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2013）-05-0011-04
　　1 引言
　　近年来，智能终端呈现快速发展趋势，据统计2012年我国智能终端出货量达2.24亿部，以智能手机和平板电脑为代表的智能终端已经被普遍应用于社会各个领域。其原因有多个方面：
　　首先，从硬件上看，智能终端的运算和处理能力大幅提升，赶上甚至超越了个人电脑，故将硬件水平“参差不齐”的非智能终端甩在身后。
　　其次，在移动互联网汹涌而来的时代大背景下，在第三方应用软件和应用商店模式的推动引领下，智能终端上运行的应用日益丰富，功能日益完善，也将应用功能不可扩展且应用方式“七国八制”的非智能终端甩在身后。
　　最重要的是，以Android和iOS等为代表的智能终端操作系统发展迅速，在技术上已经赶上甚至超越了PC时代的桌面操作系统。
　　相信在当代中国工业化和信息化紧密融合的历史趋势下，在移动互联网和物联网迅速发展的国际大背景下，智能终端将在深度和广度上继续发展，在社会各行各业和人民生活工作的方方面面发挥更为重要的作用。
　　2 智能终端概念剖析
　　终端是相对于网络而言的概念，就像火车之于铁路，人之于其所处的自然关系和社会关系。几十年来，随着科技尤其是电子技术和网络技术的发展，已经有很多终端应用于社会各个行业，例如家庭用水表、电表、商用POS机等。特别是在2007年美国苹果公司发布iPhone后的短短6年时间里，有一类终端迅速脱颖而出，影响范围日益扩大，人们给予其较为新颖的概念——智能终端（Smart Terminal）。
　　智能终端，广义上指所有具备可重配置特性的终端；狭义上指具有智能操作系统，提供应用程序开发接口（API），并能够安装并运行第三方应用的终端。本文讨论的是狭义上的智能终端。
　　总体上看，智能终端和非智能终端均可划分为硬件与软件这两大部分。硬件包含处理器芯片、存储芯片、I/O设备、通信外设（如移动通信外设、无线接入外设、固定接入外设）等。大尺寸，高显示效果或有触控功能的屏幕是目前智能终端比较有代表性的硬件配置。但是深入来看，智能终端和非智能终端最重要的区别还是在于其软件的不同。非智能终端厂商往往将其产品的硬件和软件进行端到端的完整开发，因此其操作系统与应用程序就会展示为一个整体的软件系统，比较典型的例子是上世纪九十年代经典的黑白屏幕手机。而智能终端一般会使用有友好完善图形用户界面（GUI）的智能操作系统，并向外提供丰富的应用程序开发接口，因此终端厂商以外的开发者也可以为其开发第三方应用，如图1所示。
　　从行业发展的现状来看，不同种类智能终端之间最为明显的区分因素可以说是其使用不同的操作系统，因此本文尝试研究并对比智能终端的操作系统。
　　3 智能终端操作系统
　　目前业界主流的智能终端操作系统有谷歌主导的Android、苹果的iOS、微软的Windows 8等，此外还有Symbian、BlackBerry OS、Ubuntu等，如图2所示。另外值得关注的是，目前国内外各个终端厂家基于Android核心进行深度优化和开发的操作系统发展相当迅速，已应用于智能手机、平板电脑和智能电视等领域。
　　3.1 iOS
　　iOS是美国苹果公司在Mac OS基础上开发的智能终端操作系统，溯源应属于Unix系统家族，目前应用于iPhone、iPod touch、iPad以及Apple TV等苹果自有设备上。iOS采用了XNU、Darwin混合内核，使用基于C/C++的Objective-C编程语言，采用封闭源码、含有开源组件的源码模式，遵循EULA、APSL等授权条款。
　　iOS平台整体架构分为核心操作系统（Core OS layer）、核心服务层（Core Services layer）、媒体层（Media layer）和Cocoa触摸层（Cocoa Touch layer）四个层次，具体框架如图3所示。位于最底层的是核心操作系统层，它包括内存管理、文件系统、电源管理等一些底层操作系统任务，直接与硬件设备交互，同时包含安全、认证、密钥等组件。第二层是核心服务层，主要用于访问iOS的一些服务，如网络接入、SQLite数据库等。第三层是媒体层，用于在应用程序中使用各种媒体文件，如进行音频与视频录制、图形绘制以及动画效果等。最上面一层是Cocoa触摸层，这一层为应用程序开发提供了各种有用的框架，且大部分与用户操作界面有关，主要负责用户在运行iOS的设备上的人机交互操作。
　　3.2 Andriod
　　Android原意为仿真机器人，是谷歌公司发展的智能操作系统，目前由开放手机联盟（OHA）运营。Android采用Linux内核，使用C/C++语言开发底层驱动，使用Java或Native C等语言开发应用程序，采用自由及开放源代码软件的源码模式，遵循Apache和GPLv2等授权条款。
