【文章內(nèi)容簡介】 至那時為止，它的用戶基數(shù)已經(jīng)發(fā)展得很大，而且Linux的核心開發(fā)隊伍也建立起來了。Linux內(nèi)核本身并不是操作系統(tǒng)，它是一個完整操作系統(tǒng)的組成部分。Red Hat、Novell、Debian和Gentoo等Linux發(fā)行商都采用Linux內(nèi)核，然后加入更多的工具、庫和應用程序來構(gòu)建一個完整的操作系統(tǒng)。Linux發(fā)行商一般會根據(jù)自己的需要對基本內(nèi)核進行定制，在一些情況下，不同的Linux版本會在自己的內(nèi)核中加入主內(nèi)核中沒有的特性和支持，如Red ；再如Ubuntu T1處理器的支持，而這種支持目前還沒有出現(xiàn)在主內(nèi)核中。 linux內(nèi)核系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Linux 內(nèi)核主要由5個模塊構(gòu)成，它們分別是：進程調(diào)度模塊、內(nèi)存管理模塊、文件系統(tǒng)模塊、進程間通信模塊和網(wǎng)絡接口模塊。進程調(diào)度模塊用來負責控制進程對CPU資源的使用。所采取的調(diào)度策略是各進程能夠公平合理地訪問CPU，同時保證內(nèi)核能及時地執(zhí)行硬件操作。內(nèi)存管理模塊用于確保所有進程能夠安全地共享機器主內(nèi)存區(qū)，同時，內(nèi)存管理模塊還支持虛擬內(nèi)存管理方式，使得Linux支持進程使用比實際內(nèi)存空間更多的內(nèi)存容量。并可以利用文件系統(tǒng)把暫時不用的內(nèi)存數(shù)據(jù)塊交換到外部存儲設備上去，當需要時再交換回來。文件系統(tǒng)模塊用于支持對外部設備的驅(qū)動和存儲。虛擬文件系統(tǒng)模塊通過向所有的外部存儲設備提供一個通用的文件接口，隱藏了各種硬件設備的不同細節(jié)。從而提供并支持與其他操作系統(tǒng)兼容的多種文件系統(tǒng)格式。進程間通信模塊子系統(tǒng)用于支持多種進程間的信息交換方式。網(wǎng)絡接口模塊提供對多種網(wǎng)絡通信標準的訪問并支持許多網(wǎng)絡硬件?！　∵@幾個模塊之間的依賴關(guān)系如圖21所示。其中的連線代表它們之間的依賴關(guān)系，虛線和虛框部分表示Linux (從Linux ，)。圖2 1 Linux內(nèi)存系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)及相互依賴關(guān)系由圖可以看出，所有的模塊都與進程調(diào)度模塊存在依賴關(guān)系。因為它們都需要依靠進程調(diào)度程序來掛起(暫停)或重新運行它們的進程。通常，一個模塊會在等待硬件操作期間被掛起，而在操作完成后才可繼續(xù)運行。例如，當一個進程試圖將一數(shù)據(jù)塊寫到軟盤上去時，軟盤驅(qū)動程序就可能在啟動軟盤旋轉(zhuǎn)期間將該進程置為掛起等待狀態(tài)，而在軟盤進入到正常轉(zhuǎn)速后再使得該進程能繼續(xù)運行。另外3個模塊也是由于類似的原因而與進程調(diào)度模塊存在依賴關(guān)系。其他幾個模塊的依賴關(guān)系有些不太明顯，但同樣也很重要。進程調(diào)度子系統(tǒng)需要使用內(nèi)存管理來調(diào)整一特定進程所使用的物理內(nèi)存空間。進程間通信子系統(tǒng)則需要依靠內(nèi)存管理器來支持共享內(nèi)存通信機制。這種通信機制允許兩個進程訪問內(nèi)存的同一個區(qū)域以進行進程間信息的交換。虛擬文件系統(tǒng)也會使用網(wǎng)絡接口來支持網(wǎng)絡文件系統(tǒng)(NFS)，同樣也能使用內(nèi)存管理子系統(tǒng)提供內(nèi)存虛擬盤(ramdisk)設備。而內(nèi)存管理子系統(tǒng)也會使用文件系統(tǒng)來支持內(nèi)存數(shù)據(jù)塊的交換操作。 一般地，可以從Linux內(nèi)核版本號來區(qū)分系統(tǒng)是否是Linux穩(wěn)定版還是測試版。，2代表主版本號，6代表次版本號，0代表改動較小的末版本號。