嵌入式实时操作系统复习提纲
一、基本概念
Linux内核主要是由进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络接口和进程间通信等组成。
3．Linux用户进程：
Linux系统定义了五种状态进程状态
从Linux的调度来看，支持非实时（普通）和实时两种进程。
5．考虑到中断处理的效率，Linux的中断处理程序分为两个部分：上半部（top half）和下半部(bottom half)。由外部设备引发的中断叫外部中断，处理器响应中断请求而执行的程序模块叫中断服务例程
6．交换机制：将不用或暂不用的页框中的页移出，装上新的页面；linux三级分页结构
7．进程的通信与同步机制有管道、信号、消息队列、共享内存和信号量集等el 中。Linux的管道有：匿名管道和命名管道；从信号的可靠性方面，信号可以分为：可靠信号和不可靠信号。
8.linux设备驱动注册的基本参数有设备名称，设备驱动的数据结构、设备号
和 次设备号。lsmod 把现在 kernel 中已经安装的modules 列出来；insmod 把某个 module 安装到 kernel.
二、基本原理和方法
基于虚拟内存技术的程序执行两次映射：
Buddy算法-伙伴算法
Slab分配器思想
Linux 内核的主要组成部分
Linux的中断处理程序
Linux系统进程调度的总体思想。
实时进程优先于普通进程，实时进程以进程的紧急程度为优先顺序，普通进程以进程平等占用CPU时间为基本调度原则。
Linux提供了两种实时调度策略SCHED_FIFO和SCHED_RR
linux进程调用shmget（Shared Memory GET，获取共享内存）来分配一个共享内存块。shmat（SHared Memory Attach，绑定到共享内存）。shmctl（"Shared Memory Control"，控制共享内存）函数会返回一个共享内存块的相关信息。同时 shmctl 允许程序修改这些信息。
（5）信号量
（6）套接字（socket)
三、Linux调度程序理解
1. Linux使用内核函数goodness()对进程进行加权处理：
Static inline goodness (struct task_struct * pint this_cpu, struct mm_struct *this_mm)
{Int weight;
Weight=-1;
If (p->policy & SCHED_YIELD)// /*判断如果任务的调度策略被置为SCHED_YIELD的话，则置权值为－1，返回。
goto out;
If (p->policy==SCHED_OTHER) /*先对普通进程进行处理（由于多数是普通进程，这样做有利于提高系统效率）*/
{weight=p->counter; /*返回权值为进程的counter值*/
If (! weight)
Goto out;
#Ifdef CONFIG_SMP
If (p->processor==this_cpu)
Weight+=PROC_CHANGE_PENALTY;
#Endif
If (p->mm==this_mm||! p->mm)
Weight+=1; /*对进程权值进行微调，如果进程的内存空间使用当前正在运行的进程的内存空间，则权值额外加1*/
Weight+=20-p->nice; /*将权值加上20与进程优先级nice的差。普通进程的权值主要由counter值和nice值组成*/
Goto out;
}
Weight=1000+p->rt_priority; //对实时进程进行处理，返回权值为rt_priority+1000，确保优先级高于普通进程*/
Out:
return weight;}
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
int n,fd[2]; // 这里的fd是文件描述符的数组，用于创建管道做准备的
pid_t pid;
char line[100];
if(pipe(fd)<0) // 创建管道
printf("pipe create error/n");
if((pid=fork())<0) //利用fork()创建新进程
printf("fork error/n");
else if(pid>0){ //这里是父进程，先关闭管道的读出端，然后在管道的写端写入“hello world"
close(fd[0]);
write(fd[1],"hello word/n",11);
}
else{
close(fd[1]); //这里是子进程，先关闭管道的写入端，然后在管道的读出端读出数据
n= read(fd[0],line,100);
write(STDOUT_FILENO,line,n);
}
exit(0);
}
工作队列(work queue)是Linux kernel中将工作推后执行的一种机制。这种机制和BH或Tasklets不同之处在于工作队列是把推后的工作交由一个内核线程去执行，因此工作队列的优势就在于它允许重新调度甚至睡眠。
工作队列是2.6内核开始引入的机制，在2.6.20之后，工作队列的数据结构发生了一些变化，数据结构：
struct work_struct {
unsigned long pending; pending是用来记录工作是否已经挂在队列上；
struct list_head entry; entry是循环链表结构；
void (*func)(void *); func作为函数指针，由用户实现；
void *data; data用来存储用户的私人数据，此数据即是func的参数；
void *wq_data; wq_data一般用来指向工作者线程（工作者线程参考下文）；
struct timer_list timer; timer是推后执行的定时器。
};
工作队列(work queue)API：
1、INIT_WORK(_work, _func, _data);初始化指定工作，目的是把用户指定的函数_func及_func需要的参数_data赋给work_struct的func及data变量。
2、schedule_work(struct work_struct *work)对工作进行调度，即把给定工作的处理函数提交给缺省的工作队列和工作者线程。工作者线程本质上是一个普通的内核线程，在默认情况下，每个CPU均有一个类型为“events”的工作者线程，当调用schedule_work时，这个工作者线程会被唤醒去执行工作链表上的所有工作。
