嵌入式Linux系統(tǒng)中內(nèi)核抽象的動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)簡介
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OS Portal的結(jié)構(gòu)通常，內(nèi)核動態(tài)加載模塊的時候，模塊的連接工作由內(nèi)核完成。Chang DaWei的方法的獨特之處在于把模塊連接的工作交給服務(wù)器端執(zhí)行，不但降低了對內(nèi)存空間的需求，也減輕了內(nèi)核的負(fù)擔(dān)。
2、其他相關(guān)研究
(1) 基于FPGA的可動態(tài)配置的片上系統(tǒng)
FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)是電子設(shè)計領(lǐng)域中最具活力和發(fā)展前途的一項技術(shù)。FPGA能完成任何數(shù)字器件的功能，上至高性能CPU,下至簡單的74電路，都可以用它來實現(xiàn)。FPGA在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。John Williams和Neil Bergmann用uCLinux作為操作系統(tǒng)平臺，設(shè)計出可動態(tài)配置的片上系統(tǒng)(rSoC)。uCLinux從遠(yuǎn)程服務(wù)器上下載FPGA程序代碼，然后利用shell腳本工具將代碼寫進(jìn)FPGA芯片，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的可動態(tài)擴(kuò)展。
(2) 動態(tài)更新Linux內(nèi)核變量的方法
在進(jìn)行Linux內(nèi)核嵌入式開發(fā)時，經(jīng)常使用內(nèi)核啟動過程中讀取靜態(tài)配置文件內(nèi)容的方法對內(nèi)核某些變量進(jìn)行初始化。當(dāng)靜態(tài)配置文件改動時，只有重新啟動內(nèi)核才能使新的配置生效。北京科技大學(xué)的田玉鳳等人通過修改文件./include/linux/proc_fs.h，重新編譯、安裝新內(nèi)核后，利用/proc文件系統(tǒng)，可動態(tài)改變Linux內(nèi)核變量。
(3) 在用戶空間擴(kuò)展Linux操作系統(tǒng)功能的方法
與內(nèi)核空間功能擴(kuò)展相比，在用戶空間擴(kuò)展安全性更強，對Linux操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序更加透明。魏東林、盧正鼎等人通過在用戶空間跟蹤截獲系統(tǒng)調(diào)用并更改系統(tǒng)調(diào)用的行為來達(dá)到擴(kuò)展操作系統(tǒng)功能的目的。從本質(zhì)上來說，該方法和本文第1部分提到的可擴(kuò)展內(nèi)核技術(shù)是一樣的。
3、動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢
(1) 高實時性是嵌入式系統(tǒng)的基本要求
由于Linux是一種通用操作系統(tǒng)，而不是一個真正的實時操作系統(tǒng)，內(nèi)核不支持事件優(yōu)先級和搶占實時特性(2003年底推出的Linux2.6內(nèi)核實現(xiàn)了一定程度上的可搶占性)，所以，在進(jìn)行嵌入式Linux系統(tǒng)動態(tài)擴(kuò)展性研究開發(fā)時，首要的問題是擴(kuò)展Linux的實時性能。系統(tǒng)在進(jìn)行動態(tài)擴(kuò)展的過程中，如果擴(kuò)展的過程時間太長，肯定會影響到系統(tǒng)的實時響應(yīng)，所以要求擴(kuò)展過程快速完成，例如基于LKM的內(nèi)核擴(kuò)展機(jī)制。如果模塊加載或替換的時間太長，在規(guī)定的時間內(nèi)不能完成，這對于嵌入式Linux的某些應(yīng)用來說是不能接受的。
(2) 資源有限性是嵌入式系統(tǒng)基本特征
嵌入式系統(tǒng)無多余軟件也無多余硬件存儲器，增加存儲空間意味著成本的上升。在非常有限的存儲空間中要實現(xiàn)快速的內(nèi)核動態(tài)擴(kuò)展，對研究人員來說是一個極大的挑戰(zhàn)。在桌面PC世界，雖然已經(jīng)有很多動態(tài)擴(kuò)展系統(tǒng)功能的方法，但在嵌入式世界很難實現(xiàn)。例如Linux系統(tǒng)的LKM機(jī)制，若模塊加載過程不經(jīng)改造，在嵌入式Linux系統(tǒng)中是不能使用的。
