嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)

第2章

嵌入式Linux操作系統(tǒng)2.1Linux及其應(yīng)用2.2Linux內(nèi)核2.3典型嵌入式Linux系統(tǒng)1第2章嵌入式Linux操作系統(tǒng)2.1Linux及其應(yīng)用2.1.1Linux與UNIX和GNU2.1.2Linux的特點2.1.3Linux的發(fā)展及應(yīng)用2第2章嵌入式Linux操作系統(tǒng)2章嵌入式LINUX操作系統(tǒng)2.1.1LINUX與unixGNUUnix操作系統(tǒng)MINIX操作系統(tǒng)GNU及FSFPOSIX標準Internet網(wǎng)絡(luò)Linux的5大支柱：3第2章嵌入式Linux操作系統(tǒng)2章嵌入式LINUX操作系統(tǒng)2.1.2Linux的特點

1．開放性；2．多用戶；3．多任務(wù)；4．穩(wěn)定性強；5．設(shè)備獨立性；6．提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)功能7．可靠的系統(tǒng)安全8．良好的可移植性9．應(yīng)用軟件多4第2章嵌入式Linux操作系統(tǒng)2章嵌入式LINUX操作系統(tǒng)2.1.3LINUX的發(fā)展及應(yīng)用Linux的發(fā)展Linux的應(yīng)用和優(yōu)勢

高可靠性，安全性成本優(yōu)良的集群特性其他5第2章嵌入式Linux操作系統(tǒng)2章嵌入式LINUX操作系統(tǒng)2.2Linux內(nèi)核2.2.1Linux的內(nèi)核特征2.2.2進程管理2.2.3內(nèi)存管理2.2.4文件系統(tǒng)管理2.2.5設(shè)備管理2.2.6進程間通信機制6第2章嵌入式Linux操作系統(tǒng)2章嵌入式LINUX操作系統(tǒng)2.2.1Linux的內(nèi)核特征

一：基本概念1內(nèi)核的定義：是操作系統(tǒng)的內(nèi)部核心程序，它向外部提供了對計算機設(shè)備的核心管理調(diào)用；2操作系統(tǒng)代碼組成：內(nèi)核空間：內(nèi)核所在的地址空間稱為內(nèi)核空間；用戶空間：外部管理程序與用戶進程所占據(jù)的地址空間稱為外部空間（用戶空間）3運行狀態(tài)：內(nèi)核態(tài)：當(dāng)執(zhí)行到內(nèi)核空間的一段代碼時，稱程序處于核心態(tài)；用戶態(tài)：當(dāng)程序執(zhí)行到外部空間代碼時，稱程序處于用戶態(tài)7第2章嵌入式Linux操作系統(tǒng)2章嵌入式LINUX操作系統(tǒng)2.2.1Linux的內(nèi)核特征4內(nèi)核分類單一內(nèi)核（MonolithicKernel）：指操作系統(tǒng)中所有的系統(tǒng)相關(guān)功能都被封裝在內(nèi)核中。它們與外部程序處在不同的內(nèi)存地址空間中，并通過各種方式防止外部程序直接訪問內(nèi)核中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。程序只有通過一套稱作系統(tǒng)調(diào)用（SystemCall）的界面訪問內(nèi)核結(jié)構(gòu)。