嵌入式系统学习

第2章

嵌入式Linux操作系统2.1Linux及其应用2.2Linux内核2.3典型嵌入式Linux系统1第2章嵌入式Linux操作系统2.1Linux及其应用2.1.1Linux与UNIX和GNU2.1.2Linux的特点2.1.3Linux的发展及应用2第2章嵌入式Linux操作系统2章嵌入式LINUX操作系统2.1.1LINUX与unixGNUUnix操作系统MINIX操作系统GNU及FSFPOSIX标准Internet网络Linux的5大支柱：3第2章嵌入式Linux操作系统2章嵌入式LINUX操作系统2.1.2Linux的特点

1．开放性；2．多用户；3．多任务；4．稳定性强；5．设备独立性；6．提供了丰富的网络功能7．可靠的系统安全8．良好的可移植性9．应用软件多4第2章嵌入式Linux操作系统2章嵌入式LINUX操作系统2.1.3LINUX的发展及应用Linux的发展Linux的应用和优势

高可靠性，安全性成本优良的集群特性其他5第2章嵌入式Linux操作系统2章嵌入式LINUX操作系统2.2Linux内核2.2.1Linux的内核特征2.2.2进程管理2.2.3内存管理2.2.4文件系统管理2.2.5设备管理2.2.6进程间通信机制6第2章嵌入式Linux操作系统2章嵌入式LINUX操作系统2.2.1Linux的内核特征

一：基本概念1内核的定义：是操作系统的内部核心程序，它向外部提供了对计算机设备的核心管理调用；2操作系统代码组成：内核空间：内核所在的地址空间称为内核空间；用户空间：外部管理程序与用户进程所占据的地址空间称为外部空间（用户空间）3运行状态：内核态：当执行到内核空间的一段代码时，称程序处于核心态；用户态：当程序执行到外部空间代码时，称程序处于用户态7第2章嵌入式Linux操作系统2章嵌入式LINUX操作系统2.2.1Linux的内核特征4内核分类单一内核（MonolithicKernel）：指操作系统中所有的系统相关功能都被封装在内核中。它们与外部程序处在不同的内存地址空间中，并通过各种方式防止外部程序直接访问内核中的数据结构。程序只有通过一套称作系统调用（SystemCall）的界面访问内核结构。微内核（MicroKernel）结构：在微内核结构中，操作系统的内核只需要提供最基本、最核心的一部分操作（例如，创建和删除任务、内存管理、中断管理等）即可，而其他管理程序（如文件系统、网络协议栈等）则尽可能放在内核以外。这些外部程序可以独立运行，并对外部用户程序提供操作系统服务，服务之间使用进程间通信机制（IPC）进行交互。8第2章嵌入式Linux操作系统2章嵌入式LINUX操作系统单一内核和微内核结构用户进程系统调用内核服务1内核服务2内核服务3硬件资源用户进程操作系统服务1操作系统服务2微内核硬件资源9第2章嵌入式Linux操作系统2章嵌入式LINUX操作系统二粮Li遵nu凶x系小统的容内核振结构--显--求--立--单一卡内核帮结构LI淡NU怀X的模捕块化孟结构廊；Li榆nu简x的不肯是一蕉个“捧硬”谈实时吊操作摄系统舞；Li信nu撒x操作示系统嫩的内较核稳典定而之高效突；10第2盘章划嵌入头式L愿in膝ux求操作延系统护2章慈嵌入协式L昆IN圣UX浴操作年系统进程湖管理2.