uclinux和linux的区别_uclinux跟linux - CSDN
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  • uclinux 与 linux区别

    2017-02-18 14:52:15
    简介  Linux是一种很受欢迎的操作系统,它与UNIX系统兼容,开放源...在uClinux这个英文单词中u表示Micro,小的意思,C表示Control,控制的意思,所以uClinux就是Micro-Control-Linux,字面上的理解就是"针对微控制
    简介
        Linux是一种很受欢迎的操作系统,它与UNIX系统兼容,开放源代码。它原本被设计为桌面系统,现在广泛应用于服务器领域。而更大的影响在于它正逐渐的应用于嵌入式设备。uClinux正是在这种氛围下产生的。在uClinux这个英文单词中u表示Micro,小的意思,C表示Control,控制的意思,所以uClinux就是Micro-Control-Linux,字面上的理解就是"针对微控制领域而设计的Linux系统"。
    uClinux小型化的做法
        标准Linux可能采用的小型化方法
        1. 重新编译内核
        Linux内核采用模块化的设计,即很多功能块可以独立的加上或卸下,开发人员在设计内核时把这些内核模块作为可选的选项,可以在编译系统内核时指定。因此一种较通用的做法是对Linux内核重新编译,在编译时仔细的选择嵌入式设备所需要的功能支持模块,同时删除不需要的功能。通过对内核的重新配置,可以使系统运行所需要的内核显著减小,从而缩减资源使用量。
        2. 制作root文件系统映象
        Linux系统在启动时必须加载根(root)文件系统,因此剪裁系统同时包括root file system的剪裁。在x86系统下,Linux可以在Dos下,使用Loadlin文件加载启动,
    uClinux采用的小型化方法
        1.uClinux的内核加载方式
        uClinux的内核有两种可选的运行方式:可以在flash上直接运行,也可以加载到内存中运行。这种做法可以减少内存需要。
        Flash运行方式:把内核的可执行映象烧写到flash上,系统启动时从flash的某个地址开始逐句执行。这种方法实际上是很多嵌入式系统采用的方法。
        内核加载方式:把内核的压缩文件存放在flash上,系统启动时读取压缩文件在内存里解压,然后开始执行,这种方式相对复杂一些,但是运行速度可能更快(ram的存取速率要比flash高)。同时这也是标准Linux系统采用的启动方式。
        2.uClinux的根(root)文件系统
        uClinux系统采用romfs文件系统,这种文件系统相对于一般的ext2文件系统要求更少的空间。空间的节约来自于两个方面,首先内核支持romfs文件系统比支持ext2文件系统需要更少的代码,其次romfs文件系统相对简单,在建立文件系统超级块(superblock)需要更少的存储空间。Romfs文件系统不支持动态擦写保存,对于系统需要动态保存的数据采用虚拟ram盘的方法进行处理(ram盘将采用ext2文件系统)。
        3.uClinux的应用程序库
        uClinux小型化的另一个做法是重写了应用程序库,相对于越来越大且越来越全的glibc库,uClibc对libc做了精简。
        uClinux对用户程序采用静态连接的形式,这种做法会使应用程序变大,但是基于内存管理的问题,不得不这样做(这将在下文对uClinux内存管理展开分析时进行说明),同时这种做法也更接近于通常嵌入式系统的做法。
    uClinux的开发环境
        GNU开发套件
        Gnu开发套件作为通用的Linux开放套件,包括一系列的开发调试工具。主要组件:
        Gcc:编译器,可以做成交叉编译的形式,即在宿主机上开发编译目标上可运行的二进制文件。
        Binutils:一些辅助工具,包括objdump(可以反编译二进制文件),as(汇编编译器),ld(连接器)等等。
