linux

　　Linux是一套免費(fèi)使用和自由傳播的類Unix操作系統(tǒng)，是一個(gè)基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務(wù)、支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)。它能運(yùn)行主要的UNIX工具軟件、應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它支持32位和64位硬件。Linux繼承了Unix以網(wǎng)絡(luò)為核心的設(shè)計(jì)思想，是一個(gè)性能穩(wěn)定的多用戶網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。

　　Linux操作系統(tǒng)誕生于1991 年10 月5 日（這是第一次正式向外公布時(shí)間）。Linux存在著許多不同的Linux版本，但它們都使用了Linux內(nèi)核。Linux可安裝在各種計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備中，比如手機(jī)、平板電腦、路由器、視頻游戲控制臺(tái)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、大型機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)。嚴(yán)格來(lái)講，

　　Linux這個(gè)詞本身只表示Linux內(nèi)核，但實(shí)際上人們已經(jīng)習(xí)慣了用Linux來(lái)形容整個(gè)基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU 工程各種工具和數(shù)據(jù)庫(kù)的操作系統(tǒng)。

　　uclinux

　　uclinux表示micro-control linux.即“微控制器領(lǐng)域中的Linux系統(tǒng)”，是Lineo公司的主打產(chǎn)品，同時(shí)也是開(kāi)放源碼的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是針對(duì)目標(biāo)處理器沒(méi)有存儲(chǔ)管理單元MMU（Memory Management Unit）的嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。它已經(jīng)被成功地移植到了很多平臺(tái)上。由于沒(méi)有MMU，其多任務(wù)的實(shí)現(xiàn)需要一定技巧。

　　Linux是一種很受歡迎的操作系統(tǒng)，它與UNIX系統(tǒng)兼容，開(kāi)放源代碼。它原本被設(shè)計(jì)為桌面系統(tǒng)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于服務(wù)器領(lǐng)域。而更大的影響在于它正逐漸的應(yīng)用于嵌入式設(shè)備。uClinux正是在這種氛圍下產(chǎn)生的。在uClinux這個(gè)英文單詞中u表示Micro，小的意思，C表示Control，控制的意思，所以u(píng)Clinux就是Micro-Control-Linux，字面上的理解就是“針對(duì)微控制領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的Linux系統(tǒng)”。

　　uClinux是嵌入式Linux領(lǐng)域非常重要的分支，已成功應(yīng)用于路由器、機(jī)頂盒、PDA等領(lǐng)域，與標(biāo)準(zhǔn)Linux在內(nèi)存管理方面有著本質(zhì)的區(qū)別。

　　uclinux和linux的區(qū)別

　　對(duì)uCLinux來(lái)說(shuō)，其設(shè)計(jì)針對(duì)沒(méi)有MMU的處理器，不能使用處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)。uCLinux仍然采用存儲(chǔ)器的分頁(yè)管理，系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)把實(shí)際存儲(chǔ)器進(jìn)行分頁(yè)。在加載應(yīng)用程序時(shí)程序分頁(yè)加載。但是由于沒(méi)有MMU管理，所以實(shí)際上uCLinux采用實(shí)存儲(chǔ)器管理策略。uCLinux系統(tǒng)對(duì)于內(nèi)存的訪問(wèn)是直接的，所有程序中訪問(wèn)的地址都是實(shí)際的物理地址。操作系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存空間沒(méi)有保護(hù)，各個(gè)進(jìn)程實(shí)際上共享一個(gè)運(yùn)行空間。一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行前，系統(tǒng)必須為進(jìn)程分配足夠的連續(xù)地址空間，然后全部載入主存儲(chǔ)器的連續(xù)空間中。

　　沒(méi)有內(nèi)存保護(hù)（Memory Protection）的操作會(huì)導(dǎo)致這樣的結(jié)果：即使由無(wú)特權(quán)的進(jìn)程來(lái)調(diào)用一個(gè)無(wú)效指針，也會(huì)觸發(fā)一個(gè)地址錯(cuò)誤，并潛在地引起程序崩潰，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)的掛起。顯然，在這樣的系統(tǒng)上運(yùn)行的代碼必須仔細(xì)編程，并深入測(cè)試來(lái)確保健壯性和安全。

　　由內(nèi)核所加載的進(jìn)程必須能夠獨(dú)立運(yùn)行，與它們?cè)趦?nèi)存中的位置無(wú)關(guān)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的第一種辦法是一旦程序被加載到RAM中，那么程序的基準(zhǔn)地址就“固定”下來(lái)；另一種辦法是產(chǎn)生只使用相對(duì)尋址的代碼（稱為“位置無(wú)關(guān)代碼”，Position Independent Code，簡(jiǎn)稱PIC）。uClinux對(duì)這兩種模式都支持。

　　ELF可以生成一種特殊的代碼——與位置無(wú)關(guān)的代碼（position-independent code，PIC）。用戶對(duì)gcc使用-fPIC指示GNU編譯系統(tǒng)生成PIC代碼。它是實(shí)現(xiàn)共享庫(kù)或共享可執(zhí)行代碼的基礎(chǔ)．這種代碼的特殊性在于它可以加載到內(nèi)存地址空間的任何地址執(zhí)行．這也是加載器可以很方便的在進(jìn)程中動(dòng)態(tài)鏈接共享庫(kù)。