档2.废2.欣1电进程寻的基游本概折念一街进茅程的补定义进程胀是运踩行于顿自己年的虚延拟地股址空村间的位一个勾程序朗。可彩以说粪，任效何在萝Li系nu掌x系乖统下酒运行短的都盈是进深程。二挨L没in载ux与系统钢中进产程的你类型交互衣进程告：该壮进程覆是由sh材el客l控制黑和运两行的村。它掌既可字以在稿前台救运行验，也哭可以其在后粪台运暑行。批处详理进甚程：演该进绩程不茂属于础某个坟终端惠，被图提交后到一拢个队暗列中重以便岁顺序阴执行细。守护茄进程螺：该统进程巨只有摔在需木要时颗才被贱唤起珍在后扯台运妄行。领它一币般在Li浙nu呜x启动尽时开赏始执底行。11第2减章玻嵌入汗式L烘in彻ux剃操作虹系统免2章莫嵌入烈式L携IN访UX掌操作蛙系统3寄进程姿的属随性进程赖是动如态性;进程葡运行仇对资弃源的闻依赖浓性;多进件程的阴调度;4进程浸管理齿程序屈的功夸能使进巷程能壳够顺共序执躲行或庄者在蛛需要津资源韵时发班生阻毕塞，崇并使龄其在馆资源页可用命时继枣续运鼠行。为进茎行资易源管卷理（信包括CP钻U上的里进程烟调度奴）实抵现了稀与资沃源管池理程兼序的临逻辑优链接者。限制掉某些吨资源甲只在探某些设进程榴间共货享。按照秒系统魔的资轻源分限配机斤制分咸配资半源。管理封系统旁中的株进程帐和资酿源。12第2珠章筒嵌入曲式L构in羞ux滴操作陪系统庭2章水嵌入句式L朗IN题UX卷操作远系统2.突2.接2穴.2托进程激与线来程1鲁概念进程:一个维应用晕程序;线程:占用CP妻U时间悲片的苗最小峡应用光单位;2运行端模式用户塑模式核心根模式3进程潜与线猾程的沫资源移分配4燃LI姨NU称X的资如源分久配--资--继承惑方式13第2超章倾嵌入斤式L渠in飘ux捞操作必系统春2章娘嵌入灯式L形IN滚UX阅操作轿系统2.艇2.论2.深3月进程糕的状睁态1进钞程状塔态:一个舒进程炉在其鬼生存狂期内滤，可励处于稻一组地不同服的状街态下榨，称玻为进袍程状饱态。2墙进程莫数据风结构PC辨B（Pr糊oc驴es符s素Co己nt客ro女l定Bl还oc虹k）或TC晚B（Ta呜sk盾C窝on欲tr属ol径B他lo被ck）:用于伸定义己一个辆特殊探的数敢据结恒构来皱代表瞎一个释进程;任务亚向量申表:内核脚程序府通过半任务困向量唇表对订进程震进行妨管理铺，在Li会nu疑x系统迫中，客任务小向量富表项数是一金个ta漂sk箩_s绕tr极uc家t任务幼结构储指针进程厘的上针下文:当一稿个进正程在役执行逢时，CP羽U的所稍有寄排存器倦中的娘值、魔进程场的状述态，著以及购堆栈披中的唱内容珠被称惹为该腹进程欺的上键下文视。14第2孤章册嵌入咸式L简in烂ux验操作征系统腹2章姜嵌入着式L尤IN典UX促操作养系统2.虽2.鱼2.疫3定进程岭的状较态Task_struct{ContextStatus…….}Task_struct{ContextStatus…….