        Gdb:调试器,可使用多种交叉调试方式,gdb-bdm(背景调试工具),gdbserver(使用以太网络调试)。
        uClinux的打印终端
        通常情况下,uClinux的默认终端是串口,内核在启动时所有的信息都打印到串口终端(使用printk函数打印),同时也可以通过串口终端与系统交互。
        uClinux在启动时启动了telnetd(远程登录服务),操作者可以远程登录上系统,从而控制系统的运行。至于是否允许远程登录可以通过烧写romfs文件系统时有用户决定是否启动远程登录服务。
        交叉编译调试工具
        支持一种新的处理器,必须具备一些编译,汇编工具,使用这些工具可以形成可运行于这种处理器的二进制文件。对于内核使用的编译工具同应用程序使用的有所不同。在解释不同点之前,需要对gcc连接做一些说明:
        .ld(linkdescription)文件:ld文件是指出连接时内存映象格式的文件。
        crt0.S:应用程序编译连接时需要的启动文件,主要是初始化应用程序栈。
        pic:position independence code ,与位置无关的二进制格式文件,在程序段中必须包括reloc段,从而使的代码加载时可以进行重新定位。
        内核编译连接时,使用ucsimm.ld文件,形成可执行文件映象,所形成的代码段既可以使用间接寻址方式(即使用reloc段进行寻址),也可以使用绝对寻址方式。这样可以给编译器更多的优化空间。因为内核可能使用绝对寻址,所以内核加载到的内存地址空间必须与ld文件中给定的内存空间完全相同。
        应用程序的连接与内核连接方式不同。应用程序由内核加载(可执行文件加载器将在后面讨论),由于应用程序的ld文件给出的内存空间与应用程序实际被加载的内存位置可能不同,这样在应用程序加载的过程中需要一个重新地位的过程,即对reloc段进行修正,使得程序进行间接寻址时不至于出错。(这个问题在i386等高级处理器上方法有所不同,本文将在后面进一步分析)。
        由上述讨论,至少需要两套编译连接工具。在讨论过uClinux的内存管理后本文将给出整个系统的工作流程以及系统在flash和ram中的空间分布。
        可执行文件格式
        先对一些名词作一些说明:
        coff(common object file format):一种通用的对象文件格式
        elf(excutive linked file):一种为Linux系统所采用的通用文件格式,支持动态连接
        flat:elf格式有很大的文件头,flat文件对文件头和一些段信息做了简化
        uClinux系统使用flat可执行文件格式,gcc的编译器不能直接形成这种文件格式,但是可以形成coff或elf格式的可执行文件,这两种文件需要coff2flt或elf2flt工具进行格式转化,形成flat文件。
        当用户执行一个应用时,内核的执行文件加载器将对flat文件进行进一步处理,主要是对reloc段进行修正(可执行文件加载器的详见fs/binfmt_flat.c)。以下对reloc段进一步讨论。
        需要reloc段的根本原因是,程序在连接时连接器所假定的程序运行空间与实际程序加载到的内存空间不同。假如有这样一条指令:
        jsr app_start;
        这一条指令采用直接寻址,跳转到app_start地址处执行,连接程序将在编译完成是计算出app_start的实际地址(设若实际地址为0x10000),这个实际地址是根据ld文件计算出来(因为连接器假定该程序将被加载到由ld文件指明的内存空间)。但实际上由于内存分配的关系,操作系统在加载时无法保证程序将按ld文件加载。这时如果程序仍然跳转到绝对地址0x10000处执行,通常情况这是不正确的。一个解决办法是增加一个存储空间,用于存储app_start的实际地址,设若使用变量addr表示这个存储空间。则以上这句程序将改为:
        movl addr, a0;
        jsr (a0);
