关于uclinux系统分析

ite)，其余暂时留在硬盘上程序运行时如果它所要访问的页(段)已存在，则程序继续运行，如果发现不存在的页(段)，操作系统将产生一个页错误(pagefault)，这个错误导致操作系统把需要运行的部分加载到内存中。必要时操作系统还可以把不需要的内存页(段)交换到磁盘上。利用这样的方式管理存储器，便可把一个进程所需要用到的存储器以化整为零的方式，视需求分批载入，而核心程序则凭借属于每个页面的页码来完成寻址各个存储器区段的工作。

标准Linux是针对有内存管理单元的处理器设计的。在这种处理器上，虚拟地址被送到内存管理单元(MMU)，把虚拟地址映射为物理地址。

通过赋予每个任务不同的虚拟--物理地址转换映射，支持不同任务之间的保护。地址转换函数在每一个任务中定义，在一个任务中的虚拟地址空间映射到物理内存的一个部分，而另一个任务的虚拟地址空间映射到物理存储器中的另外区域。计算机的存储管理单元(MMU)一般有一组寄存器来标识当前运行的进程的转换表。在当前进程将CPU放弃给另一个进程时(一次上下文切换)，内核通过指向新进程地址转换表的指针加载这些寄存器。MMU寄存器是有特权的，只能在内核态才能访问。这就保证了一个进程只能访问自己用户空间内的地址，而不会访问和修改其它进程的空间。当可执行文件被加载时，加载器根据缺省的ld文件，把程序加载到虚拟内存的一个空间，因为这个原因实际上很多程序的虚拟地址空间是相同的，但是由于转换函数不同，所以实际所处的内存区域也不同。而对于多进程管理当处理器进行进程切换并执行一个新任务时，一个重要部分就是为新任务切换任务转换表。我们可以看到Linux系统的内存管理至少实现了以下功能：

运行比内存还要大的程序。理想情况下应该可以运行任意大小的程序：

可以运行只加载了部分的程序，缩短了程序启动的时间

可以使多个程序同时驻留在内存中提高CPU的利用率

可以运行重定位程序。即程序可以方于内存中的任何一处，而且可以在执行过程中移动。

写机器无关的代码。程序不必事先约定机器的配置情况。

减轻程序员分配和管理内存资源的负担。

可以进行共享--例如，如果两个进程运行同一个程序，它们应该可以共享程序代码的同一个副本。

提供内存保护，进程不能以非授权方式访问或修改页面，内核保护单个进程的数据和代码以防止其它进程修改它们。否则，用户程序可能会偶然(或恶意)的破坏内核或其它用户程序。

虚存系统并不是没有代价的。 内存管理需要地址转换表和其他一些数据结构，留给程序的内存减少了。地址转换增加了每一条指令的执行时间，而对于有额外内存操作的指令会更严重。当进程访问不在内存的页面时，系统发生失效。系统处理该失效，并将页面加载到内存中，这需要极耗时间的磁盘I/O操作。总之内存管理活动占用了相当一部分cpu时间(在较忙的系统中大约占10%)。

2、uClinux针对NOMMU的特殊处理

对于uClinux来说，其设计针对没有MMU的处理器，即uClinux不能使用处理器的虚拟内存管理技术(应该说这种不带有MMU的处理器在嵌入式设备中相当普偏)。uClinux仍然采用存储器的分页管理，系统在启动时把实际存储器进行分页。在加载应用程序时程序分页加载。但是由于没有MMU管理，所以实际上uClinux采用实存储器管理策略(real memeory management)。这一点影响了系统工作的很多方面。

uClinux系统对于内存的访问是直接的，(它对地址的访问不需要经过MMU，而是直接送到地址线上输出)，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统对内存空间没有保护(这实际上是很多嵌入式系统的特点)，各个进程实际上共享一个运行空间(没有独立的地址转换表)。

一个进程在执行前， 系统必须为进程分配足够的连续地址空间，然后全部载入主存储器的连续空间中。与之相对应的是标准Linux系统在分配内存时没有必要保证实际物理存储空间是连续的，而只要保证虚存地址空间连续就可以了。另外一个方面程序加载地址与预期(ld文件中指出的)通常都不相同，这样relocation过程就是必须的。此外磁盘交换空间也是无法使用的，系统执行时如果缺少内存将无法通过磁盘交换来得到改善。

uClinux对内存的管理减少同时就给开发人员提出了更高的要求。如果从易用性这一点来说，uClinux的内存管理是一种倒退，退回了到了Unix早期或是Dos系统时代。开发人员不得不参与系统的内存管理。从编译内核开始，开发人员必须告诉系统这块开发板到底拥有多少的内存(假如你欺骗了系统，那将在后面运行程序时受到惩罚)，从而系统将在启动的初始化阶段对内存进行分页，