在版本號中，序號的第二位為偶數(shù)的版本表明這是一個可以使用的穩(wěn)定版本，而序號的第二位為奇數(shù)的版本一般有一些新的東西加入，是個不一定很穩(wěn)定的測試版本。這樣穩(wěn)定版本來源于上一個測試版升級版本號，而一個穩(wěn)定版本發(fā)展到完全成熟后就不再發(fā)展。Linux內(nèi)核是Linux操作系統(tǒng)中最核心的部分，用于實現(xiàn)對硬件部件的編程控制和接口操作。，優(yōu)點更加突出：（1）模塊子系統(tǒng)（Module Subsystem）、統(tǒng)一設備模型（Unified Device Model）和 PNP支持模塊子系統(tǒng)發(fā)生了重大變化。（2）穩(wěn)定性有所提高：為了徹底避免內(nèi)核加載或者導出正在被使用的內(nèi)核模塊，或者至少為了減少加載或者卸載模塊的同時使用該模塊的可能性（這有時會導致系統(tǒng)崩潰），內(nèi)核加載和導出內(nèi)核模塊的過程都得到了改進。（3）統(tǒng)一設備模型：。它促進了模塊接口的標準化，其目的是更好地控制和管理設備，例如：更準確地確定系統(tǒng)設備。電源管理和設備電源狀態(tài)。改進的系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)管理。（4）即插即用支持：。例如，對ISA PNP擴展、遺留MCA和EISA總線以及熱插拔設備的PNP支持。（5）內(nèi)核基礎設施的變化：。創(chuàng)建了新的sysfs文件系統(tǒng)，當內(nèi)核發(fā)現(xiàn)設備樹時就會描述它。內(nèi)存支持，NUMA支持，支持更大數(shù)量的RAM。，在分頁模式下最高可達64GB。（6）NUMA：對非一致內(nèi)核訪問（NonUniform Memory Access，簡稱NUMA）。（7）線程模型，NPTL： Threads， NPTL（Native POSIX Thread Library）。NPTL為Linux帶來了企業(yè)級線程支持，提供的性能遠遠超過了Linux Threads。它所基于的用戶與內(nèi)核線程的比率是1:1。（8）性能改進：新的調(diào)度器算法， (1)算法。在高負載情況下它運行得特別好。新的調(diào)度器基于每個CPU來分布時間片，這樣就消除了全局同步和重新分配循環(huán)，從而提高了性能。內(nèi)核搶占（Kernel Preemption）。這將顯著地提高交互式和多媒體應用程序的性能。I/O性能改進，Linux的I/O子系統(tǒng)也發(fā)生了重大的變化，通過修改I/O調(diào)度器來確保不會有進程駐留在隊列中過長時間等待進行輸入/輸出操作，這樣就使得I/O操作的響應更為迅速?？焖儆脩艨臻g互斥（Fast UserSpace Mutexes），“futexes”（快速用戶空間互斥）可以使線程串行化以避免競態(tài)條件，引入它也提高了響應速度。 通過在內(nèi)核空間中部分實現(xiàn)“futexes”以允許基于競爭設置等待任務的優(yōu)先級而實現(xiàn)改進。（9）擴展性改進：處理器數(shù)目更多。支持更大的內(nèi)存，歸功于PAE（物理地址擴展，Physical Address Extensions），在32位系統(tǒng)上分頁模式下所支持的內(nèi)存增加到了64GB。用戶和組，惟一用戶和組的數(shù)量從65000增至40多億，也就是從16位增加到了32位。PID的數(shù)量，PID的最大數(shù)量從32000增至10億。打開文件描述符的數(shù)量，打開文件描述符的數(shù)量沒有增加，但是不再需要事先設置該參數(shù)，它將自行調(diào)節(jié)。（10）支持更多的設備：，內(nèi)核中有可以約束大型系統(tǒng)的限制，比如每條鏈256個設備。，不但可以支持更多類型的設備，而且支持更多同類型的設備。在Linux ，可以支持4095種主要的設備類型，每一個單獨的類型可以有超過一百萬個子設備。文件系統(tǒng)大小。 （11）文件系統(tǒng)：extext3 和Reiser FS等傳統(tǒng)Linux文件系統(tǒng)得到了顯著的改進。最值得注意的改進是擴展屬性（或文件元數(shù)據(jù)）的引入。最重要的是POSIX ACL的實現(xiàn)，這是對普通UNIX權(quán)限的擴展，可以支持更細化的用戶訪問控制。