     增加的变量addr将在数据段中占用一个4字节的空间,连接器将app_start的绝对地址存储到该变量。在可执行文件加载时,可执行文件加载器根据程序将要加载的内存空间计算出app_start在内存中的实际位置,写入addr变量。系统在实际处理是不需要知道这个变量的确切存储位置(也不可能知道),系统只要对整个reloc段进行处理就可以了(reloc段有标识,系统可以读出来)。处理很简单只需要对reloc段中存储的值统一加上一个偏置(如果加载的空间比预想的要靠前,实际上是减去一个偏移量)。偏置由实际的物理地址起始值同ld文件指定的地址起始值相减计算出。
        这种reloc的方式部分是由uClinux的内存分配问题引起的,这一点将在uClinux内存管理分析时说明。
    针对实时性的解决方案
        uClinux本身并没有关注实时问题,它并不是为了Linux的实时性而提出的。另外有一种Linux--Rt-linux关注实时问题。Rt-linux执行管理器把普通Linux的内核当成一个任务运行,同时还管理了实时进程。而非实时进程则交给普通Linux内核处理。这种方法已经应用于很多的操作系统用于增强操作系统的实时性,包括一些商用版UNIX系统,WindowsNT等等。这种方法优点之一是实现简单,且实时性能容易检验。优点之二是由于非实时进程运行于标准Linux系统,同其它Linux商用版本之间保持了很大的兼容性。优点之三是可以支持硬实时时钟的应用。uClinux可以使用Rt-linux的patch,从而增强uClinux的实时性,使得uClinux可以应用于工业控制、进程控制等一些实时要求较高的应用。
    uClinux的内存管理
        应该说uClinux同标准Linux的最大区别就在于内存管理,同时也由于uClinux的内存管理引发了一些标准Linux所不会出现的问题。本文将把uClinux内存管理同标准Linux的那内存管理部分进行比较分析。
    标准Linux使用的虚拟存储器技术
        标准Linux使用虚拟存储器技术,这种技术用于提供比计算机系统中实际使用的物理内存大得多的内存空间。使用者将感觉到好像程序可以使用非常大的内存空间,从而使得编程人员在写程序时不用考虑计算机中的物理内存的实际容量。
        为了支持虚拟存储管理器的管理,Linux系统采用分页(paging)的方式来载入进程。所谓分页既是把实际的存储器分割为相同大小的段,例如每个段1024个字节,这样1024个字节大小的段便称为一个页面(page)。
        虚拟存储器由存储器管理机制及一个大容量的快速硬盘存储器支持。它的实现基于局部性原理,当一个程序在运行之前,没有必要全部装入内存,而是仅将那些当前要运行的那些部分页面或段装入内存运行(copy-on-write),其余暂时留在硬盘上程序运行时如果它所要访问的页(段)已存在,则程序继续运行,如果发现不存在的页(段),操作系统将产生一个页错误(page fault),这个错误导致操作系统把需要运行的部分加载到内存中。必要时操作系统还可以把不需要的内存页(段)交换到磁盘上。利用这样的方式管理存储器,便可把一个进程所需要用到的存储器以化整为零的方式,视需求分批载入,而核心程序则凭借属于每个页面的页码来完成寻址各个存储器区段的工作。
        标准Linux是针对有内存管理单元的处理器设计的。在这种处理器上,虚拟地址被送到内存管理单元(MMU),把虚拟地址映射为物理地址。
        通过赋予每个任务不同的虚拟--物理地址转换映射,支持不同任务之间的保护。地址转换函数在每一个任务中定义,在一个任务中的虚拟地址空间映射到物理内存的一个部分,而另一个任务的虚拟地址空间映射到物理存储器中的另外区域。计算机的存储管理单元(MMU)一般有一组寄存器来标识当前运行的进程的转换表。在当前进程将CPU放弃给另一个进程时(一次上下文切换),内核通过指向新进程地址转换表的指针加载这些寄存器。MMU寄存器是有特权的,只能在内核态才能访问。这就保证了一个进程只能访问自己用户空间内的地址,而不会访问和修改其它进程的空间。当可执行文件被加载时,加载器根据缺省的ld文件,把程序加载到虚拟内存的一个空间,因为这个原因实际上很多程序的虚拟地址空间是相同的,但是由于转换函数不同,所以实际所处的内存区域也不同。而对于多进程管理当处理器进行进程切换并执行一个新任务时,一个重要部分就是为新任务切换任务转换表。我们可以看到Linux系统的内存管理至少实现了以下功能:
     