　　Android平台整体架构分为应用（Applications）、应用框架（Application Framework）、本地库和虚拟机（Libraries and Android Runtime）、Linux内核（Kernel）四个层次。应用层包括主界面、联系人、设置等一系列核心应用程序。应用框架层包含活动管理器、内容提供器、电话管理器等，允许开发人员访问开发程序所使用的应用程序编程接口（API）。第三层主要与进程运行有关，函数库提供了Java编程语言的大多数功能库，Dalvik虚拟机为每个程序提供运行环境。最底层为Linux内核，用于内存管理、进程管理、文件管理和设备驱动管理，同时保障系统运行的安全与稳定。具体框架如图4所示。

3.3 Ubuntu
　　Ubuntu（友帮拓），是Canonical公司和Ubuntu基金会在Debian/Linux基础上开发的操作系统。其名称来自非洲语言，意为“人性”、“我的存在是因为大家的存在”，是非洲的一种传统价值观。Ubuntu首个版本发布于2004年，前期主要应用于PC领域，2013年初Ubuntu推出了Ubuntu on Tablets和Ubuntu on Phones，尝试进入智能终端操作系统领域。Ubuntu采用宏内核（Linux），使用C/C++等开发语言，采用自由及开放源代码软件的源码模式，遵循GPL、GFDL等授权条款。
　　3.4 智能终端操作系统比较分析
　　尽管智能终端操作系统千差万别，但可以根据源代码的开放程度粗略分为非开源平台（iOS、Windows8等）和开源平台（Android、Ubuntu等）这两大类。为进一步探讨智能操作系统的应用领域，尝试将代表非开源操作系统的iOS和代表开源操作系统的Android从开放程度、开发环境、开发模式、应用发布方式和技术与法律责任等方面进行比较，如表1所示。
　　3.5 智能终端操作系统应用领域探讨
　　通过上述对非开源与开源智能终端操作系统进行的比较与分析，根据其各自特点，本节尝试对其应用领域进行探讨。
　　客观地讲，非开源操作系统以本身或搭载其的智能终端赢利为目的，技术更为完善，并且法律风险由其系统厂家承担，因此非常适合于本质上为“人与社会关系”的应用领域，例如以移动互联网应用为代表的信息化领域，如网络信息查询、电子支付、医疗教育等服务行业。令人感慨并动容的是，在不到6年时间里，苹果公司搭载iOS的划时代产品iPhone、iPad已经深刻地改变了全世界人们的生活，践行着已故巨匠乔布斯“公司的第一目的应该是改变世界”的承诺，为人类社会的美好发展做出了卓越贡献。随着Windows 8的发布，在PC时代为社会发展做出不可磨灭贡献的微软公司也将其产品拓展到了智能终端操作系统。
　　与非开源操作系统形成鲜明对比，开源智能操作系统不以本身赢利为目的，将源代码公开并共享，使任何个人或团体都可以自由地对其系统进行深度修改优化、裁剪或扩充。因此，开源智能操作系统除了可以应用于非开源操作系统的领域外，还可以顺利拓展到本质上为“人与自然关系”的应用领域，例如以物联网应用为代表的工业化领域，包括智能电表、智能水表、智能交通、智慧城市等。此时，除考虑操作系统的易用性与稳定性外，可能还需要根据实际情况，考虑搭载其的智能终端的硬件成本和运行级别（如工业用级别或军品级别）等。但是，开源智能操作系统也有其必需关注的局限性。目前的开源系统在完整性、稳定性和安全性方面和非开源系统相比还有差距，且不需承担法律责任，因此终端开发厂商需对操作系统进行相应的修改和完善。
　　4 结束语
　　从历史上看，人类社会的发展将越来越尊重人类个体的意愿，在遵守法律体系和道德规范的大前提下，越来越注重人的个性的体现。智能终端的出现和发展，正是顺应了这一潮流。相信在国家“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”的两化融合的历史任务下，在移动互联网和物联网迅速发展的国际大背景下，智能终端和智能终端操作系统必将得到更大的发展和广泛的应用，为社会的发展和人民的幸福生活做出更大的贡献。
　　参考文献：
　　[1] 何桂立. 探究电信终端的发展[J]. 电信技术， 2004（8）.
　　[2] 何桂立. 2010年中国通信产业十大关键词点评文章（五）智能手机[J]. 数据通信， 2011（1）.
　　[3] 汪坤，何桂立，马鑫. 智能终端安全现状及发展趋势[J]. 现代电信科技， 2012（9）.
　　[4] 姚一楠，于璐，何桂立. Android平台的安全挑战及应对措施[J]. 现代电信科技， 2012（9）.★