2022年操作系统行业研究报告

第一章操作系统行业概况

1.1 产业生态圈

操作系统是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序。操作系统需要处理如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入设备与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。操作系统也提供一个让用户与系统交互的操作界面。

当前，我国数字经济和信息软件产业发展蓬勃，巨大的国内市场容量与高层次开放型经济体的逐渐形成，为企业研发自主操作系统提供了强大动力。今年6月，华为鸿蒙系统正式亮相，国产操作系统迈出市场化和商业化重要一步。

2021年9月30日，面向数字基础设施的开源操作系统欧拉（openEuler）全新发布，与鸿蒙实现内核技术共享。2021年11月9日，华为携手社区全体伙伴共同将欧拉开源操作系统正式捐赠给开放原子开源基金会，以推动操作系统产业快速发展。从服务器操作系统，升级为数字基础设施的操作系统，欧拉能够支持IT、CT、OT等数字基础设施全场景，覆盖服务器、云、边、嵌入式等各种设备形态的需求，能够更好地满足千行百业数字化转型的需求。”

图综合发展情况及产业链

资料来源：千际投行、资产信息网、iFinD

智能手机操作系统有Symbian OS、Android OS、Windows Phone、iOS、Blackberry等。按照源代码、内核和应用环境等的开放程度划分，智能手机操作系统可分为开放型平台（基于Linux内核）和封闭型平台（基于UNIX 和Windows 内核）两大类。

1996年，微软发布了Windows CE 操作系统，微软开始进入手机操作系统。2001年6月，塞班公司发布了Symbian S60 操作系统，作为S60 的开山之作，把智能手机提高了一个概念，塞班系统以其庞大的客户群和终端占有率称霸世界智能手机中低端市场。2007年6月，苹果公司的iOS登上了历史的舞台，手指触控的概念开始进入人们的生活，iOS 将创新的移动电话、可触摸宽屏、网页浏览、手机游戏、手机地图等几种功能融合为一体。

2008年9月，当苹果和诺基亚两个公司还沉溺于彼此的争斗之时，Android OS，这个由Google研发团队设计的小机器人悄然出现在世人面前，良好的用户体验和开放性的设计，让Android OS 很快地打入了智能手机市场。

Android OS 和iOS 系统不仅仅在智能手机市场份额中维持领先，而且这种优势仍在不断增加。作为成熟稳定的手机操作系统，Symbian 仍占有一定的市场份额，有上升的潜力。

图手机操作系统第一阶段（1996-2008)

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车用操作系统被喻为“汽车的大脑”，国外厂商QNX（Blackberry，黑莓）、Linux（开源）、Android（Google）是底层汽车操作系统的核心玩家，QNX采用微内核架构，因内核小巧，运行速度极快，并且安全和稳定性高。因此，QNX常用于安全稳定性要求较高的数字仪表、智能驾驶系统中。但由于QNX为非开源系统，具有开发难度大、应用生态较弱等特点，而且需要商业收费。

相比QNX，再说Linux，它最大的优势在于开源，其具有很强的定制开发灵活度。通常情况下，人们基于Linux开发新的操作系统，是指基于Linux Kernel进一步集成中间件、桌面环境和部分应用软件。

最后是Android——被称为“发行版本Linux”的系统。Android是基于Linux开发的、最成功的产品之一。众所周知，Android应用生态最为丰富，且主要应用于移动设备，目前国内车载信息娱乐系统常基于Android开发。Android的主要优点包括：开源、灵活（可根据自身需要对原生Android进行定制化改造），可移植性强（Android手机上的APP不需要经过大修改就可以应用在车机上），有利于国内互联网厂商切入汽车领域，快速建立起车载软件生态。但其缺点也较为明显，安全性、稳定性差，系统漏洞带来较高风险，技术维护成本高以及过度依赖Google。

目前来看未来三大底层内核仍是主流。“QNX市占率超50%，Linux拥有AGL成员超100家，开源优点吸引了大量程序员，而Android拥有Google技术支撑，系统开源成本低。展望未来，Linux和Android市场份额将逐渐扩大。” 斑马智行AliOS和华为HarmonyOS是我国两大主要车用操作系统。不过，总体来看，目前车载操作系统（含智能座舱系统）自主率不足5%；而车控操作系统（含自动驾驶系统）均在研发合作当中。