　　PIC的實(shí)現(xiàn)運(yùn)用了一個(gè)事實(shí)，就是代碼段中任何指令和數(shù)據(jù)段中的任何變量之間的距離都是一個(gè)與代碼段和數(shù)據(jù)段的絕對(duì)存儲(chǔ)器位置無(wú)關(guān)的常量。因此，編譯器在數(shù)據(jù)段開(kāi)始的地方創(chuàng)建了一個(gè)表．叫做全局偏移量表（global offset table．GOT）。GOT包含每個(gè)被這個(gè)目標(biāo)模塊引用的全局?jǐn)?shù)據(jù)目標(biāo)的表目。編譯器還為GOT中每個(gè)表目生成一個(gè)重定位記錄。在加載時(shí)，動(dòng)態(tài)鏈接器會(huì)重定位GOT中的每個(gè)表目，使得它包含正確的絕對(duì)地址。PIC代碼在代碼中實(shí)現(xiàn)通過(guò)GOT間接的引用每個(gè)全局變量，這樣，代碼中本來(lái)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)引用就變得復(fù)雜，必須加入得到GOT適當(dāng)表目?jī)?nèi)容的指令。對(duì)只讀數(shù)據(jù)的引用也根據(jù)同樣的道理，所以，加上 IC編譯成的代碼比一般的代碼開(kāi)銷大。

　　經(jīng)常動(dòng)態(tài)的內(nèi)存分配會(huì)造成內(nèi)存碎片，并可能耗盡系統(tǒng)的資源。對(duì)于使用了動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的那些應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，增強(qiáng)健壯性的一種辦法是用預(yù)分配緩沖區(qū)池（Preallocated buffer pool）的辦法來(lái)取代malloc（）調(diào)用。由于uclinux中不使用虛擬內(nèi)存，進(jìn)出內(nèi)存的頁(yè)面交換也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椴荒鼙ＷC頁(yè)面會(huì)被加載到RAM中的同樣位置。

　　uClinux目標(biāo)板處理器缺乏內(nèi)存管理的硬件單元，使得Linux的系統(tǒng)接口需要作些改變。有可能最大的不同就是沒(méi)有fork（）和brk（）系統(tǒng)調(diào)用。 調(diào)用fork（）將復(fù)制出進(jìn)程來(lái)創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程。在Linux下，fork（）是使用copy-on-write頁(yè)面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于沒(méi)有MMU，uclinux不能完整、可靠地復(fù)制一個(gè)進(jìn)程，也沒(méi)有對(duì)copy-on-write的存取。為了彌補(bǔ)這一缺陷，uClinux實(shí)現(xiàn)了vfork（），當(dāng)父進(jìn)程調(diào)用vfork（）來(lái)創(chuàng)建子進(jìn)程時(shí)，兩個(gè)進(jìn)程共享它們的全部?jī)?nèi)存空間，包括堆棧。子進(jìn)程要么代替父進(jìn)程執(zhí)行（此時(shí)父進(jìn)程已經(jīng)sleep）直到子進(jìn)程調(diào)用exitI（）退出，要么調(diào)用exec（）執(zhí)行一個(gè)新的進(jìn)程，這個(gè)時(shí)候?qū)a(chǎn)生可執(zhí)行文件的加載。即使這個(gè)進(jìn)程只是父進(jìn)程的拷貝，這個(gè)過(guò)程也不能避免。當(dāng)子進(jìn)程執(zhí)行exit（）或exec（）后，子進(jìn)程使用wakeup把父進(jìn)程喚醒，父進(jìn)程繼續(xù)往下執(zhí)行。

　　uClinux 既沒(méi)有自動(dòng)生長(zhǎng)的堆棧，也沒(méi)有brk（）函數(shù)，這樣，用戶空間的程序必須使用mmap（） 命令來(lái)分配內(nèi)存。為了方便，在uclinux的C語(yǔ)言庫(kù)中所實(shí)現(xiàn)的malloc（）實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)mmap（）。在編譯時(shí)，可以指定程序的堆棧大小。

　　總結(jié)：在應(yīng)用程序移植到uClinux，以及自己寫代碼的過(guò)程中，我們將始終圍繞這幾個(gè)特性來(lái)做：

　　1， 在configure時(shí)，如果可能則需要在configure時(shí)，選上—disable-shared和—enable-static.

　　2， 將源代碼中所有出現(xiàn)的fork（）改成vfork（）;

　　3， 在Makefile中的交叉編譯器和編譯選項(xiàng)，鏈接選項(xiàng)里加上-Wl，-elf2flt。盡管這只是一個(gè)鏈接選項(xiàng)，但我還是小心地在LDFLAGS和CFLAGS，甚至在CC中指定了該選項(xiàng)。

　　改選項(xiàng)是將ELF格式轉(zhuǎn)換成uClinux所能識(shí)別的FLAT格式。在做這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，我們是不能對(duì)ELF文件使用strip去除一些信息，更有甚者不能使用-O2 選項(xiàng)來(lái)優(yōu)化代碼。因?yàn)槿サ舻哪承┬畔⒖赡軐?dǎo)致最終生成的FLAT格式文件運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題。