1. 架构概述

1.1 OpenHarmony OS 5.0架构

OpenHarmony OS 5.0采用分层架构设计，图形显示系统从底层到顶层包括：

• 应用层：ArkUI应用和第三方应用
• 框架层：ArkUI框架、窗口管理API
• 系统服务层：图形合成服务、窗口管理服务、ArkGraphics
• 内核层：内核抽象层(KAL)支持多内核(Linux/LiteOS/HarmonyOS微内核)

与早期版本的HarmonyOS不同，5.0版本已完全摆脱了对Android兼容层的依赖，使用了自主研发的单一框架架构，基于OpenHarmony L0-L2代码分支开发。

1.2 Android 13架构

Android 13的图形显示系统沿用了Android传统架构，自底向上包括：

• 应用层：Android应用和系统UI
• 框架层：UI框架(View系统)、Canvas、SurfaceView等
• 系统服务层：SurfaceFlinger、WindowManager
• HAL层：Hardware Composer、Gralloc等
• 内核层：Linux内核和驱动(DRM/KMS)

Android 13使用单一的Linux内核，注重图形性能优化和兼容性。

2. 核心组件比较

2.1 窗口管理系统

OpenHarmony OS 5.0

• 窗口管理服务：自研窗口管理服务，负责管理窗口的创建、销毁和状态变化
• 多窗口支持：原生支持多窗口和分屏功能
• 分布式能力：支持跨设备窗口管理和显示

Android 13

• WindowManager：管理所有应用窗口的Z轴顺序和可见性
• WindowManagerService：系统服务，实现窗口策略和管理
• Activity管理器：协调窗口与应用生命周期

2.2 图形合成系统

OpenHarmony OS 5.0

• 图形合成服务：负责多图层的合成和显示
• ArkGraphics：自研2D/3D图形引擎，支持硬件加速
• Graphics Buffer：管理图形缓冲区，支持高效内存管理

Android 13

• SurfaceFlinger：核心合成器，负责将所有可见Surface合成为最终显示图像
• Hardware Composer HAL：硬件抽象层，利用GPU和专用硬件进行合成
• BufferQueue：连接生产者和消费者的缓冲队列机制

2.3 渲染系统

OpenHarmony OS 5.0

• ArkUI渲染引擎：声明式UI渲染，类似于Flutter的设计理念
• Custom Node：支持自定义渲染节点，提供更灵活的UI定制能力
• Native渲染节点：提供底层渲染能力接口

Android 13

• Skia：2D图形库，支持Canvas绘图
• OpenGL ES/Vulkan：3D图形API
• RenderThread：专用渲染线程，减少UI线程负担
• HWUI：硬件加速的UI渲染系统

3. 开发模式比较

3.1 UI开发框架

OpenHarmony OS 5.0

• ArkTS语言：基于TypeScript的扩展语言，专为声明式UI设计
• 声明式UI范式：类似于React和Flutter的UI构建模式
• 组件化设计：提供丰富的预设组件和自定义组件能力

Android 13

• Java/Kotlin语言：传统Android开发语言
• 命令式UI构建：通过XML布局或代码动态创建UI
• Jetpack Compose：新的声明式UI工具包，类似于React风格

3.2 图形API

OpenHarmony OS 5.0

• 自定义绘制API：提供类似Canvas的2D绘制能力
• WebGL兼容：支持Web标准的3D渲染
• ArkGraphics 3D：自研的3D图形引擎和API

Android 13

• Canvas API：传统2D绘制接口
• OpenGL ES：标准3D图形API
• Vulkan：低开销高性能图形API
• AGSL(Android Graphics Shading Language)：自定义着色器语言

4. 渲染流程对比

4.1 OpenHarmony OS 5.0渲染流程

1. 应用层：ArkUI应用创建UI树，通过声明式方式定义界面
2. 框架层：ArkUI框架处理UI树，生成渲染指令
3. 渲染引擎：处理渲染指令，转换为绘制操作
4. 图形合成：图形合成服务将多图层合成为最终图像
5. 显示：通过硬件接口输出到显示设备

特点：全链路声明式设计、面向多设备适配

4.2 Android 13渲染流程

1. 应用层：应用通过View系统或Compose创建UI
2. 绘制：UI线程计算布局并发出绘制命令
3. RenderThread：专用线程处理绘制命令，生成图形缓冲区
4. BufferQueue：缓冲区通过BufferQueue传递给SurfaceFlinger
5. 合成：SurfaceFlinger合成所有可见Surface
6. Hardware Composer：通过HAL利用GPU或专用硬件进行最终合成
7. 显示：合成后的帧被发送到显示设备

特点：多线程设计、硬件抽象、缓冲队列机制

5. 跨设备显示能力

5.1 OpenHarmony OS 5.0

• 分布式软总线：提供跨设备通信基础
• 分布式屏幕：支持将屏幕内容无缝投射到其他设备
• 流式传输：高效的跨设备图像流传输
• 一次开发，多端部署：单一代码库适配多种设备

5.2 Android 13

• Cast功能：通过Chromecast等技术实现屏幕投射
• 多屏API：支持扩展显示和辅助显示
• 需要特定实现：跨设备功能需要特定协议和实现

6. 性能优化方面

6.1 OpenHarmony OS 5.0

• 微内核架构：提供更高的安全性和更低的延迟
• 轻量级设计：适用于资源受限设备
• 分区渲染：仅重绘变化部分
• 多级缓存策略：优化重复绘制场景

6.2 Android 13

• RenderThread：减轻主线程负担
• GPU渲染分析：提供详细的性能分析工具
• 渲染优化：提供多种优化API和机制
• Vulkan支持：低开销图形API支持

7. 安全性和隔离性

7.1 OpenHarmony OS 5.0

• 微内核隔离：提供更严格的组件隔离
• 能力模型：基于能力的安全访问控制
• 细粒度权限：更精细的权限控制机制

7.2 Android 13

• 沙箱机制：应用间隔离
• 进程分离：UI和渲染进程分离
• 权限系统：运行时权限和静态权限控制

8. 总结

OpenHarmony OS 5.0和Android 13的显示框架体现了不同的设计理念：

1. 架构设计：OpenHarmony采用微内核和多内核支持的分层架构，注重分布式能力；Android采用单一Linux内核架构，专注于图形性能和生态。

2. 开发范式：OpenHarmony推广声明式UI和ArkTS语言；Android同时支持传统命令式UI和新的Jetpack Compose声明式UI。

3. 跨设备能力：OpenHarmony原生设计支持跨设备场景；Android需要通过特定协议和实现支持跨设备场景。

4. 技术路线：OpenHarmony走自主研发路线，摆脱对Android的依赖；Android保持渐进式演进，注重兼容性和稳定性。

两者各有优势，OpenHarmony在分布式能力和多设备适配方面具有架构优势，而Android在生态成熟度和工具链完善度方面更具优势。