}进程任务向量表进程1进程2进程n15第2斩章钱嵌入糖式L肉in匠ux靠操作律系统许2章叉嵌入夺式L怒IN灭UX甜操作鞭系统运行如状态吵（TA购SK显_R剧UN笑NI赞NG）；可中宋断睡奖眠状渠态（TA鞭SK保_I型NT盘ER旋RU扯PT返IB猎LE）；不可鼻中断伏睡眠忠状态圣（TA惧SK睛_U内NI分NT亮ER马RU凳PT端IB缩慧LE）；暂停姑状态痕（TA竿SK镇_S量TO陡PP革ED）；僵死励状态拢（TA炊SK区_Z失OM纵BI妈E）；2.然2.早2.橡4叮进程距的状崭态16第2罗章妖嵌入坑式L底in所ux独操作怪系统纵2章哪嵌入引式L搁IN丢UX森操作再系统17第2丙章甲嵌入马式L砖in尤ux势操作共系统净2章弓嵌入职式L量IN勾UX物操作非系统2.急2.帆2.哲5扯进程腹管理进程倚的创滨建进程霉的调附度进程爹的终略止18第2茎章宵嵌入虹式L室in是ux跃操作支系统秩2章皆嵌入逐式L理IN战UX俭操作晨系统1．雁进程坛的创青建的捉定义进程乏的创旅建是化指为牲创建储的进钢程定昌义地茎址空鹅间（么存储吉器块捉），副并为喇进程粥定义雷资源变。2芹进程自创建悄方式扬--棉-继忧承方赤式3挡关键动进程争--渐--包系统锐初始率化进揪程i丢ni棋t_叠ta链sk4左新进抢程的小创建克隆嚷当前液的进妨程；驾系统芬调用隶创建存的（fo毅rk或cl授on西e）；熔核心梢态；在新湖进程篇的创迁建过罪程，潜该将袭新进朵程状窜态置点为不悦可中台断的钳等待盐状态升；资源龄分配俭：进程俊管理琴--项--芹-进谜程创赌建19第2结章深嵌入递式L帅in若ux雷操作匹系统食2章毕嵌入肃式L桐IN犯UX晌操作香系统1．呜进程吨的调驻度-筛--达--破基于勾优先库级排气队的探调度忆策略2丙.框系生统调虎用-困--组--菜内核差态和霞用户碎态的柳转换3.提调赔度过单程调度嘱程序继的任龟务就递是选膏择当葵前可赵运行融的进屈程中盈最值饥得运勇行的失一个模进程州。一框个可优以运抗行的度进程掘是一验个只娇等待CP旋U的进伟程。Li太nu腿x使用朋合理播而简呢单的基于欢优先丘级的少调度票算法在系跌统当橡前的洽进程绝中进科行选缓择。当它普选择漂了准幕备运捕行的遣新进服程，荷就保巡寿存当袍前进咐程的塘状态围、与参处理月器相徒关的绝寄存对器，燃以及啊其他究需要霜保存麦的上壳下文厦信息饶到进阴程的ta右sk认_s域tr始uc挺t数据知结构尘中。然后寄恢复驼要运锹行的恰新的奋进程诊的状哭态（熄又和遮处理水器相亮关）;把系烟统的吗控制廊交给青这个汽进程米。进程裹管理南--慎--症-进川程调创度20第2混章便嵌入减式L诞in灰ux遍操作迈系统夫2章旺嵌入猜式L炼IN临UX锄操作准系统1溉进程孤终止当一厨个进雅程结怀束了机运行液或在确半途伤终止优了运召行，焦那么嚼内核向就需仪要释赤放该熟进程扒所占甩用的慈系统姻资源楚。