每個Linux系統(tǒng)都有許多主要組件。其中一個組件(引導(dǎo)加載程序)從技術(shù)上講是Linux之外的,常常不被談?wù)?。其余組件都是共同打造整個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
計算機通電、執(zhí)行一些初始設(shè)置后,它會加載引導(dǎo)加載程序到內(nèi)存中并運行該代碼。引導(dǎo)加載程序的主要工作是找到操作系統(tǒng)的二進制程序,將該二進制程序加載到內(nèi)存中,然后運行操作系統(tǒng)。本文指Linux內(nèi)核。
引導(dǎo)加載程序此時已完成,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)加載程序不會再次運行,直到計算機再次重置或重啟。
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、臺式機或服務(wù)器計算機。典型的PC通常先加載進入到所謂的BIOS,然后運行Grub這個引導(dǎo)加載程序。嵌入式Linux系統(tǒng)使用Das-UBoot或U-Boot來進行引導(dǎo)。
內(nèi)核
一旦引導(dǎo)加載程序?qū)inux內(nèi)核加載到內(nèi)存中并運行,內(nèi)核將開始運行其啟動代碼。該啟動代碼將初始化硬件、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)動程序、初始化文件系統(tǒng)驅(qū)動程序、掛載第一個文件系統(tǒng),并啟動第一個程序等。
Linux內(nèi)核的主要工作是啟動應(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)該運行的所有程序。因此,Linux內(nèi)核僅啟動一個程序,并讓該程序啟動所需的所有其他程序。這第一個程序名為init程序,有時簡稱“ init”。注意,這第一個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)上運行而構(gòu)建的。否則,內(nèi)核的運行方式與典型的PC相一致,這是其優(yōu)點之一。
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)實際存儲在存儲介質(zhì)上)和文件系統(tǒng)驅(qū)動程序——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)動器號相關(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)的這個過程名為“掛載”。Linux先從一個名為/(斜杠)的空目錄開始。在Linux啟動期間,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,不能只是某種隨機組合的目錄和文件。bin和sbin等更多目錄來自這個地方。
此處的要點是Linux尋找駐留在文件系統(tǒng)中的這第一個程序(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,而不是臺式機或便攜式計算機上使用的典型的EXT3、EXT4、btrfs或xfs。
服務(wù)
內(nèi)核尋找、加載并運行init程序時,該程序隨后負責(zé)啟動系統(tǒng)的其余部分。這時,內(nèi)核不再處于活動狀態(tài),而是繼續(xù)協(xié)調(diào)這項任務(wù):在所有運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init程序,該程序都會啟動系統(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)只是在后臺運行的程序。傳統(tǒng)上,Linux人士將這些服務(wù)稱為守護程序,不過如今我很少看到這個術(shù)語。
應(yīng)用程序/程序
init程序還負責(zé)啟動常規(guī)程序。這些程序確實與用戶交互。嵌入式系統(tǒng)常常只有幾個用戶程序,有時就只有一個。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、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,嵌入式計算機啟動時,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)
加載并運行init
加載并運行后臺服務(wù)(或守護程序)
加載并運行應(yīng)用程序
這每一個步驟都調(diào)用系統(tǒng)中所需的組件。