除了對傳統(tǒng)Linux文件系統(tǒng)的改進支持以外，新的內(nèi)核完全支持在Linux中相對較新的XFS文件系統(tǒng)。（New Technology File System，新技術(shù)文件系統(tǒng)）文件系統(tǒng)的改進的支持，現(xiàn)在允許以讀/寫模式安裝NTFS文件系統(tǒng)。，支持的文件系統(tǒng)有：——Yaffs 可讀寫的文件系統(tǒng)，默認使用?！狢ramfs 壓縮的只讀文件系統(tǒng)，一般不推薦使用?！狤xt2 接硬盤時可使用。——Fat32 接移動存儲設備時使用。——NFS 網(wǎng)絡文件系統(tǒng)，可方便調(diào)試應用程序以及驅(qū)動程序。3. 嵌入式Linux系統(tǒng)GUI設計分析嵌入式系統(tǒng)的圖形用戶界面GUI是嵌入式系統(tǒng)與人與計算機之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，是計算機的重要組成部分，用戶界面的發(fā)展經(jīng)歷了命令語言界面、菜單界面、圖形用戶界面和直接操作界面等過程。 圖形用戶界面概述所謂GUI（Graphics User Interface）就是圖形用戶界面，是指計算機與其使用者之間的對話接口，是計算機系統(tǒng)的重要組成部分。一個圖形用戶界面系統(tǒng)通常由三個基本層次組成，即顯示模型、窗口模型和用戶模型。用戶模型包含了顯示和交互的主要特征。圖31給出了圖形用戶界面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。桌面管理系統(tǒng)用戶模型窗口模型顯示模型操作系統(tǒng)硬件平臺圖31 圖形用戶界面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)當前嵌入式Linux系統(tǒng)迫切需要輕量級的GUI，幸運的是，不少廠家和開放源碼組織已經(jīng)提供了這樣的GUI，如Qt/Embedded，Microwindows，MiniGUI等。盡管已具備了基本的輕量級GUI系統(tǒng)，但由于Flash磁盤空間、內(nèi)存資源和功耗的限制，嵌入式Linux系統(tǒng)上的GUI應用軟件設計很大程序上不同于桌面系統(tǒng)應用軟件的開發(fā)。比如，應用程序的用戶界面就需要精心定制，來方便用戶在較小尺寸的屏幕上輸入輸出；又如，嵌入式系統(tǒng)上的應用程序一般不允許崩潰，所以必須采取安全有效的內(nèi)存管理策略保證程序的可靠性。 嵌入式系統(tǒng)的GUI簡介嵌入式GUI就是在嵌入式系統(tǒng)中為特定的硬件設備或環(huán)境而設計的圖形用戶界面系統(tǒng)。所以嵌入式GUI不但要有GUI的特征，在實際應用中，嵌入式系統(tǒng)對它來說還有如下的基本要求：占用資源少，高性能，高可靠性，可配置下面，我們將簡要介紹集中常見的嵌入式系統(tǒng)的GUI，并對他們的優(yōu)缺點進行比較。1）OpenGUIOpenGUI基于一個用匯編實現(xiàn)的x86圖形內(nèi)核，提供了一個高層的C/C++圖形/窗口接口。它和MiniGUI一樣，也是使用LGPL許可證。OpenGUI提供了2維繪圖原語，消息驅(qū)動的API、BMP文件格式支持。OpenGUI功能強大、使用方便。用戶甚至可以實現(xiàn)Borland BGI風格的應用程序，或者是QT風格的窗口。OpenGUI支持鼠標和鍵盤的事件。在Linux上基于Framebuffer3或者SVGALib4實現(xiàn)繪圖。Linux下OpenGUI也支持Mesa3D。顏色模型方面，OpenGUI已經(jīng)支持132位模型。由于其基于匯編實現(xiàn)的內(nèi)核并利用MMX指令進行了優(yōu)化，OpenGUI運行速度非?？?，可以用UltraFast形容，它支持32位的機器，能夠在MSDOS，QNX5和Linux下運行，主要用來在這些系統(tǒng)中開發(fā)圖形應用程序和游戲。OpenGUI非常穩(wěn)定，但可移植性因為其內(nèi)核使用匯編語言實現(xiàn)會受到影響。2）MiniGUIMiniGUI 是 Linux 控制臺上運行的，基于 SVGALib 和 LinuxThread6 庫的多窗口圖形用戶界面支持系統(tǒng)。