Linux操作系統(tǒng)基礎(chǔ)

11.1嵌入式Linux的開發(fā)環(huán)境11.1.1交叉開發(fā)概念模型TARGET就是目標板，HOST是開發(fā)主機。在開發(fā)主機上，可以安裝開發(fā)工具，編輯、編譯目標板的Linux引導程序、內(nèi)核和文件系統(tǒng)，然后在目標板上運行。通常這種在主機環(huán)境下開發(fā)，在目標板上運行的開發(fā)模式叫作交叉開發(fā)。目標板(Target)可以是嵌入式應(yīng)用軟件的實際運行環(huán)境，當然也可以是替代實際環(huán)境的仿真系統(tǒng)（如軟件模擬器）。宿主機(Host)通過串口、網(wǎng)絡(luò)連接或調(diào)試接口(如JTAG仿真器)與目標機通信。宿主機的軟硬件資源比較豐富，其操作系統(tǒng)主要有Windows和Linux兩種，其上用于開發(fā)程序的那套軟件工具，通常叫做開發(fā)工具鏈。11.1.2桌面Linux的開發(fā)工具鏈GNU開發(fā)工具鏈（toolchain）主要包括GNUCompilerCollection、GNUlibc

以及用來編譯、測試和分析軟件的GNUbinutils

三個大的模塊。基于ARM平臺的交叉工具鏈，這里將其目標平臺名為arm-linux-gnu，比如arm-linux-gcc、arm-linux-gdb等。分步構(gòu)建交交叉開發(fā)工具鏈的整個過程:1.下載源代碼

到相關(guān)的網(wǎng)站下載包括binutils、gcc、glibc（如）及l(fā)inux(如)內(nèi)核的源代碼.注意:glibc和內(nèi)核源代碼的版本必須與目標機上實際使用的版本保持一致.2.建立環(huán)境變量聲明以下環(huán)境變量的目的是在之后編譯工具庫的時候用到，很方便輸入，尤其是可以降低輸錯路徑的風險。3.配置、安裝binutilsinutils是GNU工具之一，它包括連接器、匯編器和其他用于目標文件和檔案的工具，它是二進制代碼的維護工具。安裝Binutils工具包含的程序有addr2line、ar、as、c++filt、gprof、ld、mm、objcopy、ranlib、readelf、size、strings、strip、libiberty、libbfd和libopcodes。4.配置linux內(nèi)核頭文件

編譯器需要通過系統(tǒng)內(nèi)核的頭文件來獲得目標平臺所支持的系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用所需要的信息。對于LINUX內(nèi)核，最好的方法是下載一個合適的內(nèi)核，然后復制獲得頭文件。首先執(zhí)行makemrproper進行清理工作。接下來執(zhí)行makeconfigARCH=arm（或makemenuconfig/xconfigARCH=arm）進行配置.5.第一次編譯gcc

完成此過程需要執(zhí)行三個步驟，分別如下：

(1)修改t-linux下的內(nèi)容

(2)配置gcc(3)編譯、安裝gcc6.交叉編譯glibc

這一步驟生成的代碼是針對目標機cpu的，因此它屬于一個交叉編譯過程。該過程要用到linux內(nèi)核頭文件，默認路徑為$PREFIX/arm-linux/sys-linux，因而需要在$PREFIX/arm-linux中建立一個名為sys-linux的軟連接，使其內(nèi)核頭文件所在的include目錄.或者也可以在接下來要執(zhí)行的configure命令中使用--with-headers參數(shù)指定linux內(nèi)核頭文件的實際路徑。

7.第二次編譯gcc

由于第一次安裝的gcc沒有交叉glibc支持，現(xiàn)在已經(jīng)安裝了glibc，所以需要重新編譯來支持glibc。到此為止整個交叉開發(fā)工具鏈就完全生成了。11.2桌面Linux的安裝11.2.1雙操作系統(tǒng)環(huán)境一般會用到兩個桌面操作系統(tǒng)，即linux和windows操作系統(tǒng)，其中Linux主要有Redhat/Fedora、Suse、Mandrake等發(fā)行版本。