图国内主要操作系统的分类

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操作系统在计算机系统中处于承上启下的地位。IT产业存在着“硬件—软件—服务”的研发和生产链条。操作系统是最贴近硬件的第一层软件，虽属于系统软件，却又不同于其他的系统软件，其他系统软件都受操作系统的管理和控制，得到操作系统的支持和服务。操作系统是硬件的扩充，为其他软件提供运行环境。因此，操作系统实际起着衔接下层物理设备及资源和上层软件应用及服务的作用。

操作系统在程序运行的过程中起到重要作用，其功能重点在于微内核处理、内存调度、输入输出设备、文件和操作五种计算机资源的管理上。操作系统上面可以装各种各样的应用软件，是重要的流量入口，作为最基本也是最为重要的基础性系统软件，操作系统可细分为桌面操作系统、移动操作系统、服务器操作系统、云操作系统、嵌入式操作系统和物联网操作系统等领域。

1.2 市场份额分析

（1）PC领域的市场份额及历史分析

微软和英特尔的Wintel联盟占据绝对主导，微软是桌面操作系统的垄断者，Intel的x86芯片则占据着芯片市场的80%以上份额，Wintel联盟几乎控制着PC端设备的发展方向。2019年Windows操作系统的市场占有率高达81.83%。其他PC操作系统包括Linux、Unix、ChromeOS等市场份额较小。尽管目前桌面操作系统仍然主要由微软公司的Windows系统占据主导地位，但Wintel架构之外的桌面操作系统正逐渐占据一定的市场份额，2019年1-8月份，Windows系统市场份额占比为87.66%，OSX系统市场份额占比为7.09%。

图操作系统份额占比 2012-2019

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随着经济的发展，全球进入移动互联网时代，中国及美国PC渗透率均存在下降趋势，2018年中国PC渗透率为21.8%，与2013年的26.7%相比下降了4.9个百分点；美国PC渗透率为93.8%，与2012年的105.1%相比下降了11.3个百分点。

（2）手机终端领域的市场份额及历史分析

目前，移动端依旧是ARM+Android占据绝对领先地位。ARM芯片目前占手机和智能手机市场份额的75%，虽然英特尔在移动互联网市场布局已久，但是英特尔到目前为止依然无法和ARM形成正真正的竞争。智能手机平板电脑现在依旧是ARM芯片的天下。根据IDC统计，2020年，由于5G手机的发布以及厂商加速清理旧设备库存，中国市场运行Android操作系统的智能手机市场份额将从2018年的74.1%上涨到75.44%，iPhone方面，2020年市场份额约为22.49%。

图手机操作系统第二阶段（2009-2012)

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图手机操作系统第三阶段（2013-2021)

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图 2019年手机终端操作系统的市场份额

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ARM+Android能够在移动互联网时代完成对底层CPU+OS计算平台的垄断，主要因为：

移动互联网带动下的手机应用兴起；

CPU+OS的紧密绑定，通过硬件开放和软件开源的策略构建统一CPU指令集和OS内核标准的计算平台联盟，提高ARM+Android联盟的竞争壁垒，同时扩大生态。PC领域Wintel体系和移动领域ARM+Android体系的保护壁垒均较高，主要因为在PC领域和移动端领域，各自百万级甚至千万级的应用生态，其重新构建成本都很大。

（3）服务器领域

截至2018年末，Windows Server 2008目前依然是市场上最受欢迎的系统版本，占据45%的市场，随后是Windows Server 2013，占比为24%。微软总共占据了88%的市场。

图 2019年服务器端操作系统的市场份额

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1.3 “全产业链”全景图谱分析

因为过期的系统在网络上运行意味着安全隐患，也有不少企业已经开始开展迁移工作，然而这个进程是非常缓慢的。主要是因为IT管理员认为没有立即升级的必要、缺乏升级时间、预算紧张等都是关键因素。整体来看，在服务器领域，微软依旧占据了80%以上的市场，Linux整体有约13%的市场。

图产业链发展

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（1）“全产业链”上游——优质应用软件

图应用软件企业数量

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（2） “全产业链”中游——多操作系统分布

图多操作系统分布

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（3）“全产业链”下游—— CPU等优质硬件设施使用

CPU

国产CPU芯片起步较晚，虽然与国际顶尖水平有一定的距离，但整体来看，已经完全具备商用和量产的能力。其中，鲲鹏、飞腾、龙芯的适配度和适用性较高。

图国产CPU

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鲲鹏芯片由华为公司研发，获得ARMv8架构的永久授权。处理器核、微架构和芯片均由华为自主研发涉及。华为公司开放服务器主板和PC主板，优先支持广大整机厂商发展自有品牌服务器和PC。通过产业联盟的方式一起完善产业链，扩大生态。飞腾芯片主要由中国电子集团（CEC）和国防科大共同开发，同样是基于ARM架构。飞腾芯片主要包括高性能服务器CPU、高性能桌面CPU和高端嵌入式CPU三个系列，从端到云皆可以提供核心算力支持。飞腾致力于打造PK生态，飞腾CPU+麒麟OS，已经与400家企业达成合作。

