嵌入式操作系統(tǒng)原理ppt教學(xué)課件

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1、嵌入式操作系統(tǒng)原理嵌入式LINUX操作系統(tǒng)開發(fā)體系結(jié)構(gòu)概覽進(jìn)程與調(diào)度管理內(nèi)存管理文件系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用體系結(jié)構(gòu)概覽體系結(jié)構(gòu)概覽內(nèi)核的功能進(jìn)程控制(processmanagement)內(nèi)存管理(Memorymanagement)文件系統(tǒng)管理(Filesystemmanagement)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(Devicecontrol)網(wǎng)絡(luò)(Networking)內(nèi)核層次內(nèi)核在系統(tǒng)中的位置用戶進(jìn)程系統(tǒng)調(diào)用接口內(nèi)核硬件什么是Linux內(nèi)核？從程序員的角度從用戶的角度系統(tǒng)調(diào)用內(nèi)核提供的一套C語言函數(shù)庫稱為系統(tǒng)調(diào)用應(yīng)用程序使用系統(tǒng)調(diào)用完成編程任務(wù)系統(tǒng)調(diào)用分類進(jìn)程管理進(jìn)程間通信(IPC)文件系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)編程(Sock

2、et)Linux結(jié)構(gòu)Linux進(jìn)程管理Linux是一個(gè)多任務(wù)多用戶操作系統(tǒng)一個(gè)任務(wù)(task)就是一個(gè)進(jìn)程(process)每一個(gè)進(jìn)程都具有一定的功能和權(quán)限，它們都運(yùn)行在各自獨(dú)立的虛擬地址空間。在Linux中，進(jìn)程是系統(tǒng)資源分配的基本單位，也是使用CPU運(yùn)行的基本調(diào)度單位。Linux進(jìn)程概述程序映像存放在磁盤上的可執(zhí)行文件的代碼和數(shù)據(jù)的集合稱為可執(zhí)行映象(ExecutableImage)，即程序當(dāng)一個(gè)程序（可執(zhí)行映象）裝入系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，它就形成了一個(gè)進(jìn)程進(jìn)程映像進(jìn)程是由正文段(text)、用戶數(shù)據(jù)段(usersegment)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)段(systemsegment)組成的一個(gè)動(dòng)態(tài)實(shí)體。正文

3、段中存放著進(jìn)程要執(zhí)行的指令代碼，具有只讀的屬性，用戶數(shù)據(jù)段是進(jìn)程在運(yùn)行過程中處理數(shù)據(jù)的集合，它們是進(jìn)程直接進(jìn)行操作的所有數(shù)據(jù)，以及進(jìn)程使用的進(jìn)程堆棧。系統(tǒng)數(shù)據(jù)段存放著進(jìn)程的控制信息。其中包括進(jìn)程控制塊PCB。進(jìn)程控制塊PCB進(jìn)程控制塊PCB是名字為task_struct的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為任務(wù)結(jié)構(gòu)體任務(wù)結(jié)構(gòu)體中容納了一個(gè)進(jìn)程的所有信息，是系統(tǒng)對進(jìn)程進(jìn)行管理和控制的有效手段，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程調(diào)度的主要依據(jù)當(dāng)一個(gè)進(jìn)程被創(chuàng)建時(shí)，系統(tǒng)就為該進(jìn)程建立一個(gè)task_struct任務(wù)結(jié)構(gòu)體。當(dāng)進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)撤消該進(jìn)程的任務(wù)結(jié)構(gòu)體Linux在內(nèi)存空間中開辟了一個(gè)專門的區(qū)域存放所有進(jìn)程的任務(wù)結(jié)構(gòu)體，在操作系

4、統(tǒng)的內(nèi)核空間設(shè)置了一個(gè)task數(shù)組，該數(shù)組的每一個(gè)元素是一個(gè)指向任務(wù)結(jié)構(gòu)體的指針,所以task數(shù)組又稱為task向量。進(jìn)程的任務(wù)結(jié)構(gòu)體是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志，調(diào)度程序維護(hù)current指針，它指向當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程。Linux調(diào)度分析Linux進(jìn)程的狀態(tài)變化進(jìn)程狀態(tài)運(yùn)行態(tài)：進(jìn)程正在使用CPU運(yùn)行的狀態(tài)。處于運(yùn)行態(tài)的進(jìn)程又稱為當(dāng)前進(jìn)程（currentprocess）可運(yùn)行態(tài)：進(jìn)程已分配到除CPU外所需要的其它資源，等待系統(tǒng)把CPU分配給它之后即可投入運(yùn)行等待態(tài)：又稱睡眠態(tài)，它是進(jìn)程正在等待某個(gè)事件或某個(gè)資源時(shí)所處的狀態(tài)。等待態(tài)進(jìn)一步分為可中斷的等待態(tài)和不可中斷的等待態(tài)。處于可中斷等待態(tài)的進(jìn)程可