Windows與Linux的雙重啟動為Linux操作系統(tǒng)準備硬盤空間11.2.2VMware虛擬機環(huán)境VMwareworkstation是VMware公司設(shè)計的專業(yè)虛擬機，可以在Windows平臺上為幾乎任何的其他操作系統(tǒng)提供虛擬運行環(huán)境。顧名思義，只要物理主機的內(nèi)存、CPU等配置足夠，就可以在Windows平臺上，再“虛擬”出一臺或多臺“PC機”，而且使用簡單,容易上手，是目前用得非常廣泛的工具軟件。

11.3Linux的使用11.3.1Linux基本命令1.adduser示例：創(chuàng)建pdr帳戶adduserpdr2.cat示例：cattext在屏幕上顯示文件text的內(nèi)容；cat-ntextfile1>textfile2把textfile1的文件內(nèi)容加上行號后輸入textfile2這個文件里；3.Cd示例：假設(shè)用戶當前目錄是/home/xu

現(xiàn)需要更換到/home/xu/pro目錄中$cdpro4.cp示例：$cp-r/usr/xu//usr/liu/表示將/usr/xu

目錄中的所有文件及其子目錄拷貝到目錄/usr/liu中。5.df示例：列出各文件系統(tǒng)的磁盤空間使用情況。#df

6.du示例：顯示包含在每個文件以及目錄/home/fran的子目錄中的磁盤塊數(shù)。du-a/home/fran7.Export示例：顯示當前所有環(huán)境變量的設(shè)置情況#export8.fdisk示例：查看當前系統(tǒng)中磁盤的分區(qū)狀況,包括硬盤、U盤等fdisk-l9.ln示例：要為當前目錄下的file文件建立一個硬鏈接，名為/home/lbt/doc/file/,可用如下命令：lnfile/home/lbt/doc/file10.locate

示例：locatefilename:尋找系統(tǒng)中所有叫filename的文件11.Ls示例：將/bin目錄以下所有目錄及文件詳細資料列出:ls-lR/bin12.minicom示例：開啟minicom得配置界面minicom–s13.Mkdir示例：在當前目錄中創(chuàng)建嵌套的目錄層次inin

和inin下的mail目錄，權(quán)限設(shè)置為只有文件擁有者有讀、寫和執(zhí)行權(quán)限。mkdir-p-m700./inin/mail/14.Mount示例：掛載ntfs格式的hda7分區(qū)到/mnt/cdrom文件夾mount-oiocharset=cp936/dev/hda7/mnt/cdrom15.mv示例：$mv/usr/xu/*.表示將/usr/xu

中的所有文件移到當前目錄用.表示16.Passwd示例：passwdpengdr17.ping示例：ping18.pwd示例：查看當前工作：Pwd19.reboot示例：做個重開機的模擬（只有紀錄并不會真的重開機）。reboot–w20.rmdir示例：在工作目錄下的BBB目錄中，刪除名為Test的子目錄。若Test刪除后，BBB目錄成為空目錄，則BBB亦予刪除。rmdir-pBBB/Test22.tar功能說明：備份或解壓文件。示例：壓縮目錄/etc為tar.gz后綴。#tarcvfbackup.tar/etc解壓#tar–zxvffile.tar.gz#tar–jxvffile.tar.bz224.umount功能：卸除文件系統(tǒng)。示例：卸載/mnt區(qū):umount/mnt/cdrom11.3.2vi編輯器的使用vi是visualinterface的簡稱，它在Linux上的地位就同Edit程序在DOS上一樣,可以執(zhí)行輸出、刪除、查找、替換、塊操作等眾多文本操作，而且用戶可以根據(jù)自己的需要對其進行定制，這是其他編輯程序所沒有的。它不是一個排版程序，不象Word或WPS那樣可以對字體、格式、段落等其他屬性進行編排，它只是一個文本編輯程序。

1.vi的基本模式及模式間轉(zhuǎn)換

vi編輯器的使用按不同的使用方式可以分為3種狀態(tài)，分別是命令模式（CommandMode）、輸入模式（InsertMode）和末行模式(LastLineMode)，各模式區(qū)分如下：（1）命令模式（2）輸入模式（3）末行模式Linux退出vivifile末行模式輸入模式轉(zhuǎn)義命令按[Esc]鍵文本輸入命令執(zhí)行完畢或按[Esc]鍵命令模式2.vi的基本操作（1）進入與離開vi