龙芯CPU是国产化程度最高的MISP架构芯片，由中科院计算所研发，在专用类、工控、嵌入式终端CPU等领域拥有较强优势，后陆续拓展至桌面端和服务器端。目前龙芯桌面端CPU在信创领域占有较高市场份额，在一些专项项目领域使用的均为龙芯芯片。但是，龙芯是唯一的基于MIPS架构的国产CPU，在目前ARM架构占优的格局下，生态拓展可能会受到一定影响。海光芯片由天津海光研发，基于AMD的ZEN架构，性能优异，但是2019年海光被美国列入实体名单，后续发展任重道远。兆芯芯片由上海兆芯集成电路有限公司研发，X86架构授权来自于台湾威盛电子；目前兆芯在信创领域份额较小，主要在上海地区有一定优势。申威芯片由江南计算所研发，起源于特殊应用领域，体系架构基于Alpha衍生而来，在信创领域，市场化能力较弱，份额较小。

基于OS的二次开发方式

图国产OS综合系统

资料来源：资产信息网千际投行

整体来看，国内信创产业解决方案主要集中在ARM+Linux体系，ARM芯片国内厂商可以得到完全授权，Linux系统为开源系统，整体体系的研发和迭代可以实现国内信创产业的完全控制。目前看产能不是大问题，产能能够快速提升。基础软硬件与现有的成熟体系相比，可能还有一定的差距，但是暂时的不成熟不构成绝对的劣势， Windows体系的成熟也经历了10-15 年的迭代。只要在技术和产品的研发上，后续可以有更多的国内外软件厂商加入进来，国产的ARM+Linux体系完全可以进入商用阶段。国产操作系统可以借助关键应用项目为起点，后续建立起更加完备和商用的生态体系。

1.4 以“Android”系统开源为例的开放型产品研究

安卓（Android）是一种基于Linux内核的自由及开放源代码的操作系统。主要使用于移动设备，如智能手机和平板电脑，由美国Google公司和开放手机联盟领导及开发。Android操作系统最初由Andy Rubin开发，主要支持手机。2007年11月，Google与84家硬件制造商、软件开发商及电信营运商组建开放手机联盟共同研发改良Android系统。随后Google以Apache开源许可证的授权方式，发布了Android的源代码。Android逐渐扩展到平板电脑及其他领域上，如电视、数码相机、游戏机、智能手表等。

图安卓系统综合架构分析

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图 Android系统的应用架构

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Android手机操作系统已经于2020年期间占领了中国近88.9%的市场份额，其系统主要是基于Linux框架进行开发及设计的开放型手机操作系统。

（1）Android手机操作系统简介

Android系统的Logo由Ascender公司设计，其设计灵感源于公共盥洗室门上的图形符号，布洛克便绘制了两根天线，以及躯干为铝罐的Android机器人。

Android是基于Linux的自由以及开放的源代码的操作系统，主要运用于移动设备，例如智能手机、平板电脑；2007年Google成立开放手持设备联盟并且与84家硬件制造商、软件开发商和电信运营商共同改良了Android系统，同时以Apache开源许可证的授权方式发布了Android源代码，在接下来的十几年中逐渐扩展到了其他的领域，比如电视、数码相机、游戏机、汽车等等。

（2）Android系统操作特点

Android系统默认用户界面主要基于直接操作获得，比如点击、滑动、捏动、挤压等方式，来操控屏幕上的对象，游戏控制器和物理键盘都可以通过蓝牙或者USB进行操作。

Android系统对硬件配置有着最基本的要求，需要良好的硬件支持，用户操作体验才能得到提升。

Android系统属于开源式手机操作系统，应用程序采用APK文件格式，开放式性吸引了第三方竞争模式。

图安卓手机系统发展历程

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Android平台架构主要通过Linux Kernel（内核）、Hardware Abstraction Layer(HAL硬件抽象层）、Android Runtime、Framework及APP系统应用等五大架构组成，使得系统可以正常、平稳运行。

