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第四章嵌入式操作系统
4.1 实时性简介 对于什么是实时系统,POSIX 1003.b作了这样的定义:指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务 POSIX: 可移植操作系统接口标准 实时系统根据其对于实时性要求的不同,可以分为软实时和硬实时两种类型 一个计算机系统为了提供对于实时性的支持,它的操作系统必须对于CPU和其他资源进行有效的调度和管理,即实时调度 实时调度分类 各种实时操作系统的实时调度算法从调度策略上可以分为如下三种类别:基于优先级的调度算法(Priority-driven scheduling-PD)、基于CPU使用比例的共享式的调度算法(Share-driven scheduling-SD)、以及基于时间的进程调度算法(Time-driven scheduling-TD) 从调度方式上来讲可以分为:可抢占、不可抢占;从时间片来分:固定时间片、可变时间片 实时性改造 对操作系统实时性的扩展可以从两方面进行:向外扩展和向上扩展 向外扩展是从范围上扩展,让实时系统支持的范围更广,支持的设备更多 向上扩展是扩充操作系统内核,从功能上扩充系统的实时处理 启动优化基本技术 一、固化各种不可扩展硬件的设置,尽量标准化可扩展设备的接口,节约设备检测时间。 二、Lazy Loading,也即不加载当前非必需的模块,这些模块可以在启动后待机时间内加载,或者在具体用到之后再加载,把启动时间打散,从而缩短对用户来说至关重要的反应时间(Responding Time)。 三、任务并行化,很多系统在启动任务时,是顺序执行,按部就班。为了减少启动时间,我们可以考虑任务的并行化,以减少启动时间的消耗。 电源管理综述 最主要的电源管理方案主要有三种:APM、ACPI、DPM 传统的APM(Advanced Power Management)是一种基于bios的电源管理标准 ACPI(Advanced Configuration and Power Interface),它主要是将电源管理的主要执行者由bios转换成为操作系统,这样可以提供更大的灵活性以及可扩展性 DPM简介 DPM-Dynamic Power Management 在面向Linux的DPM架构中,内核中的DPM子系统负责维持整个系统的电源状态 并把DPM系统的不同电源管理模块联系在一起。 可以把DPM看成是为驱动程序、中间件和应用程序提供服务的元素 DPM框架 存储管理 多程序模型 这是没有硬件地址转换的内存管理模型。即使没有硬件地址转换功能支持,多个程序也可以共享相同的物理地址 具有地址转换硬件的内存管理模型 应用程序使用的是虚拟地址,CPU实际执行程序所示用的是物理地址,从虚拟地址到物理地址的转换需要操作系统和MMU硬件的参与 虚拟存储功能 巨大的寻址空间 内存映射 公平的物理内存分配 共享虚拟内存 地址映射机制 地址映射机制,主要完成主存、辅存和虚存之间的关联 Linux采用一系列的数据结构和一个硬件缓存(TLB)来实现地址映射机制 Linux内核的映射机制被设计成三层,在页面目录和页表之间增设了一层“中间目录” 内存的分配与回收 最近被执行过的地址转换结果会被保留在MMU的转换后备缓存(TLB)中 页分配使用2的幂数大小的块 Linux使用Buddy算法有效地分配和回收页块 Buddy算法 这个算法首先找它请求大小的内存页块 ,它跟踪free_area数据结构中的list单元队列中的空闲页的链表 如果找到的页块大于请求的页块,则该块将被分开成为合适大小的块 因为所有的块都是2的幂次的页数组成,所以这个分割的过程比较简单,你只需要将它平分就可以了。空闲的块则放到适当的队列,而分配的页块则返回给调用者。 存储设备的管理方式 直接访问Flash 自己编写Flash的驱动程序(即基本操作函数) Flash Disk 有些Flash存储设备上附带了控制电路,并且提供了IDE的接口。这些设备通常都是模拟了PC中的IDE之类设备的接口 专用于Flash的文件系统 JFFS等文件系统,目前已经非常成熟,并有了成功的应用 输入输出与设备管理概述 I/O设备抽象 I/O调度 缓冲技术 高速缓存 错误处理 性能与优化 I/O设备抽象 不同的I/O设备,它们的读写方式不尽相同 对于应用程序来说最好是所有的设备都可以通过一个相同的界面来进行读写操作 需要通过一套机制对某一类相似的I/O设备的具体操作细节进行封装 在操作系统中是通过设备驱动来实现的 I/O设备抽象层次结构 I/O调度 I/O调度指的是对一组I/O请求进行安排,决定它们的执行顺序 操作系统一般会把对某个设备的I/
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