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  • uclinuxlinux区别

    千次阅读 2019-02-11 16:22:37
    一、名字含义: 在uClinux这个英文单词中u表示Micro,小的意思,C表示Control,控制...二、ucLinuxlinux区别? 没有虚存管理 不能运行时增加进程栈 不支持分页 可执行程序不是elf, 而是flat 不能用fork, 而...

    一、名字含义:

    在uClinux这个英文单词中u表示Micro,小的意思,C表示Control,控制的意思, 所以uClinux就是Micro-Control-Linux,字面上的理解就是"针对微控制领域而设计的Linux系统"。 

    二、ucLinux与linux区别?

    • 没有虚存管理
    • 不能运行时增加进程栈
    • 不支持分页
    • 可执行程序不是elf,   而是flat
    • 不能用fork,   而是用vfork
    • RAMDISK  

    uClinux是针对控制领域的嵌入式linux操作系统,它从Linux 2.0/2.4内核派生而来,沿袭了主流Linux的绝大部分特性。适合不具备内存管理单元(MMU)的微处理器/微控制器。没有MMU支持是 uClinux与主流Linux的基本差异。 

    对uCLinux 来说,其设计针对没有MMU的处理器,不能使用处理器的虚拟内存管理技术。uCLinux仍然采用存储器的分页管理,系统在启动时把实际存储器进行分页。 在加载应用程序时程序分页加载。但是由于没有MMU管理,所以实际上uCLinux采用实存储器管理策略。uCLinux系统对于内存的访问是直接的,所 有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统对内存空间没有保护,各个进程实际上共享一个运行空间。一个进程在执行前,系统必须为进程分配足够的连续 地址空间,然后全部载入主存储器的连续空间中。  

    没有内存保护(Memory Protection)的操作会导致这样的结果:

    即使由无特权的进程来调用一个无效指针,也会触发一个地址错误,并潜在地引起程序崩溃,甚至导致系统的挂 起。显然,在这样的系统上运行的代码必须仔细编程,并深入测试来确保健壮性和安全。

    对于普通的Linux来说,需要运行不同的用户程序,如果没有内存保护将大大降低系统的安全性和可*性;然而对于嵌入式uClinux系统而言,由 于所运行的程序往往是在出厂前已经固化的,不存在危害系统安全的程序侵入的隐患,因此只要应用程序经过较完整的测试,出现问题的概率就可以控制在有限的范 围内。  

    没有虚拟内存(Virtual Memory)主要导致下面几个后果:

    首先,由内核所加载的进程必须能够独立运行,与它们在内存中的位置无关。 实现这一目标的第一种办法是一旦程序被加载到RAM中,那么程序的基准地址 就“固定”下来;另一种办法是产生只使用相对寻址的代码(称为“位置无关代码”,Position Independent Code,简称PIC)。uClinux对这两种模式都支持。

    其次,要解决在扁平(flat)的内存模型中的内存分配和释放问题。非常动态的内存分配会造成内存碎片,并可能耗尽系统的资源。对于使用了动态内存 分配的那些应用程序来说,增强健壮性的一种办法是用预分配缓冲区池(Preallocated buffer pool)的办法来取代malloc()调用。

    由于uclinux中不使用虚拟内存,进出内存的页面交换也没有实现,因为不能保证页面会被加载到RAM中的同样位置。在普通计算机上,操作系统允 许应用程序使用比物理内存(RAM)更大的内存空间,这往往是通过在硬盘上设立交换分区来实现的。但是,在嵌入式系统中,通常都用FLASH存储器来代替 硬盘,很难高效地实现内存页面交换的存取,因此,对运行的应用程序都限制其可分配空间不大于系统的RAM空间。  

     

    多任务并没有受影响。哪些旧式的、广泛使用fork()的网络后台程序(daemon)的确是需要修改的。由于子进程运行在和父进程同样的地 址空间内,在一些情况下,也需要修改两个进程的行为。

    很多现代的程序依赖子进程来执行基本任务,使得即时在进程负载很重时,系统仍可以保持一种“可交互”的状态,这些程序可能需要实质上的修改来在 uClinux下完成同样的任务。如果一个关键的应用程序非常依赖这样的结构,那就不得不对它重新编写了。

    假设有一个简单的网络后台程序(daemon),大量使用了fork()。这个daemon总监听一个知名端口(或套接字)等待网络客户端来连接。 当客户端连接时,这个daemon给它一个新的连接信息(新的socket编号),并调用fork()。子进程接下来就会和客户端在新的socket上进 行连接,而父进程被释放,可以继续监听新的连接。

    uClinux 既没有自动生长的堆栈,也没有brk()函数,这样,用户空间的程序必须使用mmap() 命令来分配内存。为了方便,在uclinux的C语言库中所实现的malloc()实质上就是一个mmap()。在编译时,可以指定程序的堆栈大小。