要進入

vi

可以直接在系統(tǒng)提示字元下鍵入

vi

＜檔案名稱＞，vi

可以自動幫你載入所要編輯的檔案或是開啟一個新檔。進入

vi

後螢?zāi)蛔蠓綍霈F(xiàn)波浪符號，凡是列首有

該符號就代表此列目前是空的。要離開

vi

可以在指令模式下鍵入

“:q”（不保存離開）,

“:wq

”（保存離開）指令則是

存檔后再離開（注意冒號）。（2）vi的刪除、修改與復制（3）vi的光標移動由于許多編輯工作都是由游標來定位的，所以

vi

提供許多移動游標的方式。例如:--a從光標所在位置後面開始新增資料，光標後的資料隨新增資料向後移動。--A從光標所在列最後面的地方開始新增資料。--i從光標所在位置前面開始插入資料，光標後的資料隨新增資料向後移動。--I從光標列的第一個非空白字符前面開始插入資料。--o在光標所在列下新增一列并進入輸入模式。--O在光標所在列上方新增一列并進入輸入模式。（4）vi的查找與替換在vi中的查找與替換也非常簡單，其操作有些類似在Telnet中的使用。其中，查找的命令在命令行模式下，而替換的命令則在底行模式下（以“：”開頭）.例如:查找/pattern:從光標開始處向文件尾搜索pattern?pattern從光標開始處向文件首搜索pattern（5）vi的文件操作11.3.3gcc編譯器

編譯器的作用是將用高級語言或者匯編語言編寫的源代碼，翻譯成處理器上等效的一系列操作命令。針對嵌入式系統(tǒng)來說，其編譯器數(shù)不勝數(shù)，其中g(shù)cc

和匯編器as是非常優(yōu)秀的編譯工具，而且免費。編譯器的輸出被稱為目標文件。對于任何嵌入式系統(tǒng)而言，有一個高效的編譯器、鏈接器和調(diào)試器是非常重要的，gcc

不僅在桌面領(lǐng)域中表現(xiàn)出色，還可以為嵌入式系統(tǒng)編譯出高質(zhì)量的代碼。使用語法：gcc[option]filename...11.3.4make工具和Makefile文件

無論是在Linux還是在Unix環(huán)境中，make都是一個非常重要的編譯命令。不管是自己進行項目開發(fā)還是安裝應(yīng)用軟件，都經(jīng)常要用到make或makeinstall。利用make工具，可以將大型的開發(fā)項目分解成為多個更易于管理的模塊，對于一個包括幾百個源文件的應(yīng)用程序，使用make和makefile工具就可以簡潔明快地理順各個源文件之間紛繁復雜的相互關(guān)系。Make工具最主要也是最基本的功能就是通過makefile文件來描述源程序之間的相互關(guān)系并自動維護編譯工作。而makefile

