如何寫一個簡易嵌入式操作系統(tǒng)

　　學習了操作系統(tǒng)的概念與基礎(chǔ)知識后，我們可以練練手與，寫一個簡易的嵌入式操作系統(tǒng)，具體原理步驟怎樣的呢?面由學習啦小編為大家整理了寫一個簡易嵌入式操作系統(tǒng)的相關(guān)知識，希望對大家有幫助!

　　寫一個簡易嵌入式操作系統(tǒng)概述

　　1.首先確定CPU，在這里為了簡單，就選用嵌入式的CPU，比如arm系列，之所以用RISC(簡單指令集)類型的CPU，其方便之處是沒有實模式與保護模式之分，采用線性的統(tǒng)一尋址，也就是不需要進行段頁式內(nèi)存管理，還有就是芯片內(nèi)部集成了一些常用外設(shè)控制器，比如以太網(wǎng)卡，串口等等，不需要像在PC機的主板上那么多外設(shè)芯片

　　2.確定要實現(xiàn)的模塊和功能，為了簡單，只實現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度(但有限制，比如最多不超過10)，實現(xiàn)中斷處理(不支持中斷優(yōu)先級)，不進行動態(tài)SHELL交互，不實現(xiàn)動態(tài)模塊加載，不實現(xiàn)fork之類的動態(tài)進程派生和加載(也就是說要想在你的操作系統(tǒng)上加入用戶程序，只能靜態(tài)編譯進內(nèi)核中;不支持文件系統(tǒng)，不支持網(wǎng)絡(luò)，不支持PCI，磁盤等外設(shè)(除了支持串口，呵呵，串口最簡單嘛)，不支持虛擬內(nèi)存管理(也就是說多任務(wù)中的每個進程都可以訪問到任何地址，這樣做的話，一個程序死了，那么這個操作系統(tǒng)也就玩完了)

　　3.確定要使用的編譯器，這里采用GCC，文件采用ELF格式，當然，最終的文件就是BIN格式，GCC和LINUX有著緊密的聯(lián)系，自己的操作系統(tǒng)，需要C庫支持和系統(tǒng)調(diào)用支持，所以需要自己去裁剪庫，自己去實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用

　　4.實現(xiàn)步驟：首先是CPU選型，交叉編譯環(huán)境的建立，然后就是寫B(tài)OOTLOADER，寫操作系統(tǒng)通過以上4點的學習一個簡單的嵌入式操作系統(tǒng)準備工作就差不多做好了。

　　相關(guān)閱讀：操作系統(tǒng)常見故障核心知識

　　1、進程與線程

　　1 進程與線程的概念

　　進程：是一定功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合的一次運行活動，進程是系統(tǒng)進行資源調(diào)度和分配的獨立單位。

　　線程：是進程的實體，是CPU調(diào)度和分派的基本單位，它是比進程更小的能獨立運行的基本單位。

　　2 進程與線程的關(guān)系

　　a. 一個線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程，一個進程中可以多個線程并發(fā)執(zhí)行;

　　b. 相對進程而言，線程更加接近于執(zhí)行體的概念，多個線程可以共享同一個進程的資源，每個線程還有自己私有的桟空間并擁有獨立的執(zhí)行序列。

　　c. 進程有獨立的地址空間，在保護模式下，進程崩潰時不會對其他進程有影響。線程有自己的堆桟和局部變量，但是線程之間沒有獨立的地址空間，所以一個線程的死亡就相當于進程的死亡。因此，多進程的程序比多線程的程序具有更好的健壯性，但是進程間切換耗費資源較大，大約是線程間切換的十倍，所以多線程擁有更高的效率

　　線程和進程的區(qū)別聯(lián)系：

　　1，進程：子進程是父進程的復(fù)制品。子進程獲得父進程數(shù)據(jù)空間、堆和棧的復(fù)制品。

　　2，線程：相對與進程而言，線程是一個更加接近與執(zhí)行體的概念，它可以與同進程的其他線程共享數(shù)據(jù)，但擁有自己的?？臻g，擁有獨立的執(zhí)行序列。