微內(nèi)核（MicroKernel）結(jié)構(gòu)：在微內(nèi)核結(jié)構(gòu)中，操作系統(tǒng)的內(nèi)核只需要提供最基本、最核心的一部分操作（例如，創(chuàng)建和刪除任務(wù)、內(nèi)存管理、中斷管理等）即可，而其他管理程序（如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧等）則盡可能放在內(nèi)核以外。這些外部程序可以獨立運行，并對外部用戶程序提供操作系統(tǒng)服務(wù)，服務(wù)之間使用進程間通信機制（IPC）進行交互。8第2章嵌入式Linux操作系統(tǒng)2章嵌入式LINUX操作系統(tǒng)單一內(nèi)核和微內(nèi)核結(jié)構(gòu)用戶進程系統(tǒng)調(diào)用內(nèi)核服務(wù)1內(nèi)核服務(wù)2內(nèi)核服務(wù)3硬件資源用戶進程操作系統(tǒng)服務(wù)1操作系統(tǒng)服務(wù)2微內(nèi)核硬件資源9第2章嵌入式Linux操作系統(tǒng)2章嵌入式LINUX操作系統(tǒng)二糧Li遵nu兇x系小統(tǒng)的容內(nèi)核振結(jié)構(gòu)--顯--求--立--單一卡內(nèi)核幫結(jié)構(gòu)LI淡NU懷X的模捕塊化孟結(jié)構(gòu)廊；Li榆nu簡x的不肯是一蕉個“捧硬”談實時吊操作攝系統(tǒng)舞；Li信nu撒x操作示系統(tǒng)嫩的內(nèi)較核穩(wěn)典定而之高效突；10第2盤章劃嵌入頭式L愿in膝ux求操作延系統(tǒng)護2章慈嵌入?yún)f(xié)式L昆IN圣UX浴操作年系統(tǒng)進程湖管理2.檔2.廢2.欣1電進程尋的基游本概折念一街進茅程的補定義進程脹是運踩行于頓自己年的虛延擬地股址空村間的位一個勾程序朗。可彩以說糞，任效何在蘿Li系nu掌x系乖統(tǒng)下酒運行短的都盈是進深程。二挨L沒in載ux與系統(tǒng)鋼中進產(chǎn)程的你類型交互衣進程告：該壯進程覆是由sh材el客l控制黑和運兩行的村。它掌既可字以在稿前臺救運行驗，也哭可以其在后糞臺運暑行。批處詳理進甚程：演該進績程不茂屬于礎(chǔ)某個墳終端惠，被圖提交后到一攏個隊暗列中重以便歲順序陰執(zhí)行細。守護茄進程螺：該統(tǒng)進程巨只有摔在需木要時顆才被賤喚起珍在后扯臺運妄行。領(lǐng)它一幣般在Li浙nu嗚x啟動盡時開賞始執(zhí)底行。11第2減章玻嵌入汗式L烘in徹ux剃操作虹系統(tǒng)免2章莫嵌入烈式L攜IN訪UX掌操作蛙系統(tǒng)3寄進程姿的屬隨性進程賴是動如態(tài)性;進程葡運行仇對資棄源的聞依賴濃性;多進件程的陰調(diào)度;4進程浸管理齒程序屈的功夸能使進巷程能殼夠順共序執(zhí)躲行或莊者在蛛需要津資源韻時發(fā)班生阻畢塞，崇并使齡其在館資源頁可用命時繼棗續(xù)運鼠行。為進莖行資易源管卷理（信包括CP鉆U上的里進程煙調(diào)度奴）實抵現(xiàn)了稀與資沃源管池理程兼序的臨邏輯優(yōu)鏈接者。限制掉某些噸資源甲只在探某些設(shè)進程榴間共貨享。按照秒系統(tǒng)魔的資輕源分限配機斤制分咸配資半源。管理封系統(tǒng)旁中的株進程帳和資釀源。12第2珠章筒嵌入曲式L構(gòu)in羞ux滴操作陪系統(tǒng)庭2章水嵌入句式L朗IN題UX卷操作遠系統(tǒng)2.突2.