我们可以通过Android系统的平台框架和Android系统的自启动框架来进行拆解其运行模式：

图 Android系统的运行框架和自启动框架分析

资料来源：千际投行、资产信息网、iFinD

Android系统的启动过程由Kernel到Native到Framework到APP的转变。

Linux内核：Android平台的基础是Linux内核，比如Android Runtime(ART）依靠的就是Linux内核进行底层功能的执行，且其内核的安全机制可以为Android提供相应的服务保障，并且允许设备制造商就其内核开发相应的硬件和软件驱动程序服务。

Hardware Abstraction Layer (HAL硬件抽象层）：提供标准接口，向更高级别的Java API框架显示设备硬件功能，实现每个模块为可相应的硬件服务，比如Wifi、蓝牙等框架请求访问设备软件的时候，Android系统板块可以为每一个硬件的加载提供相应的库板块。

Android Runtime ：每个应用在执行任务运行的时候，都有属于自己的Android Runtime，ART通过执行DEX文件可以同时使用多个虚拟机，且DEX是为Android设计的字节码格式文件，通过优化可以达到较少占用内存的目的。

Framework（Java API）：系统开发员可以通过Java文件语言编写的API使用Android OS的整个功能级。API构建板块是Android应用软件的基础，并且模块化系统组件和服务都可以重复使用。

1.5 以“Windows”系统开源为例的产品技术研究

Windows操作系统，是由美国微软公司（Microsoft）研发的操作系统，问世于1985年。起初是MS-DOS模拟环境，后续由于微软对其进行不断更新升级，提升易用性，使Windows成为了应用最广泛的操作系统。

图 Windows系统

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图 Windows系统发展历史

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图从技术革新到计算机发展

资料来源：千际投行、资产信息网、iFinD

物联网的海量终端上，硬件成本问题永远是重大考验之一。微控制器（MCU）、MEMS传感器和无线通讯模组成本的逐年下降从成本端推动行业发展。MCU在性能提升和价格下降的道路上不断前进，寄存器位数从4位、8位、16位到今天主流的32位MCU，主频则从8MHz、16MHz发展到现在的几百MHz。据IC Insights预计，MCU的平均单价在未来3年内会逐渐下降。价格不断下降的高性能MCU将为物联网应用提供更多可能。

传感器和无线通讯模组行业的发展呈现出相似的趋势。NB-IoT模组及Wi-Fi模组的价格在近年发生剧烈下降，分别自5年前的几十元下降到近期的10-20元附近，成为中远距离和近距离场景的最经济选择。全球传感器平均单价持续走低，自2010年以来下降幅度超过100%。

图 MCU平均单价分析

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物联网十年发展不及预期，软硬件紧密耦合带来生态壁垒，物联网操作系统是破局关键。

从1982年的第一台联网设备开始，物联网已经走过了近40年。在2010年左右，爱立信、IBM、思科、Gartner对物联网产业的发展相当乐观，普遍预测至2020年全球将有500亿台联网设备。但时间真的来到2020年，我们发现联网设备数量这一最关键指标的达成率低于预期。

图 Windows系统和CAGR预期

资料来源：千际投行、资产信息网、iFinD

图操作系统和互联网发展

资料来源：千际投行、资产信息网、iFinD

区别于传统操作系统，物联网在操作系统领域需要易拓展、跨平台、低成本、强安全、稳连接的新要求。

物联网的终端设备数量呈现指数型上涨，物联网终端软件复杂度的提升势在必行。物联网开发平台也需要具备一套对软件开发者更友好的、相对统一的操作系统，使软件开发过程从硬件开发中解耦出来。只需要基于操作系统，即可快速开发上层应用。

图产业链与物联网初期Windows系统开发

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以Win10为例，Win10将以服务的形式提供，并将在用户设备的生命周期内为其带来更安全、创新、升级的体验。Windows10的推出标志着我们将迎来更为个性化的计算新纪元，这意味着以人为中心的理念将逐渐取代技术。在这一新纪元中，占据重要地位的是体验的移动化，而不是设备的移动化，跨设备的体验应保证无缝，且为用户所熟悉。用户能够像与其他人互动一样，通过语音、手势和目光自然地与设备互动。在为用户提供可以自己控制的可靠体验的同时，保护用户隐私。

Windows10配备代号为“Project Spartan”的全新微软浏览器，这款浏览器的优点是互动性。该浏览器内置了多项重要功能，能够更可靠地带来全新的浏览体验。浏览器中最先进的功能包括：无论使用键盘鼠标还是触控，都能直接在网页上注释并与朋友轻松分享，无干扰内容的阅读界面能够简化文章显示布局，提供绝佳的在线和离线网络文章阅读体验，与Cortana整合可更快速地在线查找内容和完成事务。

图 Windows系统架构分析