MiniGUI 采用了類 Win32 的 API 接口， 實現(xiàn)了簡化的類 Windows 98 風格的圖形用戶界面。 MiniGUI也是一個窗口系統(tǒng)，他的主要組成元素是窗口，在這個基礎上 MiniGUI 中的窗口可以基本分四類，分別為主窗口、對話框、控件和主窗口中的窗片。MiniGUI 中的主窗口和 Windows 應用程序的主窗口概念類似， MiniGUI 中的每個主窗口對應于一個單獨的線程，通過函數(shù)調(diào)用可建立主窗 口以及對應的線程。每個線程有一個消息隊列，主窗口從這一消息隊列中獲取消息并由窗口過程（回調(diào)函數(shù)）進行處理。 MiniGUI的目標是保持現(xiàn)有小巧的特點，在 Linux 控制臺上提供一個小 的窗口系統(tǒng)支持，“小”是MiniGUI的特色。同時MiniGUI又將盡力與微軟的 MSWindows API保持兼容。這么定位是希望MiniGUI可以在未來以Linux 為基礎的應用平臺上提供一個簡單可行的 GUI 支持系統(tǒng)，讓MiniGUI 可以 應用在 Windows CE 可以應用的任何場合。3）QT/EmbeddedQt是Trolltech 公司的一個產(chǎn)品，是一個多平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架。它提供給應用程序開發(fā)者建立藝術(shù)級的圖形用戶界面所需的所有功能。Qt是完全面向?qū)ο蟮暮苋菀讛U展，并且允許真正地組件編程。 自從1996年早些時候，Qt進入商業(yè)領(lǐng)域，它已經(jīng)成為全世界范圍內(nèi)數(shù)千種成功的應用程序的基礎。Qt也是流行的Linux桌面環(huán)境KDE 的基礎，KDE是所有主要的Linux發(fā)行版的一個標準組件。 Qt/Embedded 是 Trolltech 公司的另一個產(chǎn)品，雖然走Open Source開發(fā)路線，采用GPL授權(quán)，但商業(yè)用的要付費。Qt/Embedded是Qt的嵌入式Linux端口，是完整的自包含C++GUI和基于Linux的嵌入式平臺開發(fā)工具。大范圍的Qt/Embedded API可用于多種開發(fā)項目。Qt/Embedded可以開發(fā)市場上多種類型的產(chǎn)品和設備，從消費電器（移動電話、聯(lián)網(wǎng)板和set top盒）到工業(yè)控制設備（如醫(yī)學成像設備、移動信息系統(tǒng)等）。這套環(huán)境提供的API和Qt/Windows 與Qt/X11相同，但不需要使用到X11，取而代之的提供從硬件接口、繪圖程序庫和完整的GUI工具。Qt/Embedded 對存儲內(nèi)存的需求約在800kB到3MB（Intel 下x86）。其另一個特點就是跨平臺，用Qt API開發(fā)出來的應用程序，可以在不同的操作系統(tǒng)和視窗系統(tǒng)上執(zhí)行，如圖32所示。圖32 Qt視窗環(huán)境架構(gòu)圖綜上所述，我們把前面幾種GUI進行了對比，如表33所示。名稱參數(shù)MiniGUIOpenGUIQt/EmbeddedAPI（完備性）Win32（很完備）私有（很完備）Qt（C＋＋）（很完備）函數(shù)庫典型大小300KB300KB600KB移植性很好只支持x86平臺較好授權(quán)條款LGPLLGPLQPL/GPL系統(tǒng)消耗小最小最大操作系統(tǒng)支持LinuxLinux，DOS，QNXLinux表33 常見GUI參數(shù)比較 GUI的組成桌面：在啟動時顯示，也是界面中最底層，有時也指代包括窗口、文件瀏覽器在內(nèi)的“桌面環(huán)境”。在桌面上由于可以重疊顯示窗口，因此可以實現(xiàn)多任務化。一般的界面中，桌面上放有各種應用程序和數(shù)據(jù)的圖標，用戶可以依此開始工作。桌面與既存的文件夾構(gòu)成里面相違背，所以要以特殊位置的文件夾的參照形式來定義內(nèi)容。比如在微軟公司的Windows XP系統(tǒng)中，各種用戶的桌面內(nèi)容實際保存在系統(tǒng)盤（默認為C盤）：\Documents and Settings\[用戶名]\桌面 文件夾里。 墻紙，即桌面背景。可以設置為各種圖片和各種附件，成為視覺美觀的重要因素之一。 視