第3章嵌入式Linux操作系统Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统1.Linux概述Linux的历史Linux与自由软件 Linux的发行版 Linux的优缺点1.1 Linux的历史Linux最初是芬兰学生Linus Torvalds于1990年开发的操作系统，是对Unix操作系统的模仿和发展，它由Linus发起，由全世界的软件爱好者共同建立和维护。
Linux第一个版本问世是在1991年10月5日，为0.02版。
1993年，Linux的第一个正式版本1.0版发布，并遵从GPL 版权协议。
1994年3月，Linux的第一个正式商业版1.0版发布。
1996年Linux1.2.13版通过美国国家标准及数据的POSIX 标准认证。
1998年后，开始在中国的科研、教学机构流行。
第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统1.2 Linux与自由软件自由软件是MIT的Richard Stallman在1984年提出并创立了GNU(GNU‘s Not Unix’‘)项目与自由软件基金会FSF(Free Software Foundation)。
其核心观念是：版权是促进社会进步的手段，版权本身不是自然权力。
自由软件并不是指完全免费的，而是指具有自由度(freedom)的软件，也就是在取得这个软件之后，可以进行修改、进一步发表与复制在不同的计算机平台上面。
GNU的公用许可证GPL 条款任何软件挂上GPL授权之后，即为自由软件，任何人均可免费使用该软件，亦可免费取得其原始码。
任何人均有权修改GNU 软件的原始码并发布甚至销售。
GNU软件经修改发布后，自动成为GNU软件，受GPL条款约束。
Linux遵守GNU的GPL条款第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统Linux 系统的两种不同含义：从技术角度讲，Linux系统指的是由LinusTorvalds 维护的开放源代码的内核。
从应用角度讲，大多数人认为是以Linux为内核的整个操作系统，常称为Linux的发行版。
发行版：Linux内核是操作系统的心脏，但还不是一个方便可用的操作系统，在内核之上加入各种功能部件如：软件包、编译器等，才能成为一个使用的操作系统，这称为Linux 的发行版(Distributions)，所有的发行版都具有相同的Linux 内核。
例如著名的有：Red Hat Linux、OpenLinux,Mandrake,Debian 第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统优点源代码开放稳定的系统免费或少许费用安全性、漏洞的修补多任务、多使用者相对比较不耗资源的系统可以运行在多硬件平台 缺点没有特定的支持厂商图形接口做的还不够好缺乏商业级的调试工具第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统2. Linux内核Linux的内核版本 Linux的内核特征 进程管理中断处理与定时器 存储管理文件系统管理设备管理嵌入式Linux的引导Linux内核开发采用的是双树系统，一棵树是稳定树，主要用于发行；另一棵是开发树，用于产品开发、改进。
开发树和稳定树在适当的时候可相互转换，随着Linux内核发展周而复始地进行。
Linux内核版本号反映了内核的特征，源代码版本序号的通常形式为x.yy.zz PNN ：x∈[0~9]、yy,zz∈[0~99]、NN∈[0~20]x 表示版本的大的改进，越高越好。
yy表示树类型:偶数为稳定树、比该偶数大1的奇数为当前稳定树的开发树。
zz 表示对版本的小的改进，越高越好。
P代表对某一版内核修订,NN代表修订的次数。
第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统内核是操作系统最核心最基础的程序，它向外部提供了对计算机设备的核心管理调用，从内核结构角度，内核可分为：单一内核：是操作系统中各核心部件杂然混居的形态，系统所有相关功能被封装在内核中。
例如：MS-DOS、Windows、Unix、Linux 。
微内核：强调结构性部件与功能性部件的分离,操作系统的内核只提供最基本、最核心的一部分操作，而其他的管理程序则尽可能放在内核之外独立运行，微内核是目前嵌入式系统的发展方向。
超微内核：内核的功能更简单，目前正处于研究阶段。
第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统微内核结构的优缺点优点✓内核本身小而且简单，易于理解和维护✓各种其他管理程序作为进程独立开发运行，即简单又容易调式。
便于渐进性开发。
✓系统的配臵变得更方便灵活、操作系统的可采剪裁性好。
✓微内核结构有利于设计抢占式操作系统。
缺点✓各种管理程序之间的代码相互隔离，操作系统难以进行整体地优化。
✓各种管理程序以进程的方式进行相互之间通信，浪费了部分系统资源。
✓基于以上缺陷，其运行效率低于单一内核。
第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统Linux 的内核Linux系统采用单一内核结构，执行效率高但各个部件不能轻易拆除。
Linux支持模块的概念，因此可以动态装入和卸载部分内核代码。
Linux 不支持用户态线程内核以独占的方式执行最底层任务，稳定高效。