(3) 期待完善的集成開發(fā)環(huán)境
一個完整的嵌入式系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境一般需要編譯/連接器、內(nèi)核調(diào)試/跟蹤器和集成圖形界面開發(fā)平臺。其中的集成圖形界面開發(fā)平臺包括編輯器、調(diào)試器、軟件仿真器和監(jiān)視器等。在Linux系統(tǒng)中，具有功能強大的gcc編譯器工具鏈，使用了基于GNU的調(diào)試器gdb的遠(yuǎn)程調(diào)試功能，一般由一臺客戶機(jī)運行調(diào)試程序調(diào)試宿主機(jī)運行的操作系統(tǒng)內(nèi)核;在使用遠(yuǎn)程開發(fā)時還可以使用交叉平臺的方式，如在Windows平臺下的調(diào)試跟蹤器對Linux的宿主系統(tǒng)作調(diào)試。但是，Linux在基于圖形界面的特定系統(tǒng)定制平臺的研究上，與Windows操作系統(tǒng)相比還存在差距。因此，要使嵌入式Linux動態(tài)擴(kuò)展的研究更加方便、快捷，整體集成開發(fā)環(huán)境還有待提高和完善。
桌面Linux使用LKM技術(shù)成功實現(xiàn)了系統(tǒng)功能的動態(tài)擴(kuò)展。嵌入式Linux繼承了桌面Linux絕大部分功能和特性，桌面Linux固有的LKM機(jī)制為嵌入式Linux動態(tài)擴(kuò)展的研究帶來了先天性的優(yōu)勢，可大大節(jié)省研究人員的時間和精力。在動態(tài)模塊替換方面也有了很大的發(fā)展，Chris Walton等人通過對二空間拷貝垃圾回收算法進(jìn)行改進(jìn)，在2000年提出了一種動態(tài)模塊替換的抽象機(jī)模型。
基于JOS的動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)是一個主要發(fā)展方向。Java代碼可移植性強，容易維護(hù)，在嵌入式系統(tǒng)上很有發(fā)展前途。采用Java技術(shù)的另外一個好處是可實現(xiàn)代碼重用，在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)時不必每次都從零開始。很多研究成果也促進(jìn)了Java在嵌入式系統(tǒng)上的應(yīng)用。Derek Rayside等人在2002年提出一種類庫子集選擇方法[10]。該方法可以讓嵌入式系統(tǒng)中的Java程序在運行時從遠(yuǎn)程Java類庫中僅選擇所需要的子集，然后下載到本地系統(tǒng)，從而減小對嵌入式系統(tǒng)存儲空間的需求，解決了因Java語言的類庫太大而阻礙了在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。
結(jié)束語
隨著嵌入式Linux的快速發(fā)展和嵌入式Linux設(shè)備的普及，人們對可動態(tài)擴(kuò)展的嵌入式Linux的需求越來越迫切。目前主要的幾種可動態(tài)擴(kuò)展系統(tǒng)功能的技術(shù)，例如微內(nèi)核技術(shù)、JOS技術(shù)、LKM技術(shù)等，由于嵌入式系統(tǒng)的存儲空間有限，實時性要求高，在應(yīng)用到嵌入式Linux系統(tǒng)中時都有所不足。其中，桌面Linux固有的LKM機(jī)制為嵌入式Linux動態(tài)擴(kuò)展的研究帶來了先天性的優(yōu)勢;另外，Java代碼可移植性強，維護(hù)容易，在嵌入式系統(tǒng)上很有發(fā)展前途，因此基于JOS的動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)是另一個主要發(fā)展方向。最后，一個完善的嵌入式Linux集成開發(fā)環(huán)境是每一個開發(fā)人員所期待的。 本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/148582.htm linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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