深入了解Linux片选：优化应用程序性能的高效方式(linux片选)

Linux片选是Linux内核中一个非常重要的部分。作为操作系统核心，Linux片选主要实现了对操作系统资源的管理和调度。随着技术的不断发展，对于企业和组织来说，如何通过Linux片选优化应用程序性能变得越来越重要。

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Linux片选的主要功能

在了解Linux片选如何优化应用程序性能前，我们需要先了解一下Linux片选的主要功能。Linux片选的主要功能如下：

1. 内存管理

Linux片选可以实现内存的分配和释放，并且可以通过页面置换算法实现虚拟内存的管理。

2. 进程调度

Linux片选可以决定哪个进程可以占用CPU资源，并且可以通过优先级调度策略进行调度管理。

3. 文件系统管理

Linux片选可以实现文件系统管理功能，包括文件的存储以及文件的访问和权限管理。

4. 网络管理

Linux片选可以实现网络管理功能，包括网络连接建立和管理，数据包的路由等。

优化应用程序性能的方式

对于企业和组织来说，Linux片选对于应用程序的性能优化具有至关重要的作用。以下是优化应用程序性能的一些高效方式：

1. 调整优先级

Linux片选的进程调度功能可以决定哪个进程可以占用CPU资源，并且可以通过优先级调度策略进行调度管理。因此，调整应用程序进程的优先级是优化应用程序性能的一种有效方式。

2. 更大化使用内存

Linux片选可以通过虚拟内存技术将物理内存扩展到磁盘上。在此基础上，应用程序可以更大化使用内存空间，从而提高应用程序的性能。

3. 使用高速磁盘

优化应用程序性能这个过程中，磁盘I/O速度是一个非常重要的因素。使用高速磁盘可以缩短读取和写入数据的时间，进而提高应用程序的运行速度。

4. 网络设置优化

对于需要进行网络访问的应用程序，网络设置也是一个非常重要的因素。通过调整网络连接的参数配置，可以提高网络连接的速度和可靠性，从而提高应用程序性能。

5. 选择合适的文件系统

Linux片选支持多种文件系统，而不同的文件系统对于应用程序的性能和可靠性也有不同的影响。因此，在选择文件系统时，需要根据应用程序的特点和需求进行选择。

在需要优化应用程序的性能时，Linux片选是非常重要的一个环节。通过调整优先级、使用高速磁盘、网络优化、选择合适的文件系统等措施，可以提高应用程序的性能和可靠性。另外，由于Linux片选可以实现内存管理、进程调度、文件系统管理和网络管理等重要功能，因此，对于运行在Linux操作系统上的应用程序来说，Linux片选也扮演着至关重要的角色。

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典型嵌入式linux软件部分由哪些模块组成？他们的功能及相互联系？ Bootloader分为哪两阶段？分

典型的嵌入式系统，软件部分从下到上，分别是boot，kernel，rootfs，fsimg和上层应用。

起到的作用分别是，首孙引导内核，启动内核，挂载根文件系统，挂载实际文件系统，开启上层应用主循环。

你问的这些问题者茄链，每一点都可以单独拿出来，长篇大论的讲很久了。建议去纳团网上先看相关的资料。贪多求快是不好的，一个知识点一个知识点的掌握。

从软件硬件设计特点简单描述嵌入式产品开发设计流程。

项目论证阶段：项目的可行性分析并形成可行性研究报告。

系统方案阶段：对产品需求加以分析、细化，并抽象出需要完成的功能列表，明确定义所要完成的任务。

系统设计阶段：软件开发部分完成软件需求分析，形成软件总体设计方案，软件开发接口规范等；硬件部分完成硬件总体设计方案，接口定义及说明等。

产品详细设计阶段：完成软/硬件的详细设计，编制代码，形成软件各模块的设计说明；硬件部分各单板的原理图，PCB和料单，同时完成产品的结构设计。

制造联试阶段：完成产品的系统调试和可靠性测试，并形成相应的系统调试报告和可靠性测试报告。

典型嵌入式Linux软件部分由哪些模块组成？它的功能和相互关系是什么？

Bootloader、嵌入式Linux内核、嵌入式文件系统组成。Bootloader完成硬件设备的初始化以及引导内核加载，内核通过文件系统来管理对整个系统中的所有的数据和文件。