这乌包括懂进程批运行着时打捉开的掠文件嫌、申技请的兄内存遇等，踢这一骄过程您称为喇进程有终止叨；2穿进程驱终止危的方狼法系统清调用允：执办行内宾核函忘数d天o_胳ex输it锡()攻；3突进程请终止喂的过峰程释放着进程洗代码魄段和隆数据押段占全用的截内存间；关闭作进程旦打开易着的帖所有需文件嘴等；设置念进程情状态离置为嘱僵死慢状态TA贺SK愿_Z销OM雅BI俘E；通知纷原父像进程拖子进铺程在比执行诞期间驴；进程轰管理落--钓--怪-进去程终竖止21第2缝章匪嵌入绳式L测in醒ux支操作扇系统万2章围嵌入恼式L糕IN涝UX复操作锯系统内存墨管理一额内覆存管讯理的贵功能内存衰管理初（M互em嘴or拿y醋Ma染na饮ge坝me礼nt阶）系云统是山操作少系统厉中最织为重璃要的途部分停，内席存管熊理程兆序子尊系统饿负责此控制长进程柄对硬洒件内仆存资株源的院访问何。内芳存管溜理程刚序提四供以路下一川些功奔能：大地咽址空多间——用户蒸程序兵使用定的内洒存数榨量可播以超沫过物因理上匆实际鹊所有针的内童存数范量。保护——进程朗的内指存是雨私有朽的，亿不能狮被其而他进够程所卵读取升和修光改。按而且耕，内画存管僵理程林序可柜以防太止进广程覆填盖代棵码和贝只读以数据举。内存哈映射——可以红把一友个文屠件映统射到颤虚拟忠内存齐区域缸，并液把该洲文件节当做滥内存升来访亭问。对物的理内专存的撕公平匹访问——内存抓管理产程序斤确保杨所有撞的进梯程都润能公牲平地架访问匆计算笋机的匠内存按资源摘，这熔样可兼以确娇保理飞想的废系统滔性能洋。共享授内存——内存像管理粘程序陶允许戒进程怖共享蜜它们屿内存炼的一脉部分慨。22第2转章拣嵌入乒式L垒in枝ux纤操作师系统盲2章殃嵌入裙式L米IN雁UX辩操作橡系统二暴虚洗拟内秋存的宽抽象娘模型：1佣内存弱中存瞎放的俊对象性--极--选--拘-指驼令及申数据2赚虚拟笛内存芹系统种及物姓理内闸存3勺分页耽管理通过胞页面败表进景行管算理：有效茫标志——此标规志用崇于标迹明页滑面表贞入口浮是否代可以杏使用谱。物理芹页面谣号——页面劝表入紧口描通述的概物理溪页面痒号。存取股控制涌信息——用来樱描述蝴页面口如何遣使用鼓，例饭如，风是否要可写裹，是枝否包业括可脊执行才代码茂等23第2鸽章环嵌入脖式L捏in捷ux争操作克系统割2章躲嵌入珍式L蔑IN害UX钱操作丸系统0X液21折94笨=0杯X2执00牧0+疲0X腥19似4PE涌N=帝1物理御页面手号=宏1页面饭大小狸=0潮x2券00活024第2须章晒嵌入淡式L谱in下ux章操作腰系统洗2章辨嵌入饭式L核IN向UX吨操作坛系统三．栏按需粮装入腐页面氏（D长em牧an钢d借Pa伯gi兰ng孙）1鉴需求2米方法男：内拉存映绒射3帽优点25第2追章锯嵌入静式L祸in雁ux和操作拳系统迫2章成嵌入还式L匀IN涛UX奖操作扶系统四．拴交换兆（S胞wa善pp包in碧g）当一释个进勒程需凝要把桐一个祸虚拟耻内存鸦页面握装入梯物理隆内存略而又椅没有纷空闲龙时，仇操作舅系统添必须竞废弃擦物理绝内存在中的坟一个兼页面楚，为查将要拨装入所的虚吗拟内势存页黄腾出押空间抚。Li涉nu顾x系羞统使承用一时种叫剃做“最近帮最少怖使用”的渣技术袭（L誉ea妨st则R忌ec情en动tl捷y圈Us崇ed妄，L蜓RU样）来祸决定残把哪挨一个愁页面雁从物绞理内举存中舰移出评。五抚共享泪虚拟寨内存感（S专ha昆re例d麻Vi血rt越ua半l祝Me送mo微ry叨）六．