接2穴.2托進程激與線來程1魯概念進程:一個維應(yīng)用暈程序;線程:占用CP妻U時間悲片的苗最小峽應(yīng)用光單位;2運行端模式用戶塑模式核心根模式3進程潛與線猾程的沫資源移分配4燃LI姨NU稱X的資如源分久配--資--繼承惑方式13第2超章傾嵌入斤式L渠in飄ux撈操作必系統(tǒng)春2章娘嵌入燈式L形IN滾UX閱操作轎系統(tǒng)2.艇2.論2.深3月進程糕的狀睜態(tài)1進鈔程狀塔態(tài):一個舒進程爐在其鬼生存狂期內(nèi)濾，可勵處于稻一組地不同服的狀街態(tài)下榨，稱玻為進袍程狀飽態(tài)。2墻進程莫數(shù)據(jù)風(fēng)結(jié)構(gòu)PC辨B（Pr糊oc驢es符s素Co己nt客ro女l定Bl還oc虹k）或TC晚B（Ta嗚sk盾C窩on欲tr屬ol徑B他lo被ck）:用于伸定義己一個輛特殊探的數(shù)敢據(jù)結(jié)恒構(gòu)來皺代表瞎一個釋進程;任務(wù)亞向量申表:內(nèi)核腳程序府通過半任務(wù)困向量唇表對訂進程震進行妨管理鋪，在Li會nu疑x系統(tǒng)迫中，客任務(wù)小向量富表項數(shù)是一金個ta漂sk籮_s繞tr極uc家t任務(wù)幼結(jié)構(gòu)儲指針進程厘的上針下文:當(dāng)一稿個進正程在役執(zhí)行逢時，CP羽U的所稍有寄排存器倦中的娘值、魔進程場的狀述態(tài)，著以及購堆棧披中的唱內(nèi)容珠被稱惹為該腹進程欺的上鍵下文視。14第2孤章冊嵌入咸式L簡in爛ux驗操作征系統(tǒng)腹2章姜嵌入著式L尤IN典UX促操作養(yǎng)系統(tǒng)2.雖2.魚2.疫3定進程嶺的狀較態(tài)Task_struct{ContextStatus…….}Task_struct{ContextStatus…….}進程任務(wù)向量表進程1進程2進程n15第2斬章錢嵌入糖式L肉in匠ux靠操作律系統(tǒng)許2章叉嵌入奪式L怒IN滅UX甜操作鞭系統(tǒng)運行如狀態(tài)吵（TA購SK顯_R劇UN笑NI贊NG）；可中宋斷睡獎眠狀渠態(tài)（TA鞭SK保_I型NT盤ER旋RU扯PT返IB獵LE）；不可鼻中斷伏睡眠忠狀態(tài)圣（TA懼SK睛_U內(nèi)NI分NT亮ER馬RU凳PT端IB縮慧LE）；暫停姑狀態(tài)痕（TA竿SK鎮(zhèn)_S量TO陡PP革ED）；僵死勵狀態(tài)攏（TA炊SK區(qū)_Z失OM縱BI媽E）；2.然2.早2.橡4叮進程距的狀嶄態(tài)16第2羅章妖嵌入坑式L底in所ux獨操作怪系統(tǒng)縱2章哪嵌入引式L擱IN丟UX森操作再系統(tǒng)17第2丙章甲嵌入馬式L磚in尤ux勢操作共系統(tǒng)凈2章弓嵌入職式L量IN勾UX物操作非系統(tǒng)2.急2.帆2.哲5扯進程腹管理進程倚的創(chuàng)濱建進程霉的調(diào)附度進程爹的終略止18第2莖章宵嵌入虹式L室in是ux躍操作支系統(tǒng)秩2章皆嵌入逐式L理IN戰(zhàn)UX儉操作晨系統(tǒng)1．雁進程壇的創(chuàng)青建的捉定義進程乏的創(chuàng)旅建是化指為牲創(chuàng)建儲的進鋼程定昌義地莖址空鵝間（么存儲吉器塊捉），副并為喇進程粥定義雷資源變。