BootLoader分为哪两个阶段？分别实现了哪些功能？

stage1和stage2两个阶段。

完成的工作：

硬件设备初始化。

为加载Bootloader的stage2准备RAM空间。

拷贝Bootloader的stage2到RAM空间中。

设置堆栈。

跳转到stage2的C入口点。

stage2完成樱盯陆的工作：

初始化本阶段要使用到的硬件设备。

监测系统内存映射。

将内核映像和根文件系统映像从Flash设备上复制到RAM空间中。

设置内核启动参数。

调用启动内核。

简述嵌入式文件系统的种类和管理机制。

Ext2fs文件系统 2.基于Flash的文件系统 3.基于RAM的文件系统 4.网络文件系统。

Linux引入了虚拟文件系统vfs(virtual file system)，为各类文件系统提供一个统一的应用编程接口。

如何理解消费类电子产品开发的可裁剪性和可移植性，并以Linux系统为例进行说明。

Linux来说，假如我们用不到以太网设备，我们可以将该设备的驱动程序以及相关库文件等都去掉以缩小体积。

Linux可以在不同架构的CPU平台上运行。

详细描述嵌入式Linux软件开发的编译开发环境和编译开发工具。

开发环境：首先宿主机上需要安装Linux操作系统。需要为这个Linux系统安装以下三个部分：

函数库(glibc)：是Linux下C语言的主要函数库。

编译器(gcc)：可以将C，C++，汇编源程序和目标程序编译、链接成可执行文件。

系统头文件(glibc_header)：系统相关功能的头文件。

编译开发工具：编辑器有Vi和Emacs；编译器为GCC，是GUN推出的功能强大、性能优越的多平台编译器；调试器为GDB，可以方便的设置断点、单步跟踪等调试功能；项目管理器“make”，用来控制编译或者重复编译，自动管理软件编译内容、方式和时机。

基于S3C2410嵌入式Linux的开发的逻辑空间和物理空间如何对应？详细描述脊顷之。

在支持MMU的32位处理器平台上，Linux系统中的物理存储空则悔间和虚拟存储空间的地址范围分别都是从0x到0xFFFFFFFF，共4GB，但物理存储空间与虚拟存储空间布局完全不同。Linux运行在虚拟存储空间，并负责把系统中实际存在的远小于4GB的物理内存根据不同需求映射到整个4GB的虚拟存储空间中。

n 物理存储空间布局

Linux的物理存储空间布局与处理器相关，详细情况可以从处理器用户手册的存储空间分布表（memory map）相关章节中查到，我们这里只列出嵌入式处理器平台Linux物理内存空间的一般布局，如图18-4所示。

图18-4 Linux物理内存空间一般布局示意图

说明：

1）更大node号n不能大于MAX_NUMNODES-1。

2）MAX_NUMNODES表示系统支持的最多node数。在ARM系统中，Sharp芯片最多支持16个nodes，其他芯片最多支持4个nodes。

3）numnodes是当前系统中实际的内存node数。

4）在不支持CONFIG_DISCONTIGMEM选项的系统中，只有一个内存node。

5）更大bank号m不能大于NR_BANKS-1。

6）NR_BANKS表示系统中支持的更大内存bank数，一般等于处理器的RAM片选数。在ARM系统中，Sharp芯片最多支持16个banks，其他芯片最多支持8个banks。

