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【51CTO.com快譯】

本文概述了Linux系統(tǒng)的幾大組件，描述了這些組件之間的關(guān)系。文章解釋了術(shù)語，并描述看似很基礎(chǔ)的細(xì)節(jié)。

每個(gè)Linux系統(tǒng)都有許多主要組件。其中一個(gè)組件(引導(dǎo)加載程序)從技術(shù)上講是Linux之外的，常常不被談?wù)摗Ｆ溆嘟M件都是共同打造整個(gè)Linux系統(tǒng)的所有軟件元素。這些組件是：

• 引導(dǎo)加載程序
• 內(nèi)核
• 根文件系統(tǒng)
• 服務(wù)
• 應(yīng)用程序/程序

引導(dǎo)加載程序

計(jì)算機(jī)通電、執(zhí)行一些初始設(shè)置后，它會(huì)加載引導(dǎo)加載程序到內(nèi)存中并運(yùn)行該代碼。引導(dǎo)加載程序的主要工作是找到操作系統(tǒng)的二進(jìn)制程序，將該二進(jìn)制程序加載到內(nèi)存中，然后運(yùn)行操作系統(tǒng)。本文指Linux內(nèi)核。

引導(dǎo)加載程序此時(shí)已完成，內(nèi)存中的所有代碼和數(shù)據(jù)通常都被操作系統(tǒng)覆蓋。引導(dǎo)加載程序不會(huì)再次運(yùn)行，直到計(jì)算機(jī)再次重置或重啟。

嵌入式系統(tǒng)中的引導(dǎo)加載程序不同于典型的筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)或服務(wù)器計(jì)算機(jī)。典型的PC通常先加載進(jìn)入到所謂的BIOS，然后運(yùn)行Grub這個(gè)引導(dǎo)加載程序。嵌入式Linux系統(tǒng)使用Das-UBoot或U-Boot來進(jìn)行引導(dǎo)。

內(nèi)核

一旦引導(dǎo)加載程序?qū)inux內(nèi)核加載到內(nèi)存中并運(yùn)行，內(nèi)核將開始運(yùn)行其啟動(dòng)代碼。該啟動(dòng)代碼將初始化硬件、初始化系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、初始化調(diào)度程序、初始化所有硬件驅(qū)動(dòng)程序、初始化文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序、掛載第一個(gè)文件系統(tǒng)，并啟動(dòng)第一個(gè)程序等。

Linux內(nèi)核的主要工作是啟動(dòng)應(yīng)用程序，并為這些應(yīng)用程序(或Linux中通常所稱的程序)之間提供協(xié)調(diào)。Linux內(nèi)核不知道應(yīng)該運(yùn)行的所有程序。因此，Linux內(nèi)核僅啟動(dòng)一個(gè)程序，并讓該程序啟動(dòng)所需的所有其他程序。這第一個(gè)程序名為init程序，有時(shí)簡稱“ init”。注意，這第一個(gè)程序不需要放在名為“ init”的文件中，但常常放在該文件中。

如果內(nèi)核找不到init程序，內(nèi)核的用途不復(fù)存在，因而崩潰。

用于嵌入式系統(tǒng)的Linux內(nèi)核的主要區(qū)別在于，它是為了在不同的CPU架構(gòu)上運(yùn)行而構(gòu)建的。否則，內(nèi)核的運(yùn)行方式與典型的PC相一致，這是其優(yōu)點(diǎn)之一。

文件系統(tǒng)

在Linux中，內(nèi)核將程序分別加載到內(nèi)存中，內(nèi)核要求這些程序存儲(chǔ)在組織成文件和目錄的某種介質(zhì)上。文件和目錄的這種組織稱為文件系統(tǒng)。與許多操作系統(tǒng)一樣，Linux擁有介質(zhì)上的文件系統(tǒng)(數(shù)據(jù)實(shí)際存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)上)和文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序——代碼知道如何在解釋和更新介質(zhì)上的文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