3、schedule_delayed_work(struct work_struct *work, unsigned long delay);延迟执行工作，与schedule_work类似。
4、flush_scheduled_work(void);刷新缺省工作队列。此函数会一直等待，直到队列中的所有工作都被执行。
5、cancel_delayed_work(struct work_struct *work);并不取消任何延迟执行的工作，因此，如果要取消延迟工作，应该调用cancel_delayed_work。
针对Linux内核，如下机制严重地影响了实时性
Linux实时改造后的系统实时性较好，典型代表有：
Kurt-Linux，RED-Linux，RT-Linux、RTAI和Xenomai等。
RT-Linux中的实时任务在运行过程当中总是处于以下三种状态之一：
安装RT-Linux的方法和步骤
在基于Adeos的系统中，存在着A、B、C、D四种类型的交互。Linux内核和xenomai分别作为Adeos中的一个域存在。Linux内核负责非实时任务的调度，而xenomai采用不同于Linux的精度更高的定时中断来调度实时任务，实现更小的调度延时。另外，xenomai域的优先级高于Linux域。
Xenomai除了在内核层利用Adeos实现了硬实时外，它在用户空间也有很好的实时性。
xenomai的补丁及配置移植步骤
RT-Linux的实时内核的主要API
1）硬中断API
2）软中断API
3）内核实时线程编程API，主要有以下几个(在rtl_sched.h中声明)：
4）要使用共享内存通信，需要在内核中插入mbuff.o模块，可以使用mubff_alloc() 和mbuff_free()函数申请和释放共享内存
5）RT-Linux提供的操作实时FIFO的API主要有(在rtl_fifo.h中声明)：
几类常用的Xenomai 的native API
1、任务管理
Xenomai 本身提供的一系列多任务调度机制，主要有以下一些函数：
2、内存堆服务
3、信息管道服务
1. 获取文件的信息：stat(char* filename, struct stat* buf); struct stat { dev_t st_dev; /* 设备 */ ino_t st_ino; /* 节点 */ mode_t st_mode; /* 形式 */ nlink_t st_nlink; /* 硬连接 */ uid_t st_uid; /* 用户ID */ gid_t st_gid; /* 组ID */ dev_t st_rdev; /* 设备类型 */ off_t st_off; /* 文件字节数 */ unsigned long st_blksize; /* 块大小 */ unsigned long st_blocks; /* 块数 */ time_t st_atime; /* 最后一次访问时间 */ time_t st_mtime; /* 最后一次修改时间 */ time_t st_ctime; /* 最后一次改变时间(指属性) */ }; struct statfs { long f_type; /* 文件系统类型 */ long f_bsize; /* 块大小*/ long f_blocks; /* 块多少*/ long f_bfree; /* 闲暇的块（）*/ long f_bavail; /* 可用块 */ long f_files; /* 总文件节点 */ long f_ffree; /* 闲暇文件节点 */ fsid_t f_fsid; /* 文件系统id */ long f_namelen; /* 文件名的最大长度 */ long f_spare[6]; /* spare for later */ }; stat(char* filename, struct stat* buf); struct stat { dev_t st_dev; /* 设备 */ ino_t st_ino; /* 节点 */ mode_t st_mode; /* 形式 */ nlink_t st_nlink; /* 硬连接 */ uid_t st_uid; /* 用户ID */ gid_t st_gid; /* 组ID */ dev_t st_rdev; /* 设备类型 */ off_t st_off; /* 文件字节数 */ unsigned long st_blksize; /* 块大小 */ unsigned long st_blocks; /* 块数 */ time_t st_atime; /* 最后一次访问时间 */ time_t st_mtime; /* 最后一次修改时间 */ time_t st_ctime; /* 最后一次改变时间(指属性) */ }; struct statfs { long f_type; /* 文件系统类型 */ long f_bsize; /* 块大小*/ long f_blocks; /* 块多少*/ long f_bfree; /* 闲暇的块（）*/ long f_bavail; /* 可用块 */ long f_files; /* 总文件节点 */ long f_ffree; /* 闲暇文件节点 */ fsid_t f_fsid; /* 文件系统id */ long f_namelen; /* 文件名的最大长度 */ long f_spare[6]; /* spare for later */ }; 2. 获取文件访问权限或许判定文件是否存在： int access(char* filename, int mode); 3. 获取当前时间： time_t t;char* asctime(localtime(&t)); 或许 time(&t);char* ctime(&t); 得到的字符串形式为：Wed Mar 12 10:07:53 2003 4. 计算两个时刻之间的时间差 double difftime(time_t time2, time_t time1); 5. 删除某文件： int unlink(char* pathname); int remove(char* pathname); 6. 删除某目录： int rmdir(const char* pathname); 7. 获妥当前所在