7）mem_init()函数会将所有节点的页帧位码表所占空间、孔洞页描述符空间及空闲内存页都释放掉。

n虚拟存储空间布局

在支持MMU的系统中，当系统做完硬件初始化后就使能MMU功能，这样整个系统就运行在虚拟存储空间中，实现虚拟存储空间到物理存储空间映射功能的是处理器的MMU，而虚拟存储空间与5路存储空间的映射关系则是由Linux内核来管理的。32位系统中物理存储空间占4GB空间，虚拟存储空间同样占4GB空间，Linux把物理空间中实际存在的远远小于4GB的内存空间映射到整个4GB虚拟存储空间中除映射I/O空间之外的全部空间，所以虚拟内存空间远远大于物理内存空间，这就说同一块物理内存可能映射到多处虚拟内存地址空间上，这正是Linux内存管理职责所在。图18-5列出了Linux内核中虚拟内存空间的一般布局（其实I/O空间也在其中，通常占用高端内存空间，在此未标出）。

图18-5 Linux系统虚拟内存空间一般布局示意图

说明：

1）线性地址空间：是指Linux系统中从0x到0xFFFFFFFF整个4GB虚拟存储空间。

2）内核空间：内核空间表示运行在处理器更高级别的超级用户模式（supervisor mode）下的代码或数据，内核空间占用从0xC到0xFFFFFFFF的1GB线性地址空间，内核线性地址空间由所有进程共享，但只有运行在内核态的进程才能访问，用户进程可以通过系统调用切换到内核态访问内核空间，进程运行在内核态时所产生的地址都属于内核空间。

3）用户空间：用户空间占用从0x到0xBFFFFFFF共3GB的线性地址空间，每个进程都有一个独立的3GB用户空间，所以用户空间由每个进程独有，但是内核线程没有用户空间，因为它不产生用户空间地址。另外子进程共享（继承）父进程的用户空间只是使用与父进程相同的用户线性地址到物理内存地址的映射关系，而不是共享父进程用户空间。运行在用户态和内核态的进程都可以访问用户空间。

4）内核逻辑地址空间：是指从PAGE_OFFSET(3G)到high_memory(物理内存的大小，更大896)之间的线性地址空间，是系统物理内存映射区，它映射了全部或部分（如果系统包含高端内存）物理内存。内核逻辑地址空间与图18-4中的系统RAM内存物理地址空间是一一对应的（包括内存孔洞也是一一对应的），内核逻辑地址空间中的地址与RAM内存物理地址空间中对应的地址只差一个固定偏移量（3G），如果RAM内存物理地址空间从0x地址编址，那么这个偏移量就是PAGE_OFFSET。

5）低端内存：内核逻辑地址空间所映射物理内存就是低端内存(实际物理内存的大小，但是小于896)，低端内存在Linux线性地址空间中始终有永久的一一对应的内核逻辑地址，系统初始化过程中将低端内存永久映射到了内核逻辑地址空间，为低端内存建立了虚拟映射页表。低端内存内物理内存的物理地址与线性地址之间的转换可以通过__pa(x)和__va(x)两个宏来进行，#define __pa(x) ((unsignedlong)(x)-PAGE_OFFSET) __pa(x)将内核逻辑地址空间的地址x转换成对应的物理地址，相当于__virt_to_phys((unsigned long)(x))，__va(x)则相反，把低端物理内存空间的地址转换成对应的内核逻辑地址，相当于((void *)__phys_to_virt((unsigned long)(x)))。

6）高端内存：低端内存地址之上的物理内存是高端内存（物理内存896之上），高端内存在Linux线性地址空间中没有没有固定的一一对应的内核逻辑地址，系统初始化过程中不会为这些内存建立映射页表将其固定映射到Linux线性地址空间，而是需要使用高端内存的时候才为分配的高端物理内存建立映射页表，使其能够被内核使用，否则不能被使用。高端内存的物理地址于现行地址之间的转换不能使用上面的__pa(x)和__va(x)宏。