　　兩者都可以提高程序的并發(fā)度，提高程序運行效率和響應(yīng)時間。

　　線程和進程在使用上各有優(yōu)缺點：線程執(zhí)行開銷小，但不利于資源管理和保護;而進程正相反。同時，線程適合于在SMP機器上運行，而進程則可以跨機器遷移。

　　根本區(qū)別就一點：用多進程每個進程有自己的地址空間(address space)，線程則共享地址空間。所有其它區(qū)別都是由此而來的：

　　1、速度：線程產(chǎn)生的速度快，線程間的通訊快、切換快等，因為他們在同一個地址空間內(nèi)。

　　2、資源利用率：線程的資源利用率比較好也是因為他們在同一個地址空間內(nèi)。

　　3、同步問題：線程使用公共變量/內(nèi)存時需要使用同步機制還是因為他們在同一個地址空間內(nèi)

　　2、進程間通信

　　進程間通信主要有：管道、系統(tǒng)IPC(消息隊列、信號量、共享存儲)和socket。

　　管道主要分為普通管道、流管道、命名管道。

　　管道是一種半雙工的通信方式，數(shù)據(jù)只能單項流動，并且只能在具有親緣關(guān)系的進程間流動，進程的親緣關(guān)系通常是父子進程

　　命名管道也是半雙工的通信方式，它允許無親緣關(guān)系的進程間進行通信 信號量是一個計數(shù)器，用來控制多個進程對資源的訪問，它通常作為一種鎖機制。

　　消息隊列是消息的鏈表，存放在內(nèi)核中并由消息隊列標識符標識。

　　信號是一種比較復(fù)雜的通信方式，用于通知接收進程某個事件已經(jīng)發(fā)生。

　　共享內(nèi)存就是映射一段能被其它進程訪問的內(nèi)存，這段共享內(nèi)存由一個進程創(chuàng)建，但是多個進程可以訪問。

　　3、緩沖區(qū)溢出

　　概念： 緩沖區(qū)溢出是指計算機向緩沖區(qū)填寫的數(shù)據(jù)超過了緩沖區(qū)的容量，數(shù)據(jù)覆蓋在其他合法區(qū)域上。

　　危害： 程序崩潰，導(dǎo)致拒絕服務(wù);跳轉(zhuǎn)并執(zhí)行一段惡意代碼

　　注：緩沖區(qū)溢出的原因是程序員沒有對輸入數(shù)據(jù)進行檢查。

　　4、死鎖

　　1 概念：在兩個及兩個進程并發(fā)執(zhí)行的過程中，有的線程持有了一部分資源，又在等待其他進程持有的資源，資源的互相持有和等待就導(dǎo)致了進程死鎖。

　　2 死鎖產(chǎn)生的四個條件(ACID)：

　　互斥性： 一個資源只能被一個進程持有

　　請求和保持：一個進程因請求資源而阻塞導(dǎo)致原來持有的資源得不到釋放

　　不可剝奪： 進程未完成功能之前，不可強制釋放當前所持有的資源

　　環(huán)路等待： 若干進程之間形成環(huán)路等待資源的情形

　　3 解決死鎖的方法：

　　解決死鎖的基本思路就是破壞死鎖產(chǎn)生的四個必要條件

　　解決死鎖的基本方法如下：

　　預(yù)防死鎖、避免死鎖、檢測死鎖、解除死鎖

　　解決四多的常用策略如下：

　　鴕鳥策略、預(yù)防策略、避免策略、檢測與解除死鎖

　　5、進程調(diào)度的策略

　　FCFS(先來先服務(wù))、優(yōu)先級、時間片輪轉(zhuǎn)、多級反饋

　　6、進程同步的方式

　　原子操作、信號量、自旋鎖管程、會合、分布式系統(tǒng)