Linux編程模型的內(nèi)部編譯的可靠性 - 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)到Linux系統(tǒng)的移植

　　Linux作為一個(gè)unix兼容的操作系統(tǒng)代表著一個(gè)更加強(qiáng)大的應(yīng)用和系統(tǒng)編程模型。應(yīng)用程序執(zhí)行在他們受保護(hù)的地址空間，因?yàn)樗鼈冎g的地址相互是不可見(jiàn)的，并且它們通過(guò)硬件的MMU來(lái)預(yù)防覆蓋掉他們自己的代碼，MMU出現(xiàn)在多數(shù)現(xiàn)代化的32位64位的處理器中。

　　當(dāng)他們共享Linux內(nèi)核的虛擬地址空間時(shí)，他們不能夠覆蓋內(nèi)核代碼或數(shù)據(jù)。既然進(jìn)程不能夠相互看到，他們就不能夠相互破壞數(shù)據(jù)或代碼

　　API和實(shí)時(shí)庫(kù)

　　在開(kāi)源標(biāo)準(zhǔn)以前，RTOS的制作者定義了他們自己的系統(tǒng)調(diào)用或API，這對(duì)于每個(gè)RTOS的制作者來(lái)說(shuō)都是獨(dú)一無(wú)二的。接口函數(shù)是為流行的編程語(yǔ)言而提供的，諸如c、c++，這使得API函數(shù)對(duì)于使用高級(jí)語(yǔ)言的程序員是合適的。

　　在過(guò)去的十年中，盡管只有POSIX規(guī)范的一部分和嵌入式應(yīng)用程序相關(guān)，大多數(shù)的RTOS制作者還是給標(biāo)準(zhǔn)的POSIX提供了兼容庫(kù)。很多客戶(hù)使用他們自己的API集使本地RTOS接口分層以獲得獨(dú)立性和便捷性，而不是想被鎖定成為一個(gè)私有的特殊版權(quán)的接口。

　　開(kāi)發(fā)人員使用標(biāo)準(zhǔn)的API建立應(yīng)用程序來(lái)獲得兩個(gè)另外的目的：允許代碼被移植成像Linux那樣的標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)以及允許以后同樣的代碼在這樣的一個(gè)環(huán)境下比使用私有的API更加容易移植。

　　很多包括標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用的商業(yè)RTOS以POSIX或者BSD來(lái)設(shè)定，但是那些API經(jīng)常只存在于windows下。特別是一個(gè)內(nèi)核私有的API是最常被使用的，就是這些API鎖定了項(xiàng)目到一個(gè)特殊的平臺(tái)或者解決方案。

　　如果開(kāi)發(fā)人員正在移植標(biāo)準(zhǔn)的代碼或者考慮哪個(gè)API運(yùn)用到新的代碼中，那么理解在Linux和其他操作系統(tǒng)中使用的最普遍的標(biāo)準(zhǔn)是非常重要的。

　　POSIX

　　POSIX流行在基于UNIX的開(kāi)源系統(tǒng)中、政府和軍事舞臺(tái)。然而POSIX對(duì)于傳統(tǒng)的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)幾乎沒(méi)有影響。POSIX標(biāo)準(zhǔn)家族起源于美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所，現(xiàn)在有被歸入IEEE、IEEE1003和其他標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)兆。在過(guò)去的十年中，POSIX經(jīng)歷了多次的修訂，最近的一次是在2000年。

　　兼容性和一致性是兩個(gè)關(guān)于POSIX的重要觀(guān)點(diǎn)。兼容性意味著一個(gè)特定的操作系統(tǒng)平臺(tái)貫徹標(biāo)準(zhǔn)的一些子集，這種貫徹是備有文件證明的。甚至那些執(zhí)行微小子集的平臺(tái)能夠兼容于POSIX標(biāo)準(zhǔn)。POSIX的一致性，相反的，代表了更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，意味著一個(gè)操作系統(tǒng)服從于過(guò)去的已證明測(cè)試。