7）高端内存概念的由来：如上所述，Linux将4GB的线性地址空间划分成两部分，从0x到0xBFFFFFFF共3GB空间作为用户空间由用户进程独占，这部分线性地址空间并没有固定映射到物理内存空间上；从0xC到0xFFFFFFFF的第4GB线性地址空间作为内核空间，在嵌入式系统中，这部分线性地址空间除了映射物理内存空间之外还要映射处理器内部外设寄存器空间等I/O空间。0xC~high_memory之间的内核逻辑地址空间专用来固定映射系统中的物理内存，也就是说0xC~high_memory之间空间大小与系统的物理内存空间大小是相同的（当然在配置了CONFIG_DISCONTIGMEMD选项的非连续内存系统中，内核逻辑地址空间和物理内存空间一样可能存在内存孔洞），如果系统中的物理内存容量远小于1GB，那么内核现行地址空间中内核逻辑地址空间之上的high_memory~0xFFFFFFFF之间还有足够的空间来固定映射一些I/O空间。可是，如果系统中的物理内存容量（包括内存孔洞）大于1GB，那么就没有足够的内核线性地址空间来固定映射系统全部物理内存以及一些I/O空间了，为了解决这个问题，在x86处理器平台设置了一个经验值：896MB，就是说，如果系统中的物理内存（包括内存孔洞）大于896MB，那么将前896MB物理内存固定映射到内核逻辑地址空间0xC~0xC+896MB（=high_memory）上，而896MB之后的物理内存则不建立到内核线性地址空间的固定映射，这部分内存就叫高端物理内存。此时内核线性地址空间high_memory~0xFFFFFFFF之间的128MB空间就称为高端内存线性地址空间，用来映射高端物理内存和I/O空间。896MB是x86处理器平台的经验值，留了128MB线性地址空间来映射高端内存以及I/O地址空间，我们在嵌入式系统中可以根据具体情况修改这个阈值，比如，MIPS中将这个值设置为0xB（512MB），那么只有当系统中的物理内存空间容量大于0xB时，内核才需要配置CONFIG_HIGHMEM选项，使能内核对高端内存的分配和映射功能。什么情况需要划分出高端物理内存以及高端物理内存阈值的设置原则见上面的内存页区（zone）概念说明。

8）高端线性地址空间：从high_memory到0xFFFFFFFF之间的线性地址空间属于高端线性地址空间，其中VMALLOC_START~VMALLOC_END之间线性地址被vmalloc()函数用来分配物理上不连续但线性地址空间连续的高端物理内存，或者被vmap()函数用来映射高端或低端物理内存，或者由ioremap()函数来重新映射I/O物理空间。PKMAP_BASE开始的LAST_PKMAP（一般等于1024）页线性地址空间被kmap()函数用来永久映射高端物理内存。FIXADDR_START开始的KM_TYPE_NR*NR_CPUS页线性地址空间被kmap_atomic()函数用来临时映射高端物理内存，其他未用高端线性地址空间可以用来在系统初始化期间永久映射I/O地址空间。

闷农雪

捉腾歪

菠脱失

微型计算机系统包括什么？

微型计算机

系统简称”微机系统”，由微型计算机、显示器、输入输出设备、电源及

控制面板

等组成的计算机系统。配有操作系统、高级语言和多种工具性软件等。

一整的微型计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。

折叠 硬件部分

1、中央处理器

中央处理器(Central

Processing Unit，CPU)制作在一块集成电路芯片上，也称为

微处理器

(Micro Processor

Unit，MPU)。计算机利用中央处理器处理数据，利用存储器来存储数据。CPU是计算机硬件的核心，主要包括运算器和控制器两大部分，控制着整个计算机系统的工作。计算机的性能主要取决于CPU的性能。

