Linux內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用
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1.4 POSIX線程及NPTL
新的線程模型基于一個1:1的線程模型(一個內(nèi)核線程對應(yīng)一個用戶線程),包括內(nèi)核對新的 NPTL(Native POSIX Threading Library)的支持,這是對以前內(nèi)核線程方法的明顯改進。2.6內(nèi)核同時還提供POSIX signals和POSIX high-resolution timers。POSIX signals不會丟失,并且可以攜帶線程間或處理器間的通信信息。嵌入式系統(tǒng)要求系統(tǒng)按時間表執(zhí)行任務(wù),POSIX timer可以提供1kHz的觸發(fā)器使這一切變得簡單,從而可以有效地控制進度。
1.5 微控制器的支持
Linux2.6 內(nèi)核加入了多種微控制器的支持。無MMU的處理器以前只能利用一些改進的分支版本,如uClinux,而2.6內(nèi)核已經(jīng)將其整合進了新的內(nèi)核中,開始支持多種流行的無MMU微控制器,如Dragonball、ColdFire、Hitachi H8/300。Linux在無MMU控制器上仍舊支持多任務(wù)處理,但沒有內(nèi)存保護功能。同時也加入了許多流行的控制器的支持,如S3C2410等。
1.6 面向應(yīng)用
嵌入式應(yīng)用有用戶定制的特點,硬件設(shè)計都針對特定應(yīng)用開發(fā),這給系統(tǒng)帶來對非標準化設(shè)計支持的問題(如IRQ的管理)。為了更好地實現(xiàn),可以采用部件化的操作系統(tǒng)。Linux2.6采用的子系統(tǒng)架構(gòu)將功能模塊化,可以定制而對其他部分影響最小。同時Linux2.6提供了多種新技術(shù)的支持以實現(xiàn)各種應(yīng)用開發(fā),如Advanced Linux Sound Architecture(ALSA)和Video4Linux等,對多媒體信息處理更加方便;對USB2.0的支持,提供更高速的傳輸,增加藍牙無線接口、音頻數(shù)據(jù)鏈接和面向鏈接的數(shù)據(jù)傳輸L2CAP,滿足短距離的無線連接的需要;而且在2.6內(nèi)核中還可以配置成無輸入和顯示的純粹無用戶接口系統(tǒng)。
1.2 有效的調(diào)度程序
2.6版本的 Linux內(nèi)核使用了由 Ingo Molnar開發(fā)的新的調(diào)度器算法,稱為O(1)算法,如圖1所示。它在高負載情況下執(zhí)行得極其出色,并且當有很多處理器并行時也可以很好地擴展[2]。過去的調(diào)度程序需要查找整個ready task隊列,并且計算它們的重要性以決定下一步調(diào)用的task,需要的時間隨task數(shù)量而改變。O(1)算法則不再每次掃描所有的任務(wù),當task就緒時被放入一個活動隊列中,調(diào)度程序每次從中調(diào)度適合的task,因而每次調(diào)度都是一個固定的時間。任務(wù)運行時分配一個時間片,當時間片結(jié)束,該任務(wù)將放棄處理器并根據(jù)其優(yōu)先級轉(zhuǎn)到過期隊列中?；顒雨犃兄腥蝿?wù)全部調(diào)度結(jié)束后,兩個隊列指針互換,過期隊列成為當前隊列,調(diào)度程序繼續(xù)以簡單的算法調(diào)度當前隊列中的任務(wù)。這在多處理器的情況更能提高SMP的效率,平衡處理器的負載,避免進程在處理器間的跳躍。
1.3 同步原型與共享內(nèi)存
多進程應(yīng)用程序需要共享內(nèi)存和外設(shè)資源,為避免競爭采用了互斥的方法保證資源在同一時刻只被一個任務(wù)訪問。Linux內(nèi)核用一個系統(tǒng)調(diào)用來決定一個線程阻塞或是繼續(xù)執(zhí)行來實現(xiàn)互斥,在線程繼續(xù)執(zhí)行時,這個費時的系統(tǒng)調(diào)用就沒有必要了。Linux2.6所支持的Fast User-Space Mutexes 可以從用戶空間檢測是不是需要阻塞線程,只在需要時執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用終止線程。它同樣采用調(diào)度優(yōu)先級來確定將要執(zhí)行的進程[4]。多處理器嵌入式系統(tǒng)各處理器之間需要共享內(nèi)存,對稱多處理技術(shù)對內(nèi)存訪問采用同等優(yōu)先級,在很大程度上限制了系統(tǒng)的可量測性和處理效率。Linux2.6 則提供了新的管理方法——NUMA(Non Uniform Memory Access)。NUMA根據(jù)處理器和內(nèi)存的拓撲布局,在發(fā)生內(nèi)存競爭時,給予不同處理器不同級別權(quán)限以解決內(nèi)存搶占瓶頸,提高吞吐量。
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