文件需要按照某種語法進行編寫，文件中需要說明如何編譯各個源文件并連接生成可執(zhí)行文件，并要求定義源文件之間的依賴關(guān)系。makefile

文件是許多編譯器（包括WindowsNT下的編譯器）維護編譯信息的常用方法。

以下將以一個示例的方式來說明Makefile文件的編寫規(guī)則。在這個示例中有2個C文件和1個頭文件，要寫一個Makefile來告訴make命令如何編譯和鏈接這幾個文件。實現(xiàn)的規(guī)則是：①如果這個工程沒有編譯過，那么所有C文件都要編譯并被鏈接；②如果這個工程的某幾個C文件被修改，那么只編譯被修改的C文件，并鏈接目標程序；③如果這個工程的頭文件被改變了，那么需要編譯引用了這幾個頭文件的C文件，并鏈接目標程序；11.4Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上來講，操作系統(tǒng)有微內(nèi)核結(jié)構(gòu)和單一結(jié)構(gòu)之分，WindowsNT和MINIX是典型的微內(nèi)核操作系統(tǒng)，而Linux則是單一結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)。微內(nèi)核結(jié)構(gòu)只提供內(nèi)存管理、中斷管理等最基本的服務(wù)，服務(wù)之間通過進程間通信來進行交互，因此效率相對較低，但它可方便地在內(nèi)核中添加新的組件，結(jié)構(gòu)清晰；單一內(nèi)核的訪問是通過系統(tǒng)調(diào)用來實現(xiàn)，其效率高，但結(jié)構(gòu)相對復雜，且不容易、不方便向內(nèi)核中添加新的組件。11.4.1核心子系統(tǒng)1.內(nèi)存管理對任何一臺計算機而言，其內(nèi)存以及其它資源都是有限的。為了讓有限的物理內(nèi)存滿足應(yīng)用程序?qū)?nèi)存的大需求量，Linux采用了稱為“虛擬內(nèi)存”的內(nèi)存管理方式。2.進程調(diào)度進程實際是某特定應(yīng)用程序的一個運行實體。在Linux系統(tǒng)中，能夠同時運行多個進程，Linux通過在短的時間間隔內(nèi)輪流運行這些進程而實現(xiàn)“多任務(wù)”。3.進程間通信為了完成某特定任務(wù)，有時需要綜合兩個程序的功能，例如一個程序輸出文本，而另一個程序?qū)ξ谋具M行排序。4.虛擬文件系統(tǒng)

Linux操作系統(tǒng)中單獨的文件系統(tǒng)并不是由驅(qū)動器號或驅(qū)動器名稱（如A:或C:等）來標識的，而是和UNIX操作系統(tǒng)一樣，將獨立的文件系統(tǒng)組合成了一個層次化的樹形結(jié)構(gòu)，并且由一個單獨的實體代表這一文件系統(tǒng)。5.網(wǎng)絡(luò)接口

Linux和網(wǎng)絡(luò)幾乎是同義詞。實際上Linux是就是Internet或WWW的產(chǎn)物。6.其它除上述主要組成部分之外，內(nèi)核還包含設(shè)備驅(qū)動程序和一些一般性的任務(wù)和機制，這些任務(wù)和機制可使Linux內(nèi)核的各個部分有效地組合在一起，它們是上述主要部分高效工作的必要保證。

11.4.2設(shè)備驅(qū)動程序

設(shè)備驅(qū)動程序也是內(nèi)核的一部分，它由一組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)組成，其中的大部分函數(shù)是對驅(qū)動程序接口的實現(xiàn)。驅(qū)動程序通過這組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)控制一個或多個設(shè)備，并通過驅(qū)動程序接口與內(nèi)核的其它部分交互。

Linux有許多不同的設(shè)備驅(qū)動程序，這也是Linux在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中廣泛應(yīng)用的原因之一，而且驅(qū)動程序還在不斷增長。

雖然這些驅(qū)動程序驅(qū)動的設(shè)備不同，完成的工作各異，但它們都具有一些一般的屬性：(1)Kernelcode：設(shè)備驅(qū)動程序和內(nèi)核中的其它代碼相似，是kenel

的一部分，如果發(fā)生錯誤，可能嚴重損害系統(tǒng)。(2)Kenelinterfaces

設(shè)備驅(qū)動程序必須向Linux內(nèi)核或者它所在的子系統(tǒng)提供一個標準的接口。例如，終端驅(qū)動程序向Linux內(nèi)核提供了一個文件I/O接口，而SCSI設(shè)備驅(qū)動程序向SCSI子系統(tǒng)提供了SCSI設(shè)備接口，接著，向內(nèi)核提供了文件I/O和buffer2cache的接口。(3)Kernelmechanismsandservices

設(shè)備驅(qū)動程序使用標準的內(nèi)核服務(wù)，例如內(nèi)存分配、中斷轉(zhuǎn)發(fā)和等待隊列來完成工作。UNIXSVR4提出了設(shè)備-驅(qū)動程序接口/驅(qū)動程序-內(nèi)核接口規(guī)范（DDI/DKI），由它來規(guī)范化內(nèi)核與驅(qū)動程序之間的接口。