2芹進程自創(chuàng)建悄方式揚--棉-繼憂承方赤式3擋關(guān)鍵動進程爭--漸--包系統(tǒng)銳初始率化進揪程i丟ni棋t_疊ta鏈sk4左新進搶程的小創(chuàng)建克隆嚷當(dāng)前液的進妨程；駕系統(tǒng)芬調(diào)用隸創(chuàng)建存的（fo毅rk或cl授on西e）；熔核心梢態(tài)；在新湖進程篇的創(chuàng)遷建過罪程，潛該將襲新進朵程狀竄態(tài)置點為不悅可中臺斷的鉗等待鹽狀態(tài)升；資源齡分配儉：進程俊管理琴--項--芹-進謎程創(chuàng)賭建19第2結(jié)章深嵌入遞式L帥in若ux雷操作匹系統(tǒng)食2章畢嵌入肅式L桐IN犯UX晌操作香系統(tǒng)1．嗚進程噸的調(diào)駐度-篩--達--破基于勾優(yōu)先庫級排氣隊的探調(diào)度憶策略2丙.框系生統(tǒng)調(diào)虎用-困--組--菜內(nèi)核差態(tài)和霞用戶碎態(tài)的柳轉(zhuǎn)換3.提調(diào)賠度過單程調(diào)度囑程序繼的任龜務(wù)就遞是選膏擇當(dāng)葵前可趙運行融的進屈程中盈最值饑得運勇行的失一個模進程州。一框個可優(yōu)以運抗行的度進程掘是一驗個只嬌等待CP旋U的進偉程。Li太nu腿x使用朋合理播而簡呢單的基于歡優(yōu)先丘級的少調(diào)度票算法在系跌統(tǒng)當(dāng)橡前的洽進程絕中進科行選緩擇。當(dāng)它普選擇漂了準幕備運捕行的遣新進服程，荷就保巡壽存當(dāng)袍前進咐程的塘狀態(tài)圍、與參處理月器相徒關(guān)的絕寄存對器，燃以及啊其他究需要霜保存麥的上殼下文廈信息饒到進陰程的ta右sk認_s域tr始uc挺t數(shù)據(jù)知結(jié)構(gòu)塵中。然后寄恢復(fù)駝要運鍬行的恰新的奮進程診的狀哭態(tài)（熄又和遮處理水器相亮關(guān)）;把系煙統(tǒng)的嗎控制廊交給青這個汽進程米。進程裹管理南--慎--癥-進川程調(diào)創(chuàng)度20第2混章便嵌入減式L誕in灰ux遍操作邁系統(tǒng)夫2章旺嵌入猜式L煉IN臨UX鋤操作準系統(tǒng)1溉進程孤終止當(dāng)一廚個進雅程結(jié)懷束了機運行液或在確半途傷終止優(yōu)了運召行，焦那么嚼內(nèi)核向就需儀要釋赤放該熟進程扒所占甩用的慈系統(tǒng)姻資源楚。這烏包括懂進程批運行著時打捉開的掠文件嫌、申技請的兄內(nèi)存遇等，踢這一驕過程您稱為喇進程有終止叨；2穿進程驅(qū)終止危的方狼法系統(tǒng)清調(diào)用允：執(zhí)辦行內(nèi)賓核函忘數(shù)d天o_胳ex輸it錫()攻；3突進程請終止喂的過峰程釋放著進程洗代碼魄段和隆數(shù)據(jù)押段占全用的截內(nèi)存間；關(guān)閉作進程旦打開易著的帖所有需文件嘴等；設(shè)置念進程情狀態(tài)離置為囑僵死慢狀態(tài)TA賀SK愿_Z銷OM雅BI俘E；通知紛原父像進程拖子進鋪程在比執(zhí)行誕期間驢；進程轟管理落--釣--怪-進去程終豎止21第2縫章匪嵌入繩式L測in醒ux支操作扇系統(tǒng)萬2章圍嵌入惱式L糕IN澇UX復(fù)操作鋸系統(tǒng)內(nèi)存墨管理一額內(nèi)覆存管訊理的貴功能內(nèi)存衰管理初（M互em嘴or拿y醋Ma染na飲ge壩me禮nt階）系云統(tǒng)是山操作少系統(tǒng)厲中最織為重璃要的途部分停，內(nèi)席存管熊理程兆序子尊系統(tǒng)餓負責(zé)此控制長進程柄對硬灑件內(nèi)仆存資株源的院訪問何。內(nèi)芳存管溜理程剛序提四供以路下一川些功奔能：大地咽址空多間——用戶蒸程序兵使用定的內(nèi)灑存數(shù)榨量可播以超沫過物因理上匆實際鵲所有針的內(nèi)童存數(shù)范量。保護——進程朗的內(nèi)指存是雨私有朽的，億不能獅被其而他進夠程所卵讀取升和修光改。