    最后,uClinux目标板处理器缺乏内存管理的硬件单元,使得Linux的系统接口需要作些改变。有可能最大的不同就是没有fork()和 brk()系统调用。调用fork()将复制出进程来创建一个子进程。在Linux下,fork()是使用copy-on-write页面来实现的。由于 没有MMU, uclinux不能完整、可*地复制一个进程,也没有对copy-on-write的存取。为了弥补这一缺陷,uClinux实现了vfork(),当父 进程调用vfork()来创建子进程时,两个进程共享它们的全部内存空间,包括堆栈。子进程要么代替父进程执行(此时父进程已经sleep)直到子进程调 用exitI()退出,要么调用exec()执行一个新的进程,这个时候将产生可执行文件的加载。即使这个进程只是父进程的拷贝,这个过程也不能避免。当 子进程执行exit()或exec()后,子进程使用wakeup把父进程唤醒,父进程继续往下执行。  

    通用架构的内核变化:

    在uCLinux的发布中,/linux/mmnommu目录取代了/linux/mm目录.前者是修改后的内存管理子系统 被修改,去除了MMU的硬件依赖,并在内核软件自身提供基本的内存管理函数.

    很多子系统需要重新修改,添加或重写.内核和用户内存分配及释放进程 必须重新实现,对透明交互/页面调度的支持也被去除. 内核中,加入了支持"内核无关代码(PIC)"的程序支持模块,并使用了新的二进制目标代码 格式,称扁平格式,用来支持PIC(有非常紧凑的头部).

    内核也提供了支持ELF格式的程序加载模块,用来支持使用固定基准地址的可执行程序.两种模式各 有利弊,传统的PIC运行快,代码紧凑,但有代码大小限制.例如Motorola 68K架构的16位相对跳转限制了PIC程序不能超过32KB大小,而采用运行期固定基准地址的方法上市的程序代码没有了大小限制,但当陈旭被内核加载后 导致了较多的系统开销.对于内核开发者来说,uCLinux基本上与Linux没有区别,唯一的区别就是不能利用MMU提供的内存管理.实际上这对内核并 没有影响. Linux下所有标准的可执行文件的格式在uCLinux并不被支持,因为这些格式也用到了虚拟内存的一些功能.uCLinux使用的 是另外一种扁平格式.扁平格式是一种简洁高效的可执行文件格式,它值包含可执行的代码和数据,还有一些把可执行文件加载到内存任意位置所需要的可重定位的 信息.  

    总结:在应用程序移植到uClinux, 以及自己写代码的过程中,我们将始终围绕这几个特性来做:

    1、在configure时, 如果可能则需要在configure时,选上—disable-shared和—enable-static.

    2、将 源代码中所有出现的fork()改成vfork();

    3、在Makefile中 的交叉编译器和编译选项,链接选项里加上-Wl,-elf2flt。 尽管这只是一个链接选项,但我 还是小心地在LDFLAGS和CFLAGS, 甚至在CC中指定了该选项。    

     

    改选项是将ELF格式转换成uClinux所 能识别的FLAT格式。在做这个转换过程,我们是不能对ELF文 件使用strip去除一些信息,更有甚者不能使用-O2 选 项来优化代码。因为去掉的某些信息可能导致最终生成的FLAT格式文件运行出现问题。   

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  • uclinuxlinux 区别

    2015-01-13 08:56:16
    uCLinux来说,其设计针对没有MMU的处理器,不能使用处理器的虚拟内存管理技术。uCLinux仍然采用存储器的分页管理,系统在启动时把实际存储器进行分页。在加载应用程序时程序分页加载。但是由于没有MMU管理,所以...