(4)Loadable

大多數(shù)的Linux設(shè)備驅(qū)動程序，可以在需要的時候作為內(nèi)核模塊加載，在不再需要的時候卸載。(5)ConfigurableLinux設(shè)備驅(qū)動程序可以建立在內(nèi)核。至于哪些設(shè)備建立到內(nèi)核，可以在內(nèi)核編譯的時候配置。(6)Dynamic

在系統(tǒng)啟動，每一個設(shè)備啟動程序初始化的時候，它會查找它管理的硬件設(shè)備。如果一個設(shè)備驅(qū)動程序所控制的設(shè)備不存在并沒有關(guān)系。這時這個設(shè)備驅(qū)動程序只是多余的，占用很少的系統(tǒng)內(nèi)存，而不會產(chǎn)生危害。11.5Linux目錄結(jié)構(gòu)11.5.1Linux源文件的目錄結(jié)構(gòu)

一般桌面Linux安裝后，在/usr/src/Linux-*.*.*(版本號，比如2.4.18)目錄下有內(nèi)核源代碼，內(nèi)核代碼非常龐大，包括驅(qū)動程序在內(nèi)有好幾百兆字節(jié)。下面介紹下內(nèi)核的目錄結(jié)構(gòu)

目錄結(jié)構(gòu)及目錄路徑/bootdevetchomelibbinproc…usrvargrublost+foundsharelocal…binmansrcbin…man1php.1/bin

該目錄中存放Linux的常用命令，在有的版本中是一些和根目錄下相同的目錄。/boot

該目錄下存放的都是系統(tǒng)啟動時要用到的程序，當用lilo引導Linux時，會用到這里的一些信息/dev

該目錄包含了Linux系統(tǒng)中使用的所有外部設(shè)備，它實際上是訪問這些外部設(shè)備的端口，你可以訪問這些外部設(shè)備，與訪問一個文件或一個目錄沒有區(qū)別。例如在系統(tǒng)中鍵入“cd/dev/cdrom”，就可以看到光驅(qū)中的文件；鍵入“cd/dev/mouse”即可看鼠標的相關(guān)文件。/cdrom

該目錄在剛安裝系統(tǒng)時是空的，你可以將光驅(qū)文件系統(tǒng)掛在這個目錄下，例如“mount/dev/cdrom/cdrom”/etc

該目錄存放了系統(tǒng)管理時要用到的各種配置文件和子目錄，例如網(wǎng)絡(luò)配置文件、文件系統(tǒng)、X系統(tǒng)配置文件、設(shè)備配置信息、設(shè)置用戶信息等。/usr

用戶的很多應(yīng)用程序和文件都存放在該目錄下/sbin

該目錄用來存放系統(tǒng)管理員的系統(tǒng)管理程序。/home

如果建立一個名為“xx”的用戶，那么在/home目錄下就有一個對應(yīng)的“/home/xx”路徑，用來存放該用戶的主目錄。/lib

該目錄用來存放系統(tǒng)動態(tài)連接共享庫，幾乎所有的應(yīng)用程序都會用到該目錄下的共享庫/lost+found

該目錄在大多數(shù)情況下都是空的。但當突然停電、或者非正常關(guān)機后，有些文件就臨時存放在這里。/mnt

該目錄在一般情況下也是空的，你可以臨時將別的文件系統(tǒng)掛在該目錄下。/proc

可以在該目錄下獲取系統(tǒng)信息，這些信息是在內(nèi)存中由系統(tǒng)自己產(chǎn)生的/root

如果你是以超級用戶的身份登錄的，這個就是超級用戶的主目/tmp

用來存放不同程序執(zhí)行時產(chǎn)生的臨時文件11.5.2Linux運行系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)Linux運行后，它的目錄結(jié)構(gòu)和源文件目錄結(jié)構(gòu)有所不同。運行系統(tǒng)目錄樹的主要部分有/root、/usr、/var、/home等。(1)/root目錄中包括：引導系統(tǒng)的必備文件，文件系統(tǒng)的掛裝信息以及系統(tǒng)修復工具和備份工具等。(2)/usr目錄中包含通常操作中不需要進行修改的命令程序文件、程序庫、手冊和其它文檔等，它并不和特定的CPU相關(guān)，也不會在通常的使用中修改。因此，將/usr目錄掛裝為只讀性質(zhì)的。(3)/var目錄中包含經(jīng)常變化的文件，例如打印機、郵件、新聞等的假脫機目錄、日志文件、格式化后的手冊頁以及臨時文件等。(4)/home

