網(wǎng)絡(luò)計算機中嵌入式Linux體系結(jié)構(gòu)的分析

西北工業(yè)大學(xué) 譚健楠

本文在對計算機網(wǎng)絡(luò)中的嵌入式操作系統(tǒng)以及嵌入式Linux系統(tǒng)的特征優(yōu)勢分析基礎(chǔ)上，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)計算機的工作模式，對網(wǎng)絡(luò)計算機中嵌入式Linux的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，以供參考。

網(wǎng)絡(luò)計算機是在計算機以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下，以高度網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為基礎(chǔ)的計算機設(shè)備，這種計算機設(shè)備中不僅能夠?qū)崿F(xiàn)客戶終端與網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備等之間的相互結(jié)合實現(xiàn)，并且能夠?qū)Ω鞣N實時與非實時、并行或串行、集中與分布式等不同需求的計算與處理進(jìn)行滿足，它與其他計算機設(shè)備相比，還具有硬件設(shè)備的成本較低以及操作簡單、安全性與可靠性較高，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的集中管理與運算等特征優(yōu)勢，應(yīng)用與發(fā)展前景十分廣闊。下文將對網(wǎng)絡(luò)計算機中嵌入式Linux系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，以供參考。

1.嵌入式操作系統(tǒng)與嵌入式Linux系統(tǒng)的特點優(yōu)勢分析

網(wǎng)絡(luò)計算機中的嵌入式操作系統(tǒng)不僅對整個系統(tǒng)的資源分配進(jìn)行負(fù)責(zé)，以實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)的硬件與軟件資源優(yōu)化分配與協(xié)調(diào)實現(xiàn)，同時通過嵌入式系統(tǒng)的運用在實現(xiàn)一些特定的系統(tǒng)模塊裝卸基礎(chǔ)上以滿足系統(tǒng)的功能需求。嵌入式系統(tǒng)在計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中應(yīng)用，由于系統(tǒng)所提供資源有限，其體積也相對較小，并且只有在滿足較小的體積要求下才能夠?qū)τ嬎銠C設(shè)備中嵌入式系統(tǒng)的硬件限制要求。而嵌入式Linux系統(tǒng)則是對Linux系統(tǒng)進(jìn)行一定裁剪優(yōu)化后在計算機較小存儲器芯片中進(jìn)行固定，然后在一些擁有較為特定的需求的場合中進(jìn)行使用，像uClinux、QNX等都是比較常見的Linux系統(tǒng)應(yīng)用典型實例。此外，與其他商業(yè)操作系統(tǒng)相比，Linux系統(tǒng)是一種較為自由的軟件，且具有較好的網(wǎng)絡(luò)流通性與廣泛性等特征優(yōu)勢。其中，Linux系統(tǒng)的自由行特征表現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)計應(yīng)用，該系統(tǒng)只需要對GPL系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)責(zé)，并且在GPL系統(tǒng)的保障作用下能夠?qū)崿F(xiàn)自由設(shè)計與應(yīng)用，與傳統(tǒng)的商業(yè)操作系統(tǒng)相比，其在計算機網(wǎng)絡(luò)中的開發(fā)應(yīng)用成本大大降低；同時，由于Linux系統(tǒng)的Unix特性，因此在實際應(yīng)用中能夠?qū)I(yè)標(biāo)準(zhǔn)下的TCP/IP協(xié)議進(jìn)行支持，并且能夠?qū)λ械臉?biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行支持，能夠?qū)崿F(xiàn)在Linux系統(tǒng)應(yīng)用下實現(xiàn)丟嵌入式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的開發(fā)實現(xiàn)，具有較好的網(wǎng)絡(luò)流通性；而Linux系統(tǒng)的廣泛性體現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的程序調(diào)試與跟蹤都是建立在仿真實驗基礎(chǔ)上，在應(yīng)用Linux進(jìn)行原型設(shè)計與制作過程中能夠最大化的繞開這一程序，在內(nèi)核調(diào)試器基礎(chǔ)上實現(xiàn)改造水，其開發(fā)過程中更加簡單，且適用性也更為廣泛，再加上Linux系統(tǒng)對多種硬件特性的支持，像RISC、CISC等都能夠?qū)崿F(xiàn)運行支持，并且還能夠?qū)Χ喾N處理器系統(tǒng)進(jìn)行支持，因此，具有較為廣泛的開發(fā)與設(shè)計應(yīng)用。

2.網(wǎng)絡(luò)計算機的工作模式分析

結(jié)合網(wǎng)絡(luò)計算機的工作運行與應(yīng)用實際情況，其工作模式主要包含WBT以及X-Terminal（X-終端）、B/S（瀏覽器/服務(wù)器）、Linux本地機四種不同模式。其中，WBT模式是以應(yīng)用程序的運行在計算機Windows NT/2000服務(wù)器上為主，并且以NC作為終端進(jìn)行使用的工作運行模式；而X-Terminal模式則是將應(yīng)用程序在Uinx服務(wù)器上運行實現(xiàn)，以NC作為終端進(jìn)行使用的工作模式；Linux本地機工作模式是將Linux系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)置在本地的電子盤或者是利用遠(yuǎn)程加載實現(xiàn)方式，以NC作為終端在本地運行使用的工作模式；B/S模式是以地瀏覽器與服務(wù)器協(xié)同工作，且在NC上運行實現(xiàn)的工作模式。在上述四種不同的網(wǎng)絡(luò)計算機工作模式中，前兩種工作模式在網(wǎng)絡(luò)計算機中設(shè)計應(yīng)用，對計算機服務(wù)器的計算能力要求較高，而B/S工作模式下，其網(wǎng)絡(luò)計算機中的應(yīng)用都需要依靠NC的瀏覽器進(jìn)行實現(xiàn)，對其應(yīng)用范圍限制較大。Linux本地機工作模式在網(wǎng)絡(luò)計算機中的應(yīng)用實現(xiàn)，由于應(yīng)用程度運行在本地完成，因此，在系統(tǒng)資源劃分采用折中劃分方式，能夠結(jié)合實際需求在計算機NC終端上進(jìn)行合理的計算與存儲資源布置，而另一部分計算則在網(wǎng)絡(luò)計算機上，以對計算機服務(wù)器的壓力進(jìn)行減輕，從而對服務(wù)器能力要求適當(dāng)降低，使其在運行使用中能夠在特定應(yīng)用情況下實現(xiàn)性能的最優(yōu)化。