    对uCLinux来说,其设计针对没有MMU的处理器,不能使用处理器的虚拟内存管理技术。uCLinux仍然采用存储器的分页管理,系统在启动时把实际存储器进行分页。在加载应用程序时程序分页加载。但是由于没有MMU管理,所以实际上uCLinux采用实存储器管理策略。uCLinux系统对于内存的访问是直接的,所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统对内存空间没有保护,各个进程实际上共享一个运行空间。一个进程在执行前,系统必须为进程分配足够的连续地址空间,然后全部载入主存储器的连续空间中。

     

     

    没有内存保护(Memory Protection)的操作会导致这样的结果:即使由无特权的进程来调用一个无效指针,也会触发一个地址错误,并潜在地引起程序崩溃,甚至导致系统的挂起。显然,在这样的系统上运行的代码必须仔细编程,并深入测试来确保健壮性和安全。

     

     

    由内核所加载的进程必须能够独立运行,与它们在内存中的位置无关。实现这一目标的第一种办法是一旦程序被加载到RAM中,那么程序的基准地址就“固定”下来;另一种办法是产生只使用相对寻址的代码(称为“位置无关代码”,Position Independent Code,简称PIC)。uClinux对这两种模式都支持。

     

    ELF可以生成一种特殊的代码——与位置无关的代码(position-independent code,PIC)。用户对gcc使用-fPIC指示GNU编译系统生成PIC代码。它是实现共享库或共享可执行代码的基础.这种代码的特殊性在于它可以加载到内存地址空间的任何地址执行.这也是加载器可以很方便的在进程中动态链接共享库。
       

    PIC的实现运用了一个事实,就是代码段中任何指令和数据段中的任何变量之间的距离都是一个与代码段和数据段的绝对存储器位置无关的常量。因此,编译器在数据段开始的地方创建了一个表.叫做全局偏移量表(global offset table.GOT)。GOT包含每个被这个目标模块引用的全局数据目标的表目。编译器还为GOT中每个表目生成一个重定位记录。在加载时,动态链接器会重定位GOT中的每个表目,使得它包含正确的绝对地址。PIC代码在代码中实现通过GOT间接的引用每个全局变量,这样,代码中本来简单的数据引用就变得复杂,必须加入得到GOT适当表目内容的指令。对只读数据的引用也根据同样的道理,所以,加上 IC编译成的代码比一般的代码开销大。

     

    经常动态的内存分配会造成内存碎片,并可能耗尽系统的资源。对于使用了动态内存分配的那些应用程序来说,增强健壮性的一种办法是用预分配缓冲区池(Preallocated buffer pool)的办法来取代malloc()调用。由于uclinux中不使用虚拟内存,进出内存的页面交换也没有实现,因为不能保证页面会被加载到RAM中的同样位置。

     

    uClinux目标板处理器缺乏内存管理的硬件单元,使得Linux的系统接口需要作些改变。有可能最大的不同就是没有fork()和brk()系统调用。 调用fork()将复制出进程来创建一个子进程。在Linux下,fork()是使用copy-on-write页面来实现的。由于没有MMU,uclinux不能完整、可靠地复制一个进程,也没有对copy-on-write的存取。为了弥补这一缺陷,uClinux实现了vfork(),当父进程调用vfork()来创建子进程时,两个进程共享它们的全部内存空间,包括堆栈。子进程要么代替父进程执行(此时父进程已经sleep)直到子进程调用exitI()退出,要么调用exec()执行一个新的进程,这个时候将产生可执行文件的加载。即使这个进程只是父进程的拷贝,这个过程也不能避免。当子进程执行exit()或exec()后,子进程使用wakeup把父进程唤醒,父进程继续往下执行。

     

    uClinux 既没有自动生长的堆栈,也没有brk()函数,这样,用户空间的程序必须使用mmap() 命令来分配内存。为了方便,在uclinux的C语言库中所实现的malloc()实质上就是一个mmap()。在编译时,可以指定程序的堆栈大小。

     


     

    总结:在应用程序移植到uClinux,以及自己写代码的过程中,我们将始终围绕这几个特性来做:

    1,    在configure时,如果可能则需要在configure时,选上—disable-shared和—enable-static.

