linux *** 作系统架构概念

linux *** 作系统架构概念

1 Linux 分层概念

   

1）内核：Linux 启动首先启动内核，管理硬件，使能CPU，内存空间，硬盘接口，USB接口，网络接口等，应用所有的指令都需要通过内核传送给外设硬件，实现功能。

2）系统调用：Linux将内核功能接口设计为系统调用（system call），应用程序可以进行调用，这种系统调用大概200多个。

3） 用户空间：用户应用程序。

4）Linux定义库函数将系统调用组合某些常用的功能。

5）Shell：充当用户界面，可以通过系统调用，和内存通讯。

 

区分内核和用户空间原因：

 1） 应用程序的移植性。

 2） 保护内核，

 3） 两个空间的切换条件：系统调用和硬件中断。

2 内核部分详解

 

内核是 *** 作系统的核心，主要负责管理系统的进程，内存，设备驱动，虚拟系统文件，网络系统，决定着系统的性能和稳定性。

 1 进程调度；2 进程间通信；3 内存管理；4 虚拟文件系统；5 网络接口。

Linux 系统移植组成部分：

1） 搭建交叉开发环境

  在PC机开发出能够在目标机（开发板）上运行的程序。

原因是1 嵌入式系统的硬件资源不是很丰富，入CPU的主频低内存容量小，PC机的CPU快，硬件资源多，开发效率高；2 嵌入式系统的MCU体系结构和指令集不同。

2） BootLoader的选择和移植‘

   BootLoader在 *** 作系统运行之前运行的程序，初始化硬件设备，建立内存空间的映射图，将系统的软件和硬件准备好，为最终的调用 *** 作系统内核做准备好正确的环境。

SRAM上电可以运行，内存（SDRAM）需要初始化才能够工作，所以BootLoader需要对内存进行初始化，并且把内核搬到内存中。

 BootLoader分类：

以Uboot为列，介绍如下：

 1） 源码开放

 2） 支持多种 *** 作系统，如linux，QNX，NetBSD，VxWorks，RTEMS，ARTOS，LynxOS

 3） 支持多种处理器架构，如PowerPC，ARM，X86，MIPS，XScale

 4） 高度灵活的功能设置

 5） 丰富的设备驱动源码

 6） 较高的可靠性和稳定性

 Uboot的启动过程：

 BootLoader分为stage1 和stage2 两部分，Stage1部分主要是依赖于CPU体系结构的代码，可以用汇编实现；Stage2 部分用C语言实现，实现复杂的功能，具有更好的可读性和移植性。

Stage1 代码通常放在start.s文件中。

1. 定义入口，由于一个可执行的image文件必须有一个入口点，只能有一个全局入口，通常是ROM的0x0地址，编译器必须知道该入口，可以通过修改连接器的脚本完成。
2. 设置异常向量。
3. 设置CPU的速度，时钟频率，中断控制寄存器。
4. 初始化内存控制器。
5. 将rom中的代码复制到ram中。
6. 初始化堆栈。
7. 转到ram中执行，可以用指令ldrpc实现。

Stage2 ib_arm/board.c中的start armboot是C语言开始的函数，也是整个启动代码中C语言的主函数。

1. 调用一系列的初始化函数。
2. 初始化flash设备。
3. 初始化系统内存分配函数。
4. 初始化nand设备，显示设备，网络设备。
5. 进入命令循环（整个boot的工作循环），接受用户输入的命令，执行对应的工作。

3 Kernel的配置，编译，移植

1. 下载内核并拷贝到指定目录
2. 修改顶层的Makefile文件，主要修改平台的体系架构和交叉编译器
3. 拷贝标准版的配置文件，目的是得到我们开发板的配置信息，就是把相应平台的——deconfig直接拷贝到顶层的config文件中，config文件中记录了移植平台的平台信息，系统会选择对应的相关代码和模块，然后保存配置信息，系统会把所以的配置信息保存在顶层的config文件中。
4. 配置内核，在Kconfig和Makefile 的文件进行配置。
5. 编译内核，编译是静态编译，会根据config文件选择源代码进行编译。
6. 通过tftp网络服务下载测试内核。

4 文件系统概念

  1）文件系统是内核一部分，主要实现系统的存储介质和其他的资源交互，嵌入式 *** 作系统分为uboot，kernel，文件系统。BootLoader的加载了内核，内核启动，加载文件系统，表示整个linux系统启动。Linux 启动时，第一个挂载必须是根文件系统，成功之后才能手动或自动的挂在其他的文件系统，挂在文件系统时，需要有文件系统的类型，文件系统本身以及挂载点。

  2）根文件系统目录：

1. bin目录：存放用户基本命令，必须和根文件系统在一个分区，在挂在其他的文件系统之前已经可以使用。
2. sbin目录：存放系统命令，主要用于存放基本的系统命令，用于启动和修复系统等，必须和根文件系统相同分区，在挂在其他文件系统之前已经可以使用。
3. dev目录：存放设备文件，以文件的形式访问各种设备，读写 *** 作，类似于外设驱动。
4. etc目录：存放各种配置文件，目录文件是可选的，依赖于系统中所拥有的应用程序是否需要配置文件，这部分可以裁剪。
5. lib目录：存放共享库和可加载驱动程序，共享库用于启动系统。
6. home目录：用户目录，可选，存放用户的相关配置文件。
7. root目录：根用户目录。
8. usr目录：该目录内容可以存放在另外一个分区，系统启动之后可以再挂接到该目录下。里面存放的是共享，只读的程序和数据。
9. var目录：与usr目录相反，存放可变的数据，如spool目录，log文件，临时文件。
10. Proc目录：空目录，可作为proc文件系统的挂接点，proc文件系统是虚拟的文件系统，没有实际的存储设备，里面的目录，文件都是由内核临时生成的，表示系统的状态，也可以 *** 作其中的文件控制系统。
11. Mnt目录：用于临时挂在某个文件系统的挂接点，一般是空目录，也可创建子目录，临时挂在光盘或硬盘。
12. Tmp目录：存放临时文件，并且可以访问。

可以使用Busybox制作文件系统，创建上面的目录以及目录下面的文件。

主流的文件系统格式：Ext2，Ext3，JFS，XFS，VFAT等。