　　SVR4,BSD和其他UNIX的API

　　事實(shí)上SVR4和UNIX的BSD版本是流行的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于Linux的影響是巨大的。Linux貫徹了那些UNIX API的大的子集(舉個(gè)例子，對(duì)于共享內(nèi)存、隊(duì)列、信號(hào)量、BSD套接口和TCP/IP堆的Linux的ipc系統(tǒng)調(diào)用)。

　　熟悉SVR4、BSD，或者像AIX,HP-UX等其他通用的UNIX的開(kāi)發(fā)人員對(duì)于Linux他們也能夠很快的掌握。

　　c語(yǔ)言庫(kù)

　　在嵌入式設(shè)計(jì)、RTOS或其他方面，很多API僅僅是標(biāo)準(zhǔn)c庫(kù)，這些庫(kù)或者是直接執(zhí)行函數(shù)或者是作為系統(tǒng)調(diào)用的包裝。Linux有熟悉的libc/glibc，盡管尺寸很大，但易于理解。

　　glibc的運(yùn)行時(shí)間是對(duì)嵌入式應(yīng)用程序內(nèi)存尺寸的挑戰(zhàn)。很多Linux的供應(yīng)商為對(duì)于尺寸敏感的應(yīng)用程序提供了經(jīng)過(guò)裁減了的庫(kù)。

　　RTOS接口層

　　RTOS的核心是對(duì)于進(jìn)程間通訊調(diào)用的使用，這種調(diào)用提供了在任務(wù)中同步和通訊的機(jī)制。

　　表1提供了在典型的RTOS進(jìn)程間通訊調(diào)用和同等的Linux調(diào)用之間的映射總結(jié)。

　　盡管在RTOS的調(diào)用和同等的Linux調(diào)用之間的映射是直接的，但是移植的工作量會(huì)被增加，如果使用仿真庫(kù)，這種仿真庫(kù)為其他RTOS移植過(guò)來(lái)的Linux應(yīng)用程序提供了同樣的調(diào)用接口。

　　對(duì)于Xenomai開(kāi)源項(xiàng)目，這樣的一個(gè)仿真技術(shù)是適用的。而這里，不同的仿真層提供給POSIX、VxWorks、VRTX和Itron這些被廣泛使用的RTOS。注意，像很多開(kāi)源項(xiàng)目，Xenomai和它的外殼是正在進(jìn)行的工作，他們可能還沒(méi)有完成或者還要進(jìn)行修改。不過(guò)，它代表了一個(gè)在移植過(guò)程中潛在的高價(jià)值的出發(fā)點(diǎn)。

　　舉個(gè)例子，POSIX模塊主要是用來(lái)提供PSE51兼容的API.為了幫助移植其他PSE51兼容

　　API的應(yīng)用程序，它包含了一些對(duì)于POSIX規(guī)范的擴(kuò)展。

　　POSIX外殼已經(jīng)包含了以下這些基本的特色：

　　線(xiàn)程

　　互斥量

　　信號(hào)量

　　條件變量

　　實(shí)時(shí)信號(hào)的支持

　　放棄和放棄處理

　　特殊線(xiàn)程數(shù)據(jù)

　　消息隊(duì)列

　　定時(shí)器支持

　　共享內(nèi)存

　　POSIX外殼創(chuàng)建實(shí)時(shí)線(xiàn)程，他們或是運(yùn)行在Linux內(nèi)核模塊或者在用戶(hù)空間的周期應(yīng)用程序中。

　　實(shí)時(shí)內(nèi)核的API允許內(nèi)核和用戶(hù)空間的編程。開(kāi)發(fā)人員通常更喜歡在用戶(hù)空間編程，因?yàn)樗麄冎g的延遲小，特別是在硬件上，MMU的切換開(kāi)銷(xiāo)很小。目前為止在用戶(hù)空間編程比直接從內(nèi)核空間運(yùn)行應(yīng)用程序更為容易。在用戶(hù)空間編程帶來(lái)了內(nèi)存保護(hù)和在這個(gè)環(huán)境中調(diào)試實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的GNU調(diào)試器的支持。