华南理工大学 Linux 复习大纲2014

1、 Linux与嵌入式通信系统2014复习大纲1. 简述嵌入式系统的概念、组成、特点及发展趋势。IEEE定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”一般定义：“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。”微机协会定义：嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统。可分为系统级、板级、片级。组成： 硬件：存储器、处理器、外围电路 软件：操作系统各应用程序 特点：（1）系统内核小（）专用性强，（）系统精简，（）高实时性OS，（5）嵌入式软件开发走向标准化，（6）嵌入式系统需要开发工具和环境，发展趋势：（1）软件设计比重

2、日益突出，（2）组件设计技术，（3）SOC，（4）硬件软件化，（5）宏观方面的发展趋势：经济性，小型化，可靠性，高速度，智能性2. 简述嵌入式处理器的分类和各自特点。 分类:特点：（1）嵌入式微控制器(MCU)：其最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。（2）嵌入式DSP处理器(DSP)：专门用于信号处理，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、FFT、频谱分析等各种仪器上获得了大规模的应用。（3）嵌入式微处理器（MPU）：由通用计算机中的CPU演变而来，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗

3、和资源实现嵌入式应用的特殊要求。具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。（4）嵌入式片上系统(System On Chip) ：就是一种电路系统。结合了许多功能区块，将多种功能做在一个芯片上。成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。优点有：芯片功耗低，制作过程简单，微处理器数据处理速度快，内嵌的线路可以避免外部电路板在信号传递时所造成系统杂讯。3. 举例说明常见的嵌入式操作系统及特点。（1） VxWorks:可靠性、实时性和可裁减性。支持多种处理器。（2） Windows CE 3.0：一种针对小容量、移动式、智能化、32位、连接设备的模块化实时嵌入式操作系统。（

4、3） Palm OS：主要用于PDA。（4） Linux：开放源码，内核小、功能强大、运行稳定、系统健壮、效率高，易于定制剪裁，在价格上极具竞争力。4. 简述嵌入式系统的开发流程。嵌入式系统开发流程嵌入式软件开发流程（ARM&Linux嵌入式系统教程（第2版）第2章）5. 南北桥片的功能是什么，选择芯片组的主要原则有哪些？北桥芯片:负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输，提供对CPU的类型和主频、系统的前端总线频率、内存的类型（SDRAM，DDR SDRAM以及RDRAM等等）和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持；整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核

5、心；离CPU最近的芯片，这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切，为了提高通信性能而缩短传输距离。南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等，这些技术一般相对来说比较稳定，所以不同芯片组中可能南桥芯片是一样的，不同的只是北桥芯片。所以现在主板芯片组中北桥芯片的数量要远远多于南桥芯片；南桥芯片不与处理器直接相连，而是通过一定的方式（不同厂商各种芯片组有所不同，例如英特尔的英特尔Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded“妙渠”）与北桥芯片相连；离处理器较远,一般都没有

6、覆盖散热片；发展方向主要是集成更多的功能，例如网卡、RAID、IEEE 1394、甚至WI-FI无线网络等等。 选择芯片组的主要原则：芯片组性能的优劣，决定了主板性能的好坏与级别的高低。目前CPU的型号与种类繁多、功能特点不一，如果芯片组不能与CPU良好地协同工作，将严重地影响计算机的整体性能甚至不能正常工作。 其中CPU的类型、主板的系统总线频率，内存类型、容量和性能，显卡插槽规格是由芯片组中的北桥芯片决定的；扩展槽的种类与数量、扩展接口的类型和数量（如USB2.0/1.1，IEEE1394，串口，并口，笔记本的VGA输出接口）等，是由芯片组的南桥决定的;还有些芯片组由于纳入了3D加速显示（