    2,    将源代码中所有出现的fork()改成vfork();

    3,    在Makefile中的交叉编译器和编译选项,链接选项里加上-Wl,-elf2flt。尽管这只是一个链接选项,但我还是小心地在LDFLAGS和CFLAGS,甚至在CC中指定了该选项。

        改选项是将ELF格式转换成uClinux所能识别的FLAT格式。在做这个转换过程,我们是不能对ELF文件使用strip去除一些信息,更有甚者不能使用-O2 选项来优化代码。因为去掉的某些信息可能导致最终生成的FLAT格式文件运行出现问题。

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  • UclinuxLinux区别

    千次阅读 2018-09-24 23:49:27
    一、名字含义: 在uClinux这个英文单词中u表示Micro,小的意思,C表示Control,控制...二、ucLinuxlinux区别? 没有虚存管理 不能运行时增加进程栈 不支持分页 可执行程序不是elf, 而是flat 不能用fork, 而...

    一、名字含义:

    在uClinux这个英文单词中u表示Micro,小的意思,C表示Control,控制的意思, 所以uClinux就是Micro-Control-Linux,字面上的理解就是"针对微控制领域而设计的Linux系统"。 

    二、ucLinux与linux区别?

    • 没有虚存管理
    • 不能运行时增加进程栈
    • 不支持分页
    • 可执行程序不是elf,   而是flat
    • 不能用fork,   而是用vfork
    • RAMDISK  

    uClinux是针对控制领域的嵌入式linux操作系统,它从Linux 2.0/2.4内核派生而来,沿袭了主流Linux的绝大部分特性。适合不具备内存管理单元(MMU)的微处理器/微控制器。没有MMU支持是 uClinux与主流Linux的基本差异。 

    对uCLinux 来说,其设计针对没有MMU的处理器,不能使用处理器的虚拟内存管理技术。uCLinux仍然采用存储器的分页管理,系统在启动时把实际存储器进行分页。 在加载应用程序时程序分页加载。但是由于没有MMU管理,所以实际上uCLinux采用实存储器管理策略。uCLinux系统对于内存的访问是直接的,所 有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统对内存空间没有保护,各个进程实际上共享一个运行空间。一个进程在执行前,系统必须为进程分配足够的连续 地址空间,然后全部载入主存储器的连续空间中。  

    2.1、内存保护

    没有内存保护(Memory Protection)的操作会导致这样的结果:

    即使由无特权的进程来调用一个无效指针,也会触发一个地址错误,并潜在地引起程序崩溃,甚至导致系统的挂 起。显然,在这样的系统上运行的代码必须仔细编程,并深入测试来确保健壮性和安全。

    对于普通的Linux来说,需要运行不同的用户程序,如果没有内存保护将大大降低系统的安全性和可*性;然而对于嵌入式uClinux系统而言,由 于所运行的程序往往是在出厂前已经固化的,不存在危害系统安全的程序侵入的隐患,因此只要应用程序经过较完整的测试,出现问题的概率就可以控制在有限的范 围内。  

    2.2、虚拟内存

    没有虚拟内存(Virtual Memory)主要导致下面几个后果:

    首先,由内核所加载的进程必须能够独立运行,与它们在内存中的位置无关。 实现这一目标的第一种办法是一旦程序被加载到RAM中,那么程序的基准地址 就“固定”下来;另一种办法是产生只使用相对寻址的代码(称为“位置无关代码”,Position Independent Code,简称PIC)。uClinux对这两种模式都支持。

    其次,要解决在扁平(flat)的内存模型中的内存分配和释放问题。非常动态的内存分配会造成内存碎片,并可能耗尽系统的资源。对于使用了动态内存 分配的那些应用程序来说,增强健壮性的一种办法是用预分配缓冲区池(Preallocated buffer pool)的办法来取代malloc()调用。

    由于uclinux中不使用虚拟内存,进出内存的页面交换也没有实现,因为不能保证页面会被加载到RAM中的同样位置。在普通计算机上,操作系统允 许应用程序使用比物理内存(RAM)更大的内存空间,这往往是通过在硬盘上设立交换分区来实现的。但是,在嵌入式系统中,通常都用FLASH存储器来代替 硬盘,很难高效地实现内存页面交换的存取,因此,对运行的应用程序都限制其可分配空间不大于系统的RAM空间。  

    注意:多任务并没有受影响。哪些旧式的、广泛使用fork()的网络后台程序(daemon)的确是需要修改的。由于子进程运行在和父进程同样的地 址空间内,在一些情况下,也需要修改两个进程的行为。