3.網(wǎng)絡(luò)計算機中嵌入式Linux系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述對嵌入式Linux系統(tǒng)的特征優(yōu)勢以及網(wǎng)絡(luò)計算機常見工作模式分析，在網(wǎng)絡(luò)計算機中采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，其開發(fā)與設(shè)計實踐中，一般需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)計算機的功能需求，對其硬件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計基礎(chǔ)上，實現(xiàn)軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)劃分，在對系統(tǒng)的各個部分進(jìn)行詳細(xì)確認(rèn)基礎(chǔ)上，通過對其相互之間接口的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置，形成各部分結(jié)構(gòu)相對簡單且關(guān)系清晰的計算機網(wǎng)絡(luò)嵌入式Linux系統(tǒng)，促進(jìn)在計算機網(wǎng)絡(luò)中的運行使用。以VIA EPIA威盛主板以及集成VIA Eden ESP 500MHz處理器、128MB SDRAM、集成網(wǎng)卡聲卡顯卡、64MB DOM構(gòu)成的硬件系統(tǒng)為例，可設(shè)計如圖1所示的適用于網(wǎng)絡(luò)計算機的嵌入式Linux系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)形式。

圖1所示的網(wǎng)絡(luò)計算機嵌入式Linux系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中，硬件抽象層是該操作系統(tǒng)的一組硬件有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及方法、宏，其在系統(tǒng)運行中通過CPU所提供硬件訪問指令在根據(jù)不同硬件的特點與硬件設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送、接收以及控制等功能實現(xiàn)，并且硬件抽象層能夠為系統(tǒng)的內(nèi)核層進(jìn)行統(tǒng)一的抽象邏輯硬件設(shè)備提供，以對內(nèi)核層開發(fā)設(shè)計中不需要對具體物理硬件細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)置情況進(jìn)行滿足。

圖1 網(wǎng)絡(luò)計算機中嵌入式Linux系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)示意圖

其次，上示嵌入式Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核層是以Linux內(nèi)核裁減形成，具有進(jìn)程管理功能，并且其設(shè)備管理功能與網(wǎng)絡(luò)計算機的特定硬件部分以及虛擬文件系統(tǒng)、進(jìn)程間通信、網(wǎng)絡(luò)部分、內(nèi)存管理等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間相互獨立，其在有關(guān)事務(wù)處理中，通過對硬件抽象層所提供的方法與宏進(jìn)行調(diào)用或者是通過對其標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的直接訪問實現(xiàn)，其中，該操作系統(tǒng)的內(nèi)核層在系統(tǒng)運行使用中能夠?qū)ι蠈硬僮鲗崿F(xiàn)有限的標(biāo)準(zhǔn)Linux內(nèi)核API進(jìn)行提供滿足。

上示Linux操作系統(tǒng)的中間軟件支撐層結(jié)構(gòu)中包含各種通用基礎(chǔ)軟件，像通用對象請求代理Corba以及Java虛擬機JVM等，能夠在系統(tǒng)運行使用中為某些應(yīng)用需求的設(shè)計實現(xiàn)提供更高層次的支持。而該Linux操作系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)部分是以API或者是中間軟件支撐層為基礎(chǔ)上實現(xiàn)的各種NC終端應(yīng)用，像媒體播放器以及瀏覽器、文本閱讀器等。

最后，上示Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序接口結(jié)構(gòu)部分能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)Linux內(nèi)核API擴展需求進(jìn)行滿足，通過實現(xiàn)功能更加強大且更為全面的擴展函數(shù)庫提供，在Linux操作系統(tǒng)的上層結(jié)構(gòu)開發(fā)中進(jìn)行更具有通用效果且更為簡單的開發(fā)運行環(huán)境提供滿足，并且利用動態(tài)鏈接技術(shù)促進(jìn)函數(shù)庫代碼共享實現(xiàn)。

總之，在上述Linux操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)劃分基礎(chǔ)上，對其系統(tǒng)中各個部分進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)明確，以確保各系統(tǒng)部分功能的單一性，從而促進(jìn)NC系統(tǒng)的嵌入式Linux應(yīng)用軟件簡化設(shè)計，有效降低其開發(fā)設(shè)計的難度。

4.結(jié)束語

總之，對網(wǎng)絡(luò)計算機中嵌入式Linux體系結(jié)構(gòu)的分析，有利于促進(jìn)其在實踐中的設(shè)計應(yīng)用，對促進(jìn)嵌入式Linux系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)計算機中的進(jìn)一步應(yīng)用，有著非常積極的作用和意義。