在Linux中，内核包括：✓进程管理、定时器、中断管理✓内存管理、模块管理、网络管理✓文件系统、虚拟文件系统接口✓设备驱动程序、进程间通信✓系统启动等程序第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统Linux 的接口特色Linux系统符合POSIX标准，属Unix系列。
✓POSIX标准：POSIX表示可移植操作系统接口(Portable Operating System Interface)。
由IEEE最初开发，是为了提高UNIX环境下应用程序的可移植性。
✓按照POSIX标准，一个可以运行Unix程序的系统就是UNix 系统。
Linux的接口包括：✓程序级：提供标准的Unix函数库。
✓用户级：提供图形和文本用户界面，文本界面称为shell接口，图形界面主要是XWindows系统，基于这个系统有许多不同的桌面系统。
第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统2.3 进程管理进程可以认为是处于执行状态的程序，每个进程有一个特定的程序实体。
在有多个CPU系统上，每个进程可以运行在不同的CPU，在只有一个CPU的系统上，操作系统将轮流运行几个程序以产生它们在同时运行的假象，这种方式叫时间片轮转。
进程主要包括如下几个要素：有一段可执行的程序有进程专用的系统堆栈空间有进程专用的存储空间在内核中有一个进程控制块的数据结构第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统2.3.1 进程的特性及组成特性：独立性：进程是系统中独立存在的实体，拥有自己独立的资源。
动态性：进程是一个正在系统中活动的指令集合，具有自己的生命周期和各种状态，这是和程序不同的，程序只是一个静态的指令集合。
并发行：多个进程可以在单处理器上并发执行。
组成：进程号PID：进程以PID作为标示，对进程操作必须提供相应的PID 。
进程上下文：是进程的运行环境，包括：进程控制块PCB、正文段(执行程序)、数据段(静态数据)以及用户堆栈(动态数据)。
第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统进程的的五值状态模型：所有进程可能处于两个队列中，并且可以相互转换：就绪队列：等待取得CPU 运行的进程队列等待队列：因某种原因暂停，目前还无法运行的进程队列第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统Linux 进程的状态运行态：正在运行或者在就绪队列中等待运行的进程。
不可唤醒阻塞状态：进程处于等待队列中，待资源有效时被激活，只能由操作系统唤醒进入就绪队列。
可唤醒阻塞状态：进程处于等待队列中，待资源有效时被激活，可操作系统或其他进程唤醒进入就绪队列。
停滞状态：由其他进程唤醒进入就绪队列。
主要受其他进程控制暂停。
僵死状态：表示进程结束但尚未消亡的一种状态。
当进程结束或被杀死时产生。
第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统Linux进程状态转移图第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统Linux 进程调度：非抢占式调度，常用方法有先进先出算法(FIFO)：当一个进程转为就绪状态的时候，它就被加到一个等待进程队列的队尾。
当某个正在运行中的进程停止运行时，队首的进程将会出列并开始运行。
轮转法(Round Robin)：，将处理器时间分成一个一个的时间片，从等待进程队列中选择下一个运行进程的方法和FCFS一样，所不同的是，每一个被选中的进程一次所占有的处理器时间顶多是这么一个时间片，而后，下一个被选中的进程将会以抢占式的方式来顶替该进程取得处理器的控制权。
将处理器时间分片是靠定时器中断来实现的。
Linux 内核的非抢占式具体表现在三个方面：任何进程如果以内核模式运行的话，除非它自愿交出处理器的控制权，否则，任何其它进程都没法打断它的运行；一个进程正在内核模式下运行，这个时候，中断或异常处理可以中断它的正常运行，但是当处理完中断后，该进程将重获处理器控制权；中断或异常处理过程只能被中断或异常处理中断。
第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统2.4 中断处理与定时器Linux 支持外部硬件中断和内部中断中断由在内存建立一个中断描述符表描述，该表分两项，中断号和与之对应的中断入口指针。
中断描述符表共包含256个中断表项，因此支持256个中断。
定时器：建立在时钟中断基础上的一种Linux 定时服务机制。
每隔一定的时间，由定时器产生中断，在中断程序中调用操作系统内核进行系统管理，例如引起新一轮进程调度等。
第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统2.5 存储管理内存是操作系统内核管理的重要的资源之一。
每个进程都有逻辑上独立的内存空间，操作系统内核的一个重要功能就是通过对内存的管理，来保证进程空间的独立性和安全性。
虚拟内存技术：主要是解决多进程运行中内存空间不足的问题。
设计思想是系统通过不断的将进程正在使用的部分装入RAM，而将其余部分存储到磁盘上，从而使较大的程序可以在RAM容量相对较小的系统中顺利的运行。
虚拟内存技术需要硬件的支持，同时它的应用产生了两种不同的地址空间：物理地址空间和逻辑地址空间。
分页技术：大多数虚拟内存系统采用分页技术。
分页技术是把系统的内存划分成页面，每个页面可以独立的在内存和磁盘之间进行交换。
第三章123 Linux概述Linux内核主流嵌入式Linux系统2.5 存储管理内存管理单元MMU：在基于虚拟内存管理的系统中，MMU部件在内核的协助下负责完成具体的物理地址空间和逻辑地址空间。