中包含用戶的主目錄，用戶的數(shù)據(jù)保存在其主目錄中，如果有必要，也可將/home劃分為不同的文件系統(tǒng)，例如/home/students和/home/teachers等。(5)/proc目錄下的內(nèi)容并不是ROM中的，而是系統(tǒng)啟動后在內(nèi)存中創(chuàng)建的，它包含內(nèi)核虛擬文件系統(tǒng)和進程信息，例如CPU、DMA通道以及中斷的使用信息等。(6)/etc

包含了系統(tǒng)相關(guān)的配置文件，比如開機啟動選項等。(7)/bin

包含了引導過程必需的命令，也可由普通用戶使用。(8)/sbin

和/bin類似，盡管其中的命令可由普通用戶使用，但由于這些命令屬于系統(tǒng)級命令，因此無特殊需求不使用其中的命令。(9)/dev

包含各類設(shè)備文件。(10)/tmp

包含臨時文件。引導后運行的程序應(yīng)當在/var/tmp

中保存文件，因為其中的可用空間大一些。(11)/boot

包含引導裝載程序要使用的文件，內(nèi)核映象通常保存在這個目錄中。(12)/mnt

是臨時文件系統(tǒng)的掛裝目錄。比如U盤、光盤、軟盤等都可以在這個目錄下建立掛載點。11.6Linux文件系統(tǒng)Linux利用虛擬文件系統(tǒng)，把文件系統(tǒng)操作和不同文件系統(tǒng)的具體實現(xiàn)細節(jié)分離了開來。很長時期以來，文件系統(tǒng)的接口保持了一定的穩(wěn)定性，即使變化也是向下兼容的。但是文件系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)發(fā)生了徹底的變化。起初的框架只支持一種文件系統(tǒng)，并且所有的文件都必須存放在與系統(tǒng)有物理連接的本地磁盤上。

11.6.1文件系統(tǒng)與內(nèi)核的關(guān)系

任何一個操作系統(tǒng)都必須要提供持久性存儲和管理數(shù)據(jù)的手段。在Linux系統(tǒng)中，“文件”用來保存數(shù)據(jù)，而“文件系統(tǒng)”可以讓用戶組織、操縱以及存取不同的文件。文件系統(tǒng)的基本組成單位是文件，文件系統(tǒng)中的所有文件通過目錄、鏈接等組織成一棵完整的樹型結(jié)構(gòu)，其根為“/”，文件在葉子位置，各子目錄處在中間節(jié)點的位置。11.6.2常見通用Linux文件系統(tǒng)1.EXT2文件系統(tǒng)

EXT2是由RemyCard發(fā)明的，它是Linux的一個可擴展的、功能強大的文件系統(tǒng)。至少在Linux社區(qū)中，EXT2是最成功的文件系統(tǒng)，是所有當前的Linux發(fā)布版的基礎(chǔ)。象大多數(shù)文件系統(tǒng)一樣，EXT2文件系統(tǒng)建立在這樣的前提下：文件的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)塊中，這些數(shù)據(jù)塊的長度都相同。

2.EXT3文件系統(tǒng)

Ext3文件系統(tǒng)是直接從Ext2文件系統(tǒng)發(fā)展而來，它很大程度上是基于Ext2的，因此，它在磁盤上的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從本質(zhì)上與Ext2文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是相同的。事實上，如果Ext3文件系統(tǒng)已經(jīng)被徹底卸載，那么，就可以把它作為Ext2文件系統(tǒng)來重新安裝；反之，創(chuàng)建Ext2文件系統(tǒng)的日志，并把它作為Ext3文件系統(tǒng)來重新安裝也是一種簡單、快速的操作。11.6.3常見嵌入式Linux文件系統(tǒng)

在嵌入式Linux應(yīng)用中，主要的存儲設(shè)備為RAM(DRAM,SDRAM)和ROM(常采用FLASH存儲器)，常用的基于存儲設(shè)備的