7、集成显示芯片）、AC97声音解码等功能，还决定着计算机系统的显示性能和音频播放性能等。 6. 操作系统的作用、功能、结构及特性。操作系统常见的结构包括：单体系统、层次式系统、微内核、客户-服务器系统和虚拟机等。7. 简述Linux的主要特点，它与其它操作系统的区别是什么？特点：（1）开放性 开放性是指系统遵循世界标准规范，特别是遵循开放系统互连（ OSI ）国际标准。（2）多用户多用户是指系统资源可以被不同用户各自拥有使用，即每个用户对自己的资源（例如：文件、设备）有特定的权限，互不影响。（3）多任务它是指计算机同时执行多个程序，而且各个程序的运行互相独立。（4）良好的用户界面 Linux 向

8、用户提供了两种界面：用户界面和系统调用。Linux 还为用户提供了图形用户界面。（5） 设备独立性 操作系统把所有外部设备统一当作成文件来看待（6） 提供了丰富的网络功能：支持 Internet ，文件传输，远程访问（7） 可靠的系统安全（8） 良好的可移植性可移植性是指将操作系统从一个平台转移到另一个平台使它仍然能按其自身的方式运行的能力。Linux能够在从微型计算机到大型计算机的任何环境中和任何平台上运行 （9）相对比较不耗系统资源Linux 只要一部 p-100 以上等级的计算机就可以安装并且使用愉快，还不需要到 P-III 等级的计算机。区别：（1）Linux 与主要 UNIX 系统：

9、Linux 采用了 SVR4 的进程间通信（IPC）机制：共享内存、消息队列、信号灯；Linux 支持 BSD Socket 网络编程接口；许多 Linux 发行版采用 SysV init 机制，支持运行级别；LINUX具有 Unix 的全部功能，任何使用 Unix 操作系统或想要学习 Unix 操作系统的人都可以从 Linux 中获益。（2）Linux 与MS-DOS： 没有完全实现 x86 处理器的功能，而 Linux 完全在处理器保护模式下运行，并且开发了处理器的所有特性；Linux 可以直接访问计算机内的所有可用内存，提供完整的 Unix 接口。而 MS-DOS 只支持部分 Unix

10、的接口；MS-DOS 是单任务的操作系统。（3）Linux 与 OS/2 、 Windows 、 Windows NT：Linux 是从一个比较成熟的操作系统发展而来的，而其他操作系统，如 Windows NT 等，都是自成体系，无对应的相依托的操作系统。（Linux 是 Unix 的一个克隆 ）；Linux 是一种开放、免费的操作系统，而其他操作系统都是封闭的系统，需要有偿使用 。8. 简述Linux的体系结构及各部分的功能。LINUX体系结构：L i n u x操作系统由4个主要的子系统所组成：(1) 用户应用程序:在某个特定的L i n u x系统上运行的应用程序集合，它将随着该计算机系

11、统的用途不同而有所变化，但一般会包括文字处理应用程序和Web浏览器。(2) O / S服务这些服务:般认为是操作系统的一 部分 （X Window系统，命令外壳程序shell等等）；此外，内核的编程接口（编译工具和库）也属于这个子系统。(3) L i n u x内核:包括内核抽象和对硬件资源（如C P U）的间接访问。(4) 硬件控制器:这个子系统包含在L i n u x实现中所有可能的物理设备，例如，C P U、内存硬件、硬盘以及网络硬件等都是这个系统的成员。各部分的功能：(1) 内核：在硬件方面，Kernel负责控制电脑的硬件装置、内存管理以及提供完整的硬件接口与应用程序沟通(系统启动和初

12、始化，硬件的驱动程序)；在软件方面，Kernel负责管理文件系统、对正在运行的程序作内存管理与调整，并进行进程管理(内存管理，进程管理，中断处理，文件系统等)(2) Shell：Shell提供了一个内核与用户之间的界面，是一种作为用户和操作系统之间的接口的命令解释程序。(3) 硬件平台：它是整个系统的实体工作者，是其他部分的基础。(4) 应用程序和系统程序：运用文字或者图形界面供用户使用操作系统完成具体的应用。9. 简述Linux内核的构成，各部分的功能及相互关系。L i n u x内核由5个主要的子系统构成：(1) 进程调度程序（ SCHED）：负责控制进程访问CPU。调度程序所使用的策略可