    很多现代的程序依赖子进程来执行基本任务,使得即时在进程负载很重时,系统仍可以保持一种“可交互”的状态,这些程序可能需要实质上的修改来在 uClinux下完成同样的任务。如果一个关键的应用程序非常依赖这样的结构,那就不得不对它重新编写了。

    假设有一个简单的网络后台程序(daemon),大量使用了fork()。这个daemon总监听一个知名端口(或套接字)等待网络客户端来连接。 当客户端连接时,这个daemon给它一个新的连接信息(新的socket编号),并调用fork()。子进程接下来就会和客户端在新的socket上进 行连接,而父进程被释放,可以继续监听新的连接。

    uClinux 既没有自动生长的堆栈,也没有brk()函数,这样,用户空间的程序必须使用mmap() 命令来分配内存。为了方便,在uclinux的C语言库中所实现的malloc()实质上就是一个mmap()。在编译时,可以指定程序的堆栈大小。

    最后,uClinux目标板处理器缺乏内存管理的硬件单元,使得Linux的系统接口需要作些改变。有可能最大的不同就是没有fork()和 brk()系统调用。调用fork()将复制出进程来创建一个子进程。在Linux下,fork()是使用copy-on-write页面来实现的。由于 没有MMU, uclinux不能完整、可*地复制一个进程,也没有对copy-on-write的存取。为了弥补这一缺陷,uClinux实现了vfork(),当父 进程调用vfork()来创建子进程时,两个进程共享它们的全部内存空间,包括堆栈。子进程要么代替父进程执行(此时父进程已经sleep)直到子进程调 用exitI()退出,要么调用exec()执行一个新的进程,这个时候将产生可执行文件的加载。即使这个进程只是父进程的拷贝,这个过程也不能避免。当 子进程执行exit()或exec()后,子进程使用wakeup把父进程唤醒,父进程继续往下执行。  

    通用架构的内核变化:

    在uCLinux的发布中,/linux/mmnommu目录取代了/linux/mm目录.前者是修改后的内存管理子系统 被修改,去除了MMU的硬件依赖,并在内核软件自身提供基本的内存管理函数.

    很多子系统需要重新修改,添加或重写.内核和用户内存分配及释放进程 必须重新实现,对透明交互/页面调度的支持也被去除. 内核中,加入了支持"内核无关代码(PIC)"的程序支持模块,并使用了新的二进制目标代码 格式,称扁平格式,用来支持PIC(有非常紧凑的头部).

    内核也提供了支持ELF格式的程序加载模块,用来支持使用固定基准地址的可执行程序.两种模式各 有利弊,传统的PIC运行快,代码紧凑,但有代码大小限制.例如Motorola 68K架构的16位相对跳转限制了PIC程序不能超过32KB大小,而采用运行期固定基准地址的方法上市的程序代码没有了大小限制,但当陈旭被内核加载后 导致了较多的系统开销.对于内核开发者来说,uCLinux基本上与Linux没有区别,唯一的区别就是不能利用MMU提供的内存管理.实际上这对内核并 没有影响. Linux下所有标准的可执行文件的格式在uCLinux并不被支持,因为这些格式也用到了虚拟内存的一些功能.uCLinux使用的 是另外一种扁平格式.扁平格式是一种简洁高效的可执行文件格式,它值包含可执行的代码和数据,还有一些把可执行文件加载到内存任意位置所需要的可重定位的 信息.  

    总结:在应用程序移植到uClinux, 以及自己写代码的过程中,我们将始终围绕这几个特性来做:

    1、在configure时, 如果可能则需要在configure时,选上—disable-shared和—enable-static.

    2、将 源代码中所有出现的fork()改成vfork();

    3、在Makefile中 的交叉编译器和编译选项,链接选项里加上-Wl,-elf2flt。 尽管这只是一个链接选项,但我 还是小心地在LDFLAGS和CFLAGS, 甚至在CC中指定了该选项。    

    改选项是将ELF格式转换成uClinux所 能识别的FLAT格式。在做这个转换过程,我们是不能对ELF文 件使用strip去除一些信息,更有甚者不能使用-O2 选 项来优化代码。因为去掉的某些信息可能导致最终生成的FLAT格式文件运行出现问题。   

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