5、以由信號(hào)(signal)解除其等待態(tài)。處于不可中斷等待態(tài)的進(jìn)程，一般是直接或間接等待硬件條件。它只能用特定的方式來解除，例如使用喚醒函數(shù)wake_up()等暫停態(tài)：進(jìn)程需要接受某種特殊處理而暫時(shí)停止運(yùn)行所處的狀態(tài)。通常進(jìn)程在接受到外部進(jìn)程的某個(gè)信號(hào)進(jìn)入暫停態(tài)，例如，正在接受調(diào)試的進(jìn)程就處于這種狀態(tài)。僵死態(tài)：進(jìn)程的運(yùn)行已經(jīng)結(jié)束，但它的任務(wù)結(jié)構(gòu)體仍在系統(tǒng)中。核心態(tài)和用戶態(tài)Linux的進(jìn)程處理機(jī)上運(yùn)行時(shí)，處理機(jī)提供了兩種不同的的執(zhí)行狀態(tài)，核心態(tài)(kernelmode)和用戶態(tài)(usermode)。核心態(tài)又稱系統(tǒng)態(tài)，它具有較高的特權(quán)，能執(zhí)行所有的機(jī)器指令，包括由操作系統(tǒng)執(zhí)行的特權(quán)指令，能訪問所有的

6、寄存器和存儲(chǔ)區(qū)域，能直接控制所有的系統(tǒng)資源。Linux在執(zhí)行內(nèi)核程序時(shí)是處于核心態(tài)下。用戶態(tài)是進(jìn)程的普通執(zhí)行狀態(tài)，在用戶態(tài)下進(jìn)程具有較低的特權(quán)，只能執(zhí)行規(guī)定的機(jī)器指令，不能執(zhí)行特權(quán)指令。進(jìn)程在用戶態(tài)下只能訪問進(jìn)程的存儲(chǔ)空間。在用戶態(tài)下進(jìn)程不能與系統(tǒng)硬件相互作用，不能訪問系統(tǒng)資源。Linux進(jìn)程調(diào)度方式Linux系統(tǒng)采用搶占調(diào)度方式，又稱可剝奪調(diào)度方式。采用這種調(diào)度方式時(shí)，對于當(dāng)前運(yùn)行的進(jìn)程而言，當(dāng)有更緊急的進(jìn)程到來時(shí)，系統(tǒng)將剝奪當(dāng)前進(jìn)程使用處理機(jī)的權(quán)利，立即停止它在處理機(jī)上的運(yùn)行，而把處理機(jī)分配給那個(gè)更緊急的進(jìn)程。Linux采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法。對某個(gè)運(yùn)行中的進(jìn)程，當(dāng)它的時(shí)間片用完時(shí)，系統(tǒng)將停

7、止它的運(yùn)行并把處理機(jī)分配給其它進(jìn)程。Linux進(jìn)程調(diào)度方法Linux進(jìn)程調(diào)度采用動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)法，調(diào)度對象是可運(yùn)行隊(duì)列，可運(yùn)行隊(duì)列中優(yōu)先級(jí)大的進(jìn)程首先得到CPU投入運(yùn)行。進(jìn)程在運(yùn)行中，counter的代表進(jìn)程的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)。Linux采取了加權(quán)的方法來保證實(shí)時(shí)進(jìn)程優(yōu)先于普通進(jìn)程。進(jìn)程調(diào)度時(shí)機(jī)時(shí)機(jī)1．進(jìn)程狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)。處于運(yùn)行態(tài)下的進(jìn)程要等待某種資源，運(yùn)行態(tài)下的進(jìn)程在程序執(zhí)行完畢后，一般通過調(diào)用內(nèi)核函數(shù)do_exit()終止運(yùn)