13、以保证进程能够公平地访问CPU，同时保证内核可以准时执行一些必需的硬件操作。(2) 内存单管理程序（ MM）：使多个进程可以安全地共享机器的主存系统。此外，内核管理程序支持虚拟内存。虚拟内存使得Linux可以支持进程使用超过系统中的内存数量的内存。暂时用不着的存储信息可以交换出内存，存放到使用文件系统的永久性存储器上，然后在需要它们的时候再交换回来。(3) 虚拟文件系统（ VFS）：通过提供一个所有设备的公共文件接口， VFS抽象了不同硬件设备的细节。此外， VFS支持与其他操作系统兼容的不同的文件系统格式。(4) 网络接口（ NET）：提供了对许多建网标准和网络硬件的访问。(5) 进程间通信

14、（ IPC）：为单个Linux系统上进程与进程之间的通信提供了一些机制。子系统间的依赖关系如下图：10. 进程的定义、PCB的作用与信息，进程切换、进程控制。进程的定义：进程是操作系统结构的基础，是系统中程序执行和志愿分配的基本单位，是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。一个程序可以启动多个进程。PCB的作用：PCB即进程控制块，是操作系统用于记录和刻画划进程状态及有关信息的数据结构，也是操作系统掌握进程的唯一资料结构，它包括了进程执行时的情况，以及进程让出处理器后所处的状态、短短等信息。它使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其他

15、进程并发执行的进程。PCB包含的信息：（1） 标识信息（2） 现场信息（3） 控制信息进程控制：进程是有生命周期的，包括产生、运行、暂停、终止，对进程的这些操作叫进程控制。进程控制包括：进程创建、进程阻塞、进程唤醒、进程挂起、进程激活、进程终止和进程撤销等。 进程切换：让处于运行的进程中断运行，让出处理器，这时要做一次进程上下文切换、即保存老进程状态而装入被保护了的新进程的状态，以便新进程运行。11. 进程切换过程、进程控制的作用和过程。进程上下文切换由以下4个步骤组成:(1)决定是否作上下文切换以及是否允许作上下文切换。包括对进程调度原因的检查分析，以及当前执行进程的资格和CPU执行方式的检

16、查等。在操作系统中，上下文切换程序并不是每时每刻都在检查和分析是否可作上下文切换，它们设置有适当的时机。(2)保存当前执行进程的上下文。这里所说的当前执行进程，实际上是指调用上下文切换程序之前的执行进程。如果上下文切换不是被那个当前执行进程所调用，且不属于该进程，则所保存的上下文应是先前执行进程的上下文，或称为“老”进程上下文。显然，上下文切换程序不能破坏“老”进程的上下文结构。(3)使用进程调度算法，选择一处于就绪状态的进程。(4)恢复或装配所选进程的上下文，将CPU控制权交到所选进程手中。进程控制是进程管理中最基本的功能。它用于创建一个新进程，终止一个已完成的进程，或者去终止一个因出现某事

17、件而使其无法运行下去的进程，还可负责进程运行中的状态转换。12. Linux的启动过程，boot loader的主要任务和典型框架结构是什么？启动过程：（1） 系统加电（2） Bootloader或BIOS加电自检（3） 读硬盘主引导扇区（4） 分析分区表（5） 执行MBR中的引导程序，读入活动分区的引导扇区（LILO装在boot扇区），读入操作系统内核（LILO装在MBR）（6） 进行初始化（7） 执行init主要任务：bootloader 软件是属于引导加载程序的一部分，主要完成整个系统加载启动任务。典型框架结构为：Stage1 ： (1)硬件设备初始化(如I/O口,存储器和时钟).(2)