按而且耕，內(nèi)畫存管僵理程林序可柜以防太止進廣程覆填蓋代棵碼和貝只讀以數(shù)據(jù)舉。內(nèi)存哈映射——可以紅把一友個文屠件映統(tǒng)射到顫虛擬忠內(nèi)存齊區(qū)域缸，并液把該洲文件節(jié)當(dāng)做濫內(nèi)存升來訪亭問。對物的理內(nèi)專存的撕公平匹訪問——內(nèi)存抓管理產(chǎn)程序斤確保楊所有撞的進梯程都潤能公牲平地架訪問匆計算筍機的匠內(nèi)存按資源摘，這熔樣可兼以確嬌保理飛想的廢系統(tǒng)滔性能洋。共享授內(nèi)存——內(nèi)存像管理粘程序陶允許戒進程怖共享蜜它們嶼內(nèi)存煉的一脈部分慨。22第2轉(zhuǎn)章揀嵌入乒式L壘in枝ux纖操作師系統(tǒng)盲2章殃嵌入裙式L米IN雁UX辯操作橡系統(tǒng)二暴虛洗擬內(nèi)秋存的寬抽象娘模型：1傭內(nèi)存弱中存瞎放的俊對象性--極--選--拘-指駝令及申數(shù)據(jù)2賺虛擬笛內(nèi)存芹系統(tǒng)種及物姓理內(nèi)閘存3勺分頁耽管理通過胞頁面敗表進景行管算理：有效茫標志——此標規(guī)志用崇于標跡明頁滑面表貞入口浮是否代可以杏使用譜。物理芹頁面謠號——頁面勸表入緊口描通述的概物理溪頁面癢號。存取股控制涌信息——用來櫻描述蝴頁面口如何遣使用鼓，例飯如，風(fēng)是否要可寫裹，是枝否包業(yè)括可脊執(zhí)行才代碼茂等23第2鴿章環(huán)嵌入脖式L捏in捷ux爭操作克系統(tǒng)割2章躲嵌入珍式L蔑IN害UX錢操作丸系統(tǒng)0X液21折94笨=0杯X2執(zhí)00牧0+疲0X腥19似4PE涌N=帝1物理御頁面手號=宏1頁面飯大小貍=0潮x2券00活024第2須章曬嵌入淡式L譜in下ux章操作腰系統(tǒng)洗2章辨嵌入飯式L核IN向UX噸操作壇系統(tǒng)三．欄按需糧裝入腐頁面氏（D長em牧an鋼d借Pa伯gi蘭ng孫）1鑒需求2米方法男：內(nèi)拉存映絨射3帽優(yōu)點25第2追章鋸嵌入靜式L禍in雁ux和操作拳系統(tǒng)迫2章成嵌入還式L勻IN濤UX獎操作扶系統(tǒng)四．拴交換兆（S胞wa善pp包in碧g）當(dāng)一釋個進勒程需凝要把桐一個禍虛擬恥內(nèi)存鴉頁面握裝入梯物理隆內(nèi)存略而又椅沒有紛空閑龍時，仇操作舅系統(tǒng)添必須競廢棄擦物理絕內(nèi)存在中的墳一個兼頁面楚，為查將要撥裝入所的虛嗎擬內(nèi)勢存頁黃騰出押空間撫。Li涉nu顧x系羞統(tǒng)使承用一時種叫剃做“最近幫最少怖使用”的渣技術(shù)襲（L譽ea妨st則R忌ec情en動tl捷y圈Us崇ed妄，L蜓RU樣）來禍決定殘把哪挨一個愁頁面雁從物絞理內(nèi)舉存中艦移出評。五撫共享淚虛擬寨內(nèi)存感（S專ha昆re例d麻Vi血rt越ua半l祝Me送mo微ry叨）六．巾訪問抱控制丹（A車cc租es域s沉Co記nt竭ro冷l）七炎高速懲緩存沉（C稀ac賣he刷s）八頁蛇面的搜分配昂和回宇收-湊--裁-me奧m_店ma篩p數(shù)箱據(jù)結(jié)貨構(gòu)26第2棟章逝嵌入畝式L嬌in會ux飄操作海系統(tǒng)狀2章夾嵌入污式L婦IN喬UX束操作投系統(tǒng)九．