运算器又称为

算术逻辑单元

(Arithmetic Logic Unit，ALU)。操作时，控制器从存储器取出数据，运算器进行算术运算或

逻辑运算

，并把处理后的结果送回存储器。

控制器的主要作用是使整个计算机能够自动的运行。执行程序时，控制器从

主存

中取出相应的指令数据，然后向其他功能部件发出指令所需的控制信号，完成相应的操作，再从主存中取出下一条指令执行，如此循环，直到程序完成。

2、存储器

存储器是计算机中的记忆存储部件。存储器既能够接受和保存数据，又能够向其他部件提供数据。存储器分为内存和外存两大类。

在计算机系统中，习惯上把内存、CPU合称为主机。

(1)内存

内存储器

分为随机读/写存储器(Random Access Memory，RAM)、

只读存储器

(Read OnlyMemory，ROM)和高速缓冲存储器(Cache)三类。内存一般指的是RAM。

(2)外存储器

外存储器主要包括硬盘、光盘、U盘和

移动硬盘

等。

3、输入设备

输入设备主要包括键盘、鼠标等。

(1)键盘

键盘是计算机的标准输入设备。通过键盘可以向计算机输入各种指令、程序、数据等。

(2)鼠标

鼠标是微滚如机的标准输入设备，使用鼠标可以方便地对图形界面中的图标和菜单等进行可视化操作。目前微机上使用的主要是第2代光电鼠标，采用即插即拔的

USB接口

。

4、输出设备

输出设备主要有显示器和打印机等。

(1)显示器

显示器是微机必备的”软拷贝”输出设备，比较常见的是

阴极射线管显示器

(Cathode Ray Tube，CRT)和

液晶显示器

(Liquid Crystal Display，LCD)

(2)打印机

打印机是微机的常用的”硬拷贝”输出设备。在显示器上输出的图像只能当时查看。为了将图像长久大宏启保存，就需要使用打印机输出。

折叠 软件部分

硬件是组成计算机的基础，软件才是计算机的灵魂。计算机的硬件系统上只有安装了软件后，才能发挥其应有的作用。使用不同的软件，计算机可以完成各种不同的工作。配备上软件的计算机才成为完整的计算机系统。

针对某一需要而为计算机编制的指令序列成为程序。程序连同有关的说明文档构成软件。微型计算机系统的软件分为两大类，即系统软件和应用软件。系统软件支持机器运行，应用软件满足业务需求。

1、系统软件

系统软件是指由计算机生产厂或”第三方”为管理计算机系统的硬件和支持应用软件运行而提供的基本软件，最常用的有操作系统、程序设计语言、

数据库管理系统

、联网及通信软件等。

(1)操作系统

操作系统(Operating

System，OS)是微机最基本、最重要的系统软件。它负责管理计算机绝配系统的各种硬件资源(例如CPU、内存空间，磁盘空间、外部设备等)，并且负责将用户对机器的管理命令转换为机器内部的实际操作。例如WIndowsXP、Windows2023等。

(2)程序设计语言

计算机语言

分为

机器语言

、汇编语言和高级语言。机器语言的运算效率是所有语言中更高的;汇编语言是”面向机器”的语言;高级语言不能直接控制计算机的各种操作，编译程序产生的目标程序往往比较庞大、程序难以优化，所以运行速度较慢。

(3)数据库管理系统

数据库管理系统(DateBase

Management

System，DBMS)是安装在操作系统之上的一种对数据进行统一管理的系统软件，主要用于建立、使用和维护数据库。微机上比较著名的数据库管理系统有Access、Oracle、SQL

server、Sybase等。Access是小型数据库管理系统，适合于一般的商务活动，而SQL

Server是大型数据库管理系统，适用于中小企业的业务应用。

(4)联网和网络管理系统软件

网络上的信息资源要比单机上丰富得多，因此出现了专门用于联网和网络管理系统软件。例如著名的网络操作系统NetWare、UNIX、Linux、WindowsNT等。

2、应用软件

应用软件是指除了系统软件以外，利用计算机为解决某类问题而设计的程序的，主要包括信息管理软件、辅助设计软件、实时控制软件等。

(1)办公软件

微型计算机的一个很重要的工作就是日常办公，

微软

开发的Office2023办公软件包含WOrd文字处理软件、电子表格Excel、演示文稿PowerPoint和数据库管理系统Access等组件。这些组件协同使用，基本可以满足日常办公的也许需要。