18、为加载Bootloader的stage2准备好RAM空间.(3)复制Bootloader的到RAM空间中.(4)设置好堆栈.(5)跳转到stage2的C入口点.Stage2： (1)初始化本阶段要使用的硬件设备.(2)检测系统的内存映射.(3)将kernel映像和根文件系统映像从Flash上读到RAM空间中.(4)从内核设置启动参数.(5)调用内核.13. 简述Toolchain的基本功能和配置步骤。toolchainGNU开发工具链是指 GNU Compiler Collection、GNU libc以及用来编译、测试和分析软件的 GNU binutils。是Linux默认开发工具链。基本功

19、能：编译，链接。配置步骤：先进行命令配置，再进行关联检测。GNU Compiler Collection：即GCC是用于 C、C+、Objective-C、Fortran 等编程语言的一个编译器集。需要配置输入、输出、平台选择、调试、优化等选项。GNU binutils :包括一套用来构造和使用二进制文件所需要的工具。其中两个最为关键的 binutils 是GNU 链接器 ld 和 GNU 汇编程序 as。更多的 Binutils： 除了链接器和汇编程序之外，有些开发人员还会发现其他 binutils其实就是GNU Tools中最基本的工具: ld（链接器），as（汇编器）， gcc（C语言编

20、译器），glibc（包含各种基本函数实现的软件库）。14. 简述Linux文件系统的功能、结构和类型。Linux文件系统的功能就是提供高效、快速和方便的信息存储和访问功能（详细）文件系统的功能(目的)：（1）满足用户管理数据的需要，这其中包括数据存储和对数据的操作。 （2）尽可能保证文件中数据的有效性。 （3）性能优化，以提高系统的吞吐量和响应速度。 （4）提供不同类型的存储设备的I/O支持。 （5）消除或降低数据丢失或遭破坏的可能性。 （6）提供一个标准的I/O界面。（7）在多用户系统中，向多个用户提供I/O支持等等。结构：见下图。Linux文件分类：（1） 普通文件（2） 目录文件（3）

21、设备文件Linux文件系统分类：（1） ext2：标准 Linux 文件系统； （2） ext3：带日志的标准 Linux 文件系统 ；（3） NFS ：Sun 的 文件系统 ；（4） jfs：IBM 的日志文件系统 ；（5） reiserfs：另一个流行的日志文件系统 15. 什么是配置文件，举例说明2-3种重要配置文件的功能和结构特点。 每个Linux 程序都是一个可执行文件，它含有操作码列表，CPU 将执行这些操作码来完成特定的操作。例如，ls 命令是由 /bin/ls 文件提供的，该文件含有机器指令的列表，在屏幕上显示当前目录中文件的列表时需要使用这些机器指令。几乎每个程序的行为都可以

22、通过修改其配置文件来按照您的偏好或需要去定制。内核本身也可以看成是一个“程序”。内核需要了解系统中用户和组的列表，进而管理文件权限，内核也需要系统配置文件。配置文件都在/etc的目录中，可以分为几类：访问文件 、引导和登录注销 、文件系统、系统管理、网络配置文件、系统命令、守护进程。举例：（1） /etc/host.conf 告诉网络域名服务器如何查找主机名。（通常是 /etc/hosts，然后就是名称服务器；可通过 netconf 对其进行更改）（2） /etc/hosts 包含（本地网络中）已知主机的一个列表。如果系统的 IP 不是动态生成，就可以使用它。对于简单的主机名解析（点分表示法）

23、，在请求 DNS 或 NIS 网络名称服务器之前，/etc/hosts.conf 通常会告诉解析程序先查看这里。（3） /etc/issue & /etc/ 这些文件由 mingetty（和类似的程序）读取，用来向从终端（issue）或通过 telnet 会话（）连接的用户显示一个“welcome”字符串。它们包括几行声明 Red Hat 版本号、名称和内核 ID 的信息。它们由 rc.local 使用。 16. 简述Linux内核编译、裁减以及Linux移植的基本步骤。Linux内核的裁减与编译首先在宿主机端进入到内核所在的目录/usr/src/linux-2.4下，修改Makefile文件