在Linux中，該介質(zhì)常常是硬盤。然而，嵌入式系統(tǒng)常常沒有硬盤，因此介質(zhì)可能是其他硬件設(shè)備，比如SD卡、閃存甚至內(nèi)存。

與Windows不同，Linux文件系統(tǒng)與目錄而不是與驅(qū)動(dòng)器號(hào)相關(guān)聯(lián)。文件系統(tǒng)可以與任何目錄相關(guān)聯(lián)，甚至可以與路徑中下幾層的目錄相關(guān)聯(lián)。將文件系統(tǒng)與目錄相關(guān)聯(lián)的這個(gè)過程名為“掛載”。Linux先從一個(gè)名為/(斜杠)的空目錄開始。在Linux啟動(dòng)期間，最頂層的文件系統(tǒng)與該目錄相關(guān)聯(lián)(即掛載到該目錄)，該文件系統(tǒng)的所有內(nèi)容都顯示在/下。這個(gè)最頂層的文件系統(tǒng)名為根文件系統(tǒng)。

Linux系統(tǒng)要求以某種方式部署根文件系統(tǒng)。因此，該文件系統(tǒng)很特殊，不能只是某種隨機(jī)組合的目錄和文件。bin和sbin等更多目錄來自這個(gè)地方。

此處的要點(diǎn)是Linux尋找駐留在文件系統(tǒng)中的這第一個(gè)程序(即init程序)。需要事先創(chuàng)建根文件系統(tǒng)，然后將其掛載到“/”，之后內(nèi)核才能啟動(dòng)init程序。

由于嵌入式系統(tǒng)有不同的硬件限制，因此Linux嵌入式系統(tǒng)常常使用特殊的文件系統(tǒng)格式，而不是臺(tái)式機(jī)或便攜式計(jì)算機(jī)上使用的典型的EXT3、EXT4、btrfs或xfs。

服務(wù)

內(nèi)核尋找、加載并運(yùn)行init程序時(shí)，該程序隨后負(fù)責(zé)啟動(dòng)系統(tǒng)的其余部分。這時(shí)，內(nèi)核不再處于活動(dòng)狀態(tài)，而是繼續(xù)協(xié)調(diào)這項(xiàng)任務(wù)：在所有運(yùn)行中的程序之間共享硬件。

有許多不同的init程序可用。無論選擇哪個(gè)init程序，該程序都會(huì)啟動(dòng)系統(tǒng)發(fā)揮用途的所有必需的服務(wù)和應(yīng)用程序。這套服務(wù)包括設(shè)置網(wǎng)絡(luò)、掛載額外文件系統(tǒng)和創(chuàng)建圖形環(huán)境等。

在Linux下，服務(wù)只是在后臺(tái)運(yùn)行的程序。傳統(tǒng)上，Linux人士將這些服務(wù)稱為守護(hù)程序，不過如今我很少看到這個(gè)術(shù)語。

應(yīng)用程序/程序

init程序還負(fù)責(zé)啟動(dòng)常規(guī)程序。這些程序確實(shí)與用戶交互。嵌入式系統(tǒng)常常只有幾個(gè)用戶程序，有時(shí)就只有一個(gè)。在嵌入式系統(tǒng)中，這組程序使設(shè)備能夠執(zhí)行應(yīng)該做的事情，例如顯示地圖和航點(diǎn)、收聽麥克風(fēng)或顯示錄制電視節(jié)目的列表，用途無限。

摘要

因此總之，嵌入式計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)，Linux系統(tǒng)將執(zhí)行以下步驟：

• 跳入到引導(dǎo)加載程序
• 跳入到內(nèi)核
• 掛載根文件系統(tǒng)
• 加載并運(yùn)行init
• 加載并運(yùn)行后臺(tái)服務(wù)(或守護(hù)程序)
• 加載并運(yùn)行應(yīng)用程序

這每一個(gè)步驟都調(diào)用系統(tǒng)中所需的組件。

原文標(biāo)題：The Major Components of an Embedded Linux System，作者：John Bonesio

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