(2)工具软件

常用的工具软件有压缩/解压缩工具、杀毒工具、下载工具、数据备份与恢复工具、多媒体播放工具以及网络聊天工具等。例如Winrar、Winzip、Rising、Ghost、Thunder、QQ等。

(3)信息管理软件

信息管理软件用于对信息进行输入、存储、修改、检索等，例如工资管理软件、人事管理软件、仓库管理软件等。这种软件一般需要数据库管理系统进行后台支持，使用可视化高级语言进行前台开发，形成客户机/服务器(Cliet/Server,C/S)或浏览器/服务器(Browse/Server，B/S)体系结构，简称MIS(Management

Information System，MIS)。

(4)辅助设计软件

辅助设计软件用于高效地绘制、修改工程图纸，进行设计中的常规计算，帮助用户寻求好的设计方案，例如二维绘图设计、三维几何造型设计等。这种软件一般需要AutoCAD和程序设计语言、数据库管理系统等的支持。

(5)实时控制软件

实施控制软件用于随时获取生产装置、飞行器等的运行状态信息，并以此为依据按预定的方案对其实施自动或半自动控制。这种软件需要汇编语言或C语言的支持。

系统总线又称内总线或板级总线。因为该总线是用来连接微机各功能部件而构成一个完整微机系统的，所以称之为系统总线。系统总线是微机系统中最重要的总线，人们平常所说的微机总线就是指系统总线，如PC总线、AT总线（ISA总线）、PCI总线等。 系统总线上传送的信息包括数据信息、地址信息、控制信息，因此，系统总线包含有三种不同功能的总线，即数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB（Control Bus） 数据总线DB用于传送数据信息。

数据总线是双向三态形式的总线，即他既搭如可以把CPU的数据传送到存储器或I／O接口等其它部件，也可以将其它部件的数据传送到CPU。数据总线的位数是微型计算机的一个重要指标，通常与微处理的字长相一致。例如Intel 8086微处理器字长16位，其数据总线宽度也是16位。需要指出的是，数据的含义是广义的，它可以是真正的数据，也可以指令代码或状态信息，有时甚至是一个控制信息，因此，在实际工作中，数据总迅兄线上传送的并不一定仅仅是真正意义上的数据。 地址总线AB是专门用来传送地址的，由于地址只能从CPU传向外部存储器或I／O端口，所以地址总线总是单向三态的，这与数据总线不同。

地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小，比如8位微知昌启机的地址总线为16位，则其更大可寻址空间为2^16＝64KB，16位微型机的地址总线为20位，其可寻址空间为2^20＝1MB。一般来说，若地址总线为n位，则可寻址空间为2^n（2的n次方）字节。

举例来说：一个 16位元 宽度的位址总线 (通常在 1970年 和 1980年早期的 8位元处理器中使用) 可以寻址的内存空间为 2 的 16 次方 == 64 KB的地址 ，而一个 32位元 位址总线 (通常在像现今 2023年 的 PC 处理器中) 可以寻址的内存空间为 4,294,967,296 = 4 GB 的位址。

控制总线CB用来传送控制信号和时序信号。控制信号中，有的是微处理器送往存储器和I／O接口电路的，如读／写信号，片选信号、中断响应信号等；也有是其它部件反馈给CPU的，比如：中断申请信号、复位信号、总线请求信号、限备就绪信号等。

因此，控制总线的传送方向由具体控制信号而定，一般是双向的，控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而定。实际上控制总线的具体情况主要取决于CPU。

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