24、中EXTRAVERSION 变量的值，用来标识新内核，本例改为hebut。然后完成内核的裁减与编译： make mrproper: 用于清除所有的临时文件、中间件、配置文件。make xconfig: 进行核心配置，在其中每个选项都有两种选择，分别表示支持和不支持相应的特性或驱动程序，个别选项有m选择，表示把相应的特性或驱动程序编译成可加载模块的方式。根据不同的应用对内核进行裁减。系统将新的配置保存成.config文件。make dep: 用于生成依赖性。make bzImage: 产生压缩的核心映像。内核压缩映像被系统保留在/usr/src/linux-2.4/arch/i386/boot目

25、录中，将其复制到/boot目录下，并重命名为vmlinuz-2.4.20hebut。末尾为EXTRAVERSION变量的值。make modules: 组织各个/usr/src/linux-2.4.20子目录已经配置的模块。、make modules_install: 在/lib/modules/2.4.20目录中组织模块。经过以上的裁减与编译，可以使一个包含网络服务的内核减小到1M以内。 移植： 将嵌入式Linux操作系统安装到CF卡上要在宿主机上将已定制好的内核装入CF卡中并在其上构建操作系统首先需要把CF挂载成宿主机的一个设备。挂载成不同的设备需要不同的连接器。现以把CF卡挂载成USB设

26、备为例，对在其上构建嵌入式Linux操作系统的过程进行介绍。 首先将CF卡进行分区。使用fdisk命令，在CF卡上建立分区。# fdisk /dev/sda1,然后创建ext2文件系统,# mke2fs -c /dev/sda1,该命令在/dev/sda1上创建ext2文件系统。将CF挂载到宿主机上， # mount /dev/sda1 /mnt/sda1，将CF卡挂载到宿主机上后，挂载的目录是/mnt/sda1。 用下面命令创建文件系统： # mkdir /bin 类似地创建/boot、/etc、/lib、/mnt、/root、/sbin、/tmp、/usr、/var。 用下面的命令创建/d

27、ev： # cp -a /dev /mnt/sda1这样可以把设备文件创建在CF卡中的/dev目录下。 将生成的压缩内核文件vmlinuz-2.4.20hebut文件放入/mnt/sda1/boot目录下保存。进行以上操作后，需要给CF安装Boot Loader程序使其运行时可以加载内核。17. 为什么要进行内核配置，简述其基本过程和方法内核是所有Linux系统的中心软件组件，整个系统的能力完全受内核本身能力的限制。为什么要进行内核配置：（1）我们可以了解系统是如何工作的。通过通读源代码，我们就可以了解系统的工作原理，这在Windows下简直是天方夜谭。（2）我们可以针对自己的情况，量体裁衣，

28、定制适合自己的系统，这样就需要重新编译内核。（3）我们可以对内核进行修改，以符合自己的需要。基本过程和方法：内核配置有两种方法，一种是直接置入内核；另一种是编成模块；两种方法各有优点；直接编入内核的，比如设备的启动，不再需要加载模块的这一过程了；而编译成模块，则需要加载设备的内核支持的模块；但直接把所有的东西都编入内核也不是可行的，内核体积会变大，系统负载也会过重。我们编内核时最好把极为重要的编入内核；其它的如果不明白的，最好用默认。#make xconfig（基于图形窗口模式的配置界面，Xwindow下推荐使用）make xconfig，使用鼠标就可以选择对应的选项。实际上在配置时，大部分选