醫(yī)內(nèi)存食映射遺（M境em晚or葛y軍Ma店pp輪in堤g）將一籍個文銅件的派鏡像誰和一周個進耐程的育虛擬范內(nèi)存鐮地址換空間縮慧連接仗起來假的方弄法叫容做內(nèi)蟻存映察射；27第2擔(dān)章尸嵌入損式L罵in暫ux把操作慣系統(tǒng)怨2章寺嵌入蜻式L距IN鳥UX非操作饑系統(tǒng)文件攜系統(tǒng)足管理一棒基本良情況文件霞系統(tǒng)寇從操場作系示統(tǒng)和科系統(tǒng)填服務(wù)慨中分榜離，換在它織們之各間使周用一刃個接拴口層援--棗--填--志虛擬捏文件盈系統(tǒng)攪（V些FS跟）來暢支持娘多種圓不同逼的文激件系子統(tǒng)；二盯EX亡T2孕文擋件系熄統(tǒng)數(shù)據(jù)創(chuàng)以數(shù)僑據(jù)塊致的方晴式進椒行存西儲，煉大小創(chuàng)相同莖并可蹈以設(shè)稿定，撤通過恰使用蜂索引摧節(jié)點覆數(shù)據(jù)寸結(jié)構(gòu)蜜來描姓述每攤個文狼件。三懶虛擬悠文件諸系統(tǒng)描（V餅FS在）負責(zé)積管理矛實際某文件座系統(tǒng)答之間瘋關(guān)系28第2談?wù)卵颓度霊惺絃蕉in說ux耕操作日系統(tǒng)鞠2章委嵌入恩式L扮IN介UX戚操作租系統(tǒng)29第2促章蘋嵌入市式L惱in荷ux春操作塌系統(tǒng)汽2章輩嵌入寨式L抹IN縫UX鼓操作切系統(tǒng)2.吉2.寺5倡設(shè)備錄管理一功桑能負責(zé)愈用戶搶和系庸統(tǒng)的摧硬件躁特性放隔離縱。向仇上提窗供相姻同的憤接口捐，使伐用戶良不必傳關(guān)心鑄底層襲的硬丙件設(shè)肚備。二喂設(shè)備妥驅(qū)動透程序設(shè)備旗驅(qū)動沿程序惑的一砍個基仙本特罷點就嘗是對怖設(shè)備池的抽慶象處喘理。講系統(tǒng)津中的來所有役硬件局設(shè)備哭看起木來都塑與一養(yǎng)般的沃文件怎一樣滑，它抽們可讓以使茄用處搬理文暢件的漸標準幸系統(tǒng)劑調(diào)用繭來打千開、容關(guān)閉努和讀驚寫。三郊LI偉NU倉X支槳持的證硬件潔設(shè)備柿類型字符剃設(shè)備耍：直悼接讀襲取，易不必仁使用肺緩沖件區(qū)，噴固定英大小什讀取腎；塊設(shè)背備：跡通過創(chuàng)緩沖竊區(qū)讀羨取，半可以舌隨機昨讀取王；網(wǎng)絡(luò)量設(shè)備腰：通脅過套詢接字戲進行書讀取咬；30第2孕章秋嵌入截式L杜in屆ux偶操作典系統(tǒng)株2章狼嵌入甚式L鑰IN筐UX印操作綠系統(tǒng)進程梨間通載信機滾制一禮功能Li便nu摧x提兼供進易程間竄通信暢（I陰nt瞇er霸pr東oc唱es境s齡Co圖mm他un灣ic滲at脈io陳n，待IP糊C）楊機制竄，是屢為了端給并傘發(fā)執(zhí)艇行的秀進程廈提供歸一種烈方法捕，使虎它們欲可以墻共享獨資源婚，與見其他第進程偷同步疊并且削交換哈數(shù)據(jù)浩。L頃in抵ux醒提供倆了下遍列形泡式的蠟IP瘋C機史制。二進通爛信方渾式信號譜：最轉(zhuǎn)古老蹈的U還NI跨X夾IP勇C形燙式。銹信號栽是發(fā)辨往某封進程女的異紫步消斑息。管道帳和命淋名管宵道：列允許月在兩屯個進溫程之普間進垂行面辭向連它接的團單向答的數(shù)蘿據(jù)傳濤輸，搞方法歪可以丑是顯隊式地炮建立糊管道瞇連接鍵，也酬可以哀通過捕駐留濟在文宿件系舒統(tǒng)中喂的命掠名管譜道進賭行通嗽信。信號程量：沾傳統(tǒng)科信號去量模炒型的段一種虜實現(xiàn)府，該摸模型埋還允霜許創(chuàng)再建信株號量幻玉數(shù)組村。消息圈隊列謎：一腔種無音連接閣的數(shù)攜據(jù)傳剛輸模忽型。鋸消息毛是字濁節(jié)的剖序列礦，并娘帶有留相應(yīng)