目录名： char * getcwd(char *buf,size_t size); buf将会返回目前途径名称。8. 获取目录信息：DIR * opendir(const char * pathname); int closedir(DIR *dir); struct dirent * readdir(DIR *dir); struct dirent { long d_ino; /* inode number */ off_t d_off; /* offset to this dirent */ unsigned short d_reclen; /* length of this d_name */ char d_name [NAME_MAX+1]; /* file name (null-terminated) */ }; DIR * opendir(const char * pathname); int closedir(DIR *dir); struct dirent * readdir(DIR *dir); struct dirent { long d_ino; /* inode number */ off_t d_off; /* offset to this dirent */ unsigned short d_reclen; /* length of this d_name */ char d_name [NAME_MAX+1]; /* file name (null-terminated) */ };9. strerror(errno);函数会返回一个指定的错误号的错误信息的字符串. 10.得到当前途径下面一切的文件(蕴含目录)的个数 struct dirent **namelist; int num = scandir(".",&namelist,0,alphasort) 11./etc/ld.so.conf：蕴含共享库的搜索位置 检查执行文件调用了哪些共享库 shell>ldd a.out 共享库治理工具，一般在更新了共享库之后要运行该命令 shell>ldconfig 12.检查文件执行的速度 shell>time ./a.out 13.改变文件访问权限 int chmod(const char* path, mode_t mode); 14.改变文件大小 int chsize(int handle, long size); 15.把一个浮点数转换为字符串 char ecvt(double value, int ndigit, int *decpt, int *sign); 16.检测文件结束 int eof(int *handle); 17.检测流上的文件结束符 int feof(FILE *stream); 18.检测流上的错误 int ferror(FILE *stream); 19.装入并运行其它程序的函数int execl(char *pathname, char *arg0, arg1, ..., argn, NULL); int execle(char *pathname, char *arg0, arg1, ..., argn, NULL, char *envp[]); int execlp(char *pathname, char *arg0, arg1, .., NULL); int execple(char *pathname, char *arg0, arg1, ..., NULL, char *envp[]); int execv(char *pathname, char *argv[]); int execve(char *pathname, char *argv[], char *envp[]); int execvp(char *pathname, char *argv[]); int execvpe(char *pathname, char *argv[], char *envp[]); int execl(char *pathname, char *arg0, arg1, ..., argn, NULL); int execle(char *pathname, char *arg0, arg1, ..., argn, NULL, char *envp[]); int execlp(char *pathname, char *arg0, arg1, .., NULL); int execple(char *pathname, char *arg0, arg1, ..., NULL, char *envp[]); int execv(char *pathname, char *argv[]); int execve(char *pathname, char *argv[], char *envp[]);
int execvp(char *pathname, char *argv[]); int execvpe(char *pathname, char *argv[], char *envp[]);20.指数函数double exp(double x); 21. struct sockaddr{ unsigned short sa_family; /* address family, AF_xxx */ char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address */ }; struct sockaddr_in { short int sin_family; /* Address family */ unsigned short int sin_port; /* Port number */ struct in_addr sin_addr; /* Internet address */ unsigned char sin_zero[8]; /* Same size as struct sockaddr */ }; struct in_addr { unsigned long s_addr; }; s_addr遵照网络字节顺序存储IP地址 sin_zero是为了让sockaddr与sockaddr_in两个数据结构保持大小雷同而保留的空字节。 