29、项可以使用其缺省值，只有小部分需要根据用户不同的需要选择。选择的原则是将与内核其它部分关系较远且不经常使用的部分功能代码编译成为可加载模块，有利于减小内核的长度，减小内核消耗的内存，简化该功能相应的环境改变时对内核的影响；不需要的功能就不要选；与内核关心紧密而且经常使用的部分功能代码直接编译到内核中。配置完成后，进行编译和更新。18. 什么是交叉编译？编译程序的基本构成是什么？（1）由于目标机指令系统与宿主机的指令系统不同，编译时将应用程序的源程序在宿主机上生成目标机代码，称为交叉编译。（2）什么是编译程序？ 从功能上看，一个编译程序就是一个语言翻译程序,它把一种语言(称作源语言)书写的程序翻

30、译成另一种语言(称作目标语言)的等价的程序.3 编译程序结构(components)：（1） 词法分析程序：从左至右读字符流的源程序（2） 语法分析程序：层次分析.依据源程序的语法规则把源程序的单词序列组成语法短 语(表示成语法树).、（3） 语义分析程序：语义审查(静态语义)上下文相关性、类型匹配、类型转换（4） 中间代码生成程序：源程序的内部(中间)表示三元式、四元式、P-Code、C-Code、 UCode、 bytecode（5） 代码优化程序：（6） 目标代码生成程序（7） 符号表管理程序：记录源程序中使用的名字、收集每个名字的各种属性信息（类型、 作用域、分配存储信息）（8） 出错

31、处理程序：检查错误、报告出错信息、排错、恢复编译工作19. 举例说明makefile功能、构成和工作原理？功能：描述了软件包中文件之间的关系，提供更新每个文件的命令。makefile文件的基本结构。Makefile是一个文本形式的数据库文件，其中包含一些规则来告诉make处理哪些文件以及如何处理这些文件。构成：Makefile里主要包含了5个方面的内容：显式规则、隐式规则、变量定义、文件指示和注释。（1）显式规则。显式规则说明了如何生成一个或多个目标。这需要由Makefile的书写者显式指出要生成的文件、文件的依赖文件及生成的命令。（2）隐式规则。由于make有自动推导的功能，会选择一套默认的

32、方法进行make，所以隐式的规则可以让开发者比较、简略地书写Makefile，这是由make所支持的。（3）变量定义。在Makefile中需要定义一系列的变量，一般都是字符串，它类似C语言中的宏，当Makefile被执行时，其中的变量都会被扩展到相应的引用位置上。（4）文件指示。包括三个部分，第一部分是在一个Makefile中引用另一个Makefile，就像C语言中的include一样包含进来；第二部分是指根据某些情况指定Makefile中的有效部分，就像C语言中的预编译宏#ifdef一样；第三部分就是定义一个多行的命令。（5）注释。Makefile中只有行注释，和UNIX的Shell脚本一样

33、，其注释符使用井号“#”字符，这个就像C/C+中的双斜杠“/”一样。如果需要在Makefile中使用井号“#”字符，可以用反斜杠进行转义，如：“#”。工作原理：Makefile的工作原理是调用系统中的make命令解释当前的Makefile，完成其中指定的功能。20. 什么是设备驱动程序，其功能和结构如何？ linux设备驱动程序是处理或操作硬件控制器的软件，被集成在内核中，是常驻内存的低级硬件处理程序的共享库，设备驱动程序就是对设备的抽象处理。功能：（1）对设备进行初始化（2）使设备投入和退出服务（3）检测和处理设备出现的错误（4）设备和系统之间交换数据的界面（5）“黑盒子”，内含设备的固有特性功能结构：21. 比较字符设备、块设备和网络设备的区别。字符设备：（1）能够象字节流（比如键盘,显示器）一样被访问的设备，由字符设备驱动程序来实现这种特性，字符设备驱动程序通常至少需要实现open close read 和write系统调用。（2）字符设备以字节为单位进行数据处理，通常只允许按顺序访问块设备：（1）与字符设备的区别仅仅在于内核内部管理数据的方式，也就是内核和驱动程序的接口不同。（2