巾访问抱控制丹（A车cc租es域s沉Co记nt竭ro冷l）七炎高速惩缓存沉（C稀ac卖he刷s）八页蛇面的搜分配昂和回宇收-凑--裁-me奥m_店ma筛p数箱据结货构26第2栋章逝嵌入亩式L娇in会ux飘操作海系统状2章夹嵌入污式L妇IN乔UX束操作投系统九．医内存食映射遗（M境em晚or葛y军Ma店pp轮in堤g）将一籍个文铜件的派镜像谁和一周个进耐程的育虚拟范内存镰地址换空间缩慧连接仗起来假的方弄法叫容做内蚁存映察射；27第2担章尸嵌入损式L骂in暂ux把操作惯系统怨2章寺嵌入蜻式L距IN鸟UX非操作饥系统文件携系统足管理一棒基本良情况文件霞系统寇从操场作系示统和科系统填服务慨中分榜离，换在它织们之各间使周用一刃个接拴口层援--枣--填--志虚拟捏文件盈系统搅（V些FS跟）来畅支持娘多种圆不同逼的文激件系子统；二盯EX亡T2孕文挡件系熄统数据创以数侨据块致的方晴式进椒行存西储，炼大小创相同茎并可蹈以设稿定，撤通过恰使用蜂索引摧节点覆数据寸结构蜜来描姓述每摊个文狼件。三懒虚拟悠文件诸系统描（V饼FS在）负责积管理矛实际某文件座系统答之间疯关系28第2谈章淹嵌入懒式L蕉in说ux耕操作日系统鞠2章委嵌入恩式L扮IN介UX戚操作租系统29第2促章苹嵌入市式L恼in荷ux春操作塌系统汽2章辈嵌入寨式L抹IN缝UX鼓操作切系统2.吉2.寺5倡设备录管理一功桑能负责愈用户抢和系庸统的摧硬件躁特性放隔离纵。向仇上提窗供相姻同的愤接口捐，使伐用户良不必传关心铸底层袭的硬丙件设肚备。二喂设备妥驱动透程序设备旗驱动沿程序惑的一砍个基仙本特罢点就尝是对怖设备池的抽庆象处喘理。讲系统津中的来所有役硬件局设备哭看起木来都塑与一养般的沃文件怎一样滑，它抽们可让以使茄用处搬理文畅件的渐标准幸系统剂调用茧来打千开、容关闭努和读惊写。三郊LI伟NU仓X支桨持的证硬件洁设备柿类型字符剃设备耍：直悼接读袭取，易不必仁使用肺缓冲件区，喷固定英大小什读取肾；块设背备：迹通过创缓冲窃区读羡取，半可以舌随机昨读取王；网络量设备腰：通胁过套询接字戏进行书读取咬；30第2孕章秋嵌入截式L杜in届ux偶操作典系统株2章狼嵌入甚式L钥IN筐UX印操作绿系统进程梨间通载信机滚制一礼功能Li便nu摧x提兼供进易程间窜通信畅（I阴nt眯er霸pr东oc唱es境s龄Co图mm他un湾ic渗at脉io陈n，待IP糊C）杨机制窜，是屡为了端给并伞发执艇行的秀进程厦提供归一种烈方法捕，使虎它们欲可以墙共享独资源婚，与见其他第进程偷同步叠并且削交换哈数据浩。L顷in抵ux醒提供俩了下遍列形泡式的蜡IP疯C机史制。二进通烂信方浑式信号谱：最转古老蹈的U还NI跨X夹IP勇C形烫式。锈信号栽是发辨往某封进程女的异紫步消斑息。管道帐和命淋名管宵道：列允许月在两屯个进温程之普间进垂行面辞向连它接的团单向答的数萝据传涛输，搞方法歪可以丑是显队式地炮建立糊管道眯连接键，也酬可以哀通过捕驻留济在文宿件系舒统中喂的命掠名管谱道进赌行通嗽信。信号程量：沾传统科信号去量模炒型的段一种虏实现府，该摸模型埋还允霜许创再建信株号量幻玉数组村。消息圈队列谜：一腔种无音连接阁的数携据传刚输模忽型。锯消息毛是字浊节的剖序列矿，并娘带有留相应