使用的例子： struct sockaddr_in sa; sa.sin_family = AF_INET; sa.sin_port = htons(3490); sa.sin_addr.s_addr = inet_addr("132.241.5.10"); bzero(&(sa.sin_zero), 8); 注意：如果sa.sin_addr.s_addr ＝ INADDR_ANY，则不指定IP地址（用于Server程序） { unsigned short sa_family; /* address family, AF_xxx */ char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address */ }; struct sockaddr_in { short int sin_family; /* Address family */ unsigned short int sin_port; /* Port number */ struct in_addr sin_addr; /* Internet address */ unsigned char sin_zero[8]; /* Same size as struct sockaddr */ }; struct in_addr { unsigned long s_addr; }; s_addr遵照网络字节顺序存储IP地址 sin_zero是为了让sockaddr与sockaddr_in两个数据结构保持大小雷同而保留的空字节。 使用的例子： struct sockaddr_in sa; sa.sin_family = AF_INET; sa.sin_port = htons(3490); sa.sin_addr.s_addr = inet_addr("132.241.5.10"); bzero(&(sa.sin_zero), 8); 注意：如果sa.sin_addr.s_addr ＝ INADDR_ANY，则不指定IP地址（用于Server程序） 22. #define UNIX_PATH_MAX 108 struct sockaddr_un { sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */ char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* 途径名 */ }; 23. IP地址转换函数: unsigned long inet_addr (const char *cp); inet_addr将一个点分十进制IP地址字符串转换成32位数字表示的IP地址（网络字节顺序） char* inet_ntoa (struct in_addr in); inet_ntoa将一个32位数字表示的IP地址转换成点分十进制IP地址字符串。 这两个函数互为反函数 字节顺序转换: htons()--"Host to Network Short" htonl()--"Host to Network Long" ntohs()--"Network to Host Short" ntohl()--"Network to Host Long" 24. 获取当前
机器的CPU、内存使用状况 getrusage 25. open的使用中常用的flag和mode参数 int FILE_FLAG = O_WRONLY|O_APPEND|O_CREAT; int FILE_MODE = S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH; 26. makefile中常用的符号： 预定义变量 含意 $* 不蕴含扩展名的目标文件名称。 $@ 目标的完整名称 $% 如果目标是归档成员，则该变量表示目标的归档成员名称。例如，如果目标名称 为 mytarget.so(image.o)，则 $@ 为 mytarget.so，而 $% 为 image.o。 $+ 一切的依靠文件，以空格分开，并以涌现的先后为序，能够蕴含重复的依靠文件。 $< 第一个依靠文件的名称。 $? 一切的依靠文件，以空格分开，这些依靠文件的修改日期比目标的创立日期晚 $^ 一切的依靠文件，以空格分开，不蕴含重复的依靠文件。 AR 归档维护程序的名称，默认值为 ar。 ARFLAGS 归档维护程序的选项。 AS 汇编程序的名称，默认值为 as。 ASFLAGS 汇编程序的选项。 CC C 编译器的名称，默认值为 cc。 CCFLAGS C 编译器的选项。 CPP C 预编译器的名称，默认值为 $(CC) -E。 CPPFLAGS C 预编译的选项。 CXX C++ 编译器的名称，默认值为 g++。 CXXFLAGS C++ 编译器的选项。 FC FORTRAN 编译器的名称，默认值为 f77。 FFLAGS FORTRAN 编译器的选项。 用变量object表示一切的.o文件： objects := $(wildcard *.o) make -n或许--just-print表示只是显示命令，但不会执行命令 make -s或许--slient表示片面阻止命令的显示 make -i或许--ignore-errors表示Makefile中一切命令都会疏忽错误 make -k或许--keep-going表示如果某规矩中的命令出错了，那么就终止该规矩的执行，但继续执行其它规矩 在makefile中直接利用shell获取变量PLAT 使用make中的一种用变量来定义变量的方法。这种方法使用的是“:=”操作符 PLAT := $(shell uname -a) 咱们要定义一个变量，其值是一个空格，那么咱们能够这样来： nullstring := space := $(nullstring) # end of the line FOO ?= bar含意是: 如果FOO没有被定义过，那么变量FOO的值就是“bar”，如果FOO先前被定义过，那么这条语将什么也不做，其等价于： ifeq ($(origin FOO), undefined) FOO = bar endif foo := a.o b.o c.o bar := $(foo:.o=.c) 咱们先定义了一个“$(foo)”变量，而第二行的意思是把“$(foo)”中一切以“.o”字串“结尾”整个交换成“.c”，所以咱们的“$(bar)”的值就是“a.c b.c c.c”。 你想在Makefile中设置参数值，你能够使
用“override”指示符。其语法是： override <variable> = <value> override <variable> := <value> 当然，你还能够追加： override <variable> += <more text> make运行时的系统环境变量能够在make开始运行时被载入到Makefile文件中， 然而如果Makefile中已定义了这个变量，或是这个变量由make命令行带入， 那么系统的环境变量的值将被覆盖。 如果make指定了“-e”参数，那么，系统环境变量将覆盖Makefile中定义的变量
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