linux

　　Linux是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統(tǒng)，是一個基于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)計思想，是一個性能穩(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可安裝在各種計算機硬件設(shè)備中，比如手機、平板電腦、路由器、視頻游戲控制臺、臺式計算機、大型機和超級計算機。嚴格來講，

　　Linux這個詞本身只表示Linux內(nèi)核，但實際上人們已經(jīng)習慣了用Linux來形容整個基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU 工程各種工具和數(shù)據(jù)庫的操作系統(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，同時也是開放源碼的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是針對目標處理器沒有存儲管理單元MMU（Memory Management Unit）的嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的。它已經(jīng)被成功地移植到了很多平臺上。由于沒有MMU，其多任務(wù)的實現(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，開放源代碼。它原本被設(shè)計為桌面系統(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這個英文單詞中u表示Micro，小的意思，C表示Control，控制的意思，所以uClinux就是Micro-Control-Linux，字面上的理解就是“針對微控制領(lǐng)域而設(shè)計的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、機頂盒、PDA等領(lǐng)域，與標準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uCLinux來說，其設(shè)計針對沒有MMU的處理器，不能使用處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)。uCLinux仍然采用存儲器的分頁管理，系統(tǒng)在啟動時把實際存儲器進行分頁。在加載應(yīng)用程序時程序分頁加載。但是由于沒有MMU管理，所以實際上uCLinux采用實存儲器管理策略。uCLinux系統(tǒng)對于內(nèi)存的訪問是直接的，所有程序中訪問的地址都是實際的物理地址。操作系統(tǒng)對內(nèi)存空間沒有保護，各個進程實際上共享一個運行空間。一個進程在執(zhí)行前，系統(tǒng)必須為進程分配足夠的連續(xù)地址空間，然后全部載入主存儲器的連續(xù)空間中。

　　沒有內(nèi)存保護（Memory Protection）的操作會導(dǎo)致這樣的結(jié)果：即使由無特權(quán)的進程來調(diào)用一個無效指針，也會觸發(fā)一個地址錯誤，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)上運行的代碼必須仔細編程，并深入測試來確保健壯性和安全。

　　由內(nèi)核所加載的進程必須能夠獨立運行，與它們在內(nèi)存中的位置無關(guān)。實現(xiàn)這一目標的第一種辦法是一旦程序被加載到RAM中，那么程序的基準地址就“固定”下來；另一種辦法是產(chǎn)生只使用相對尋址的代碼（稱為“位置無關(guān)代碼”，Position Independent Code，簡稱PIC）。uClinux對這兩種模式都支持。

　　ELF可以生成一種特殊的代碼——與位置無關(guān)的代碼（position-independent code，PIC）。用戶對gcc使用-fPIC指示GNU編譯系統(tǒng)生成PIC代碼。它是實現(xiàn)共享庫或共享可執(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程中動態(tài)鏈接共享庫。

　　PIC的實現(xiàn)運用了一個事實，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與代碼段和數(shù)據(jù)段的絕對存儲器位置無關(guān)的常量。因此，編譯器在數(shù)據(jù)段開始的地方創(chuàng)建了一個表．叫做全局偏移量表（global offset table．GOT）。GOT包含每個被這個目標模塊引用的全局數(shù)據(jù)目標的表目。編譯器還為GOT中每個表目生成一個重定位記錄。在加載時，動態(tài)鏈接器會重定位GOT中的每個表目，使得它包含正確的絕對地址。PIC代碼在代碼中實現(xiàn)通過GOT間接的引用每個全局變量，這樣，代碼中本來簡單的數(shù)據(jù)引用就變得復(fù)雜，必須加入得到GOT適當表目內(nèi)容的指令。對只讀數(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銷大。

　　經(jīng)常動態(tài)的內(nèi)存分配會造成內(nèi)存碎片，并可能耗盡系統(tǒng)的資源。對于使用了動態(tài)內(nèi)存分配的那些應(yīng)用程序來說，增強健壯性的一種辦法是用預(yù)分配緩沖區(qū)池（Preallocated buffer pool）的辦法來取代malloc（）調(diào)用。由于uclinux中不使用虛擬內(nèi)存，進出內(nèi)存的頁面交換也沒有實現(xiàn)，因為不能保證頁面會被加載到RAM中的同樣位置。

　　uClinux目標板處理器缺乏內(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有fork（）和brk（）系統(tǒng)調(diào)用。 調(diào)用fork（）將復(fù)制出進程來創(chuàng)建一個子進程。在Linux下，fork（）是使用copy-on-write頁面來實現(xiàn)的。由于沒有MMU，uclinux不能完整、可靠地復(fù)制一個進程，也沒有對copy-on-write的存取。為了彌補這一缺陷，uClinux實現(xiàn)了vfork（），當父進程調(diào)用vfork（）來創(chuàng)建子進程時，兩個進程共享它們的全部內(nèi)存空間，包括堆棧。子進程要么代替父進程執(zhí)行（此時父進程已經(jīng)sleep）直到子進程調(diào)用exitI（）退出，要么調(diào)用exec（）執(zhí)行一個新的進程，這個時候?qū)a(chǎn)生可執(zhí)行文件的加載。即使這個進程只是父進程的拷貝，這個過程也不能避免。當子進程執(zhí)行exit（）或exec（）后，子進程使用wakeup把父進程喚醒，父進程繼續(xù)往下執(zhí)行。

　　uClinux 既沒有自動生長的堆棧，也沒有brk（）函數(shù)，這樣，用戶空間的程序必須使用mmap（） 命令來分配內(nèi)存。為了方便，在uclinux的C語言庫中所實現(xiàn)的malloc（）實質(zhì)上就是一個mmap（）。在編譯時，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程中，我們將始終圍繞這幾個特性來做：

　　1， 在configure時，如果可能則需要在configure時，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，鏈接選項里加上-Wl，-elf2flt。盡管這只是一個鏈接選項，但我還是小心地在LDFLAGS和CFLAGS，甚至在CC中指定了該選項。

　　改選項是將ELF格式轉(zhuǎn)換成uClinux所能識別的FLAT格式。在做這個轉(zhuǎn)換過程，我們是不能對ELF文件使用strip去除一些信息，更有甚者不能使用-O2 選項來優(yōu)化代碼。因為去掉的某些信息可能導(dǎo)致最終生成的FLAT格式文件運行出現(xiàn)問題。