嵌入式Linux应用程序开发详解(完整版,第1-12章)

华清远见——嵌入式培训专家应用开发班培训教材“黑色经典”系列之《嵌入式Linux应用程序开发详解》第1章Linux快速入门本章目标嵌入式Linux是以Linux为基础的操作系统，只有对Linux系统有了较为熟练的使用之后，才能在嵌入式Linux开发领域得心应手。通过本章的学习，读者能够掌握如下内容。能够独立安装Linux操作系统能够熟练使用Linux系统的基本命令认识Linux系统启动过程能够独立在Linux系统中安装软件能够独立设置Linux环境变量能够独立定制Linux服务华清远见——嵌入式培训专家、IBM智能型手表WatchPad、夏普PDAZaurus等一款款高性能“智能数码产品”的出现，以及Motolola、三星、MontaVista、飞利浦、Nokia、IBM、SUN等众多国际顶级巨头的加入，嵌入式Linux的队伍越来越庞大了。在通信、信息、数字家庭、工业控制等领域，随处都能见到嵌入式Linux的身影。根据美国VDC（VentureDevelopmentCo.）统计数据显示，嵌入式Linux的市场规模从2001年的5520万美元，到2006将会增长至3.46亿美元，在未来两年将占嵌入式操作系统市场份额的50%。究竟是什么原因让嵌入式Linux发展如此迅速呢？又究竟是什么原因让它能与强劲的Vxworks、WindowCE相抗衡呢？这一切还是要归根于它的父亲——Linux的功劳。可以说，嵌入式Linux正是继承和发展了Linux的诱人之处才走到今天的，而Linux也正是有了嵌入式Linux的广泛应用才使其更加引人瞩目。以下就从Linux开始，一层层揭开嵌入式Linux的面纱。1.1.1Linux发展概述简单地说，Linux是指一套免费使用和自由传播的类UNIX操作系统。人们通常所说的Linux是指LinusTorvalds所写的Linux操作系统内核。当时的Linus还是芬兰赫尔辛基大学的一名学生，他主修的课程中有一门课是操作系统，而且这门课是专门研究程序的设计和执行。最后这门课程提供了一种称为Minix的初期UNIX系统。Minix是一款仅为教学而设计的操作系统，而且功能有限。因此，和Minix的众多使用者一样，Linus也希望能给它添加一些功能。在之后的几个月里，Linus根据实际的需要，编写了磁盘驱动程序以便下载访问新闻组的文件，又写了个文件系统以便能够阅读Minix文件系统中的文件。这样，“当你有了任务切换，有了文件系统和设备驱动程序后，这就是UNIX，或者至少是其内核。”于是，0.0.1版本的Linux就诞生了。Linus从一开始就决定自由传播Linux，他把源代码发布在网上，于是，众多的爱好者和程序员也都通过互联网加入到Linux的内核开发工作中。这个思想与FSF（FreeSoftwareFoundation）资助发起的GNU（GNU’sNotUNIX）的自由软件精神不谋而合。GNU是为了推广自由软件的精神以实现一个自由的操作系统，然后从应用程序开始，实现其内核。而当时Linux的优良性能备受GNU的赏识，于是GNU就决定采用Linus及其开发者的内核。在他们的共同努力下，Linux这个完整的操作系统诞生了。其中的程序开发共同遵守GeneralPublicLicense（GPL）协议，这是最开放也是最严格的许可协议方式，这个协议规定了源码必须可以无偿的获取并且修改。因此，从严格意义上说，Linux应该叫做GNU/Linux，其中许多重要的工具如gcc、gdb、make、Emacs等都是GNU贡献。这个“婴儿版”的操作系统以平均两星期更新一次的速度迅速成长，如今的Linux已经有超过250种发行版本，且可以支持所有体系结构的处理器，如X86、PowerPC、ARM、XSCALE等，也可以支持带MMU或不带MMU的处理器。到目前为止，它的内核版本也已经从原先的0.0.1发展到现在的2.6.xx。《嵌入式Linux应用程序开发详解》——第1章、Linux快速入门华清远见嵌入式Linux应用开发班培训教材小知识自由软件（freesoftware）中的free并不是指免费，而是指自由。它赋予使用者四种自由。•自由之一：有使用软件的自由。•自由之二：有研究该软件如何运作的自由，并且得以改写该软件来符合使用者自身的需求。取得该软件的源码是达成此目的前提。•自由之三：有重新散布该软件的自由，所以每个人都可以藉由散布自由软件来敦亲睦另。•自由之四：有改善再利用该软件的自由，并且可以发表改写版供公众使用，如此一来，整个社群都可以受惠。如前项，取得该软件的源码是达成此目的前提。GPL：GPL协议是GNU组织、维护的一种版权协议，遵守这个协议的软件可以自由地获取、查看、使用其源代码。GPL协议是整个开源世界的精神基础。Linux的内核版本号：Linux内核版本号格式是x.y.zz-，数字x代表版本类型，数字y为偶数时是稳定版本，为奇数时是开发版本，如2.0.40为稳定版本，2.3.42为开发版本，测试版本为3个数字加上测试号，如2.4.12-rc1。最新的Linux内核版本可从上获得。1.1.2Linux作为嵌入式操作系统的优势从Linux系统的发展过程可以看出，Linux从最开始就是一个开放的系统，并且它始终遵循着源代码开放的原则，它是一个成熟而稳定的网络操作系统，作为嵌入式操作系统有如下优势。1．低成本开发系统Linux的源码开放性允许任何人可以获取并修改Linux的源码。这样一方面大大降低了开发的成本，另一方面又可以提高开发产品的效率。并且还可以在Linux社区中获得支持，用户只需向邮件列表发一封邮件，即可获得作者的支持。2．可应用于多种硬件平台Linux可支持X86、PowerPC、ARM、XSCALE、MIPS、SH、68K、Alpha、SPARC等多种体系结构，并且已经被移植到多种硬件平台。这对于经费、时间受限制的研究与开发项目是很有吸引力的。Linux采用一个统一的框架对硬件进行管理，同时从一个硬件平台到另一个硬件平台的改动与上层应用无关。3．可定制的内核Linux具有独特的内核模块机制，它可以根据用户的需要，实时地将某些模块插入到内核中或者从内核中移走，并能根据嵌入式设备的个性需要量体裁衣。经裁减的Linux内核最小可达到150KB以下，尤其适合嵌入式领域中资源受限的实际情况。当前的2.6内核加入了许多嵌入式友好特性，如构建用于不需要用户界面的设备的小占板面积内核选项。华清远见——嵌入式培训专家．性能优异Linux系统内核精简、高效和稳定，能够充分发挥硬件的功能，因此它比其他操作系统的运行效率更高。在个人计算机上使用Linux，可以将它作为工作站。它也非常适合在嵌入式领域中应用，对比其他操作系统，它占用的资源更少，运行更稳定，速度更快。5．良好的网络支持Linux是首先实现TCP/IP协议栈的操作系统，它的内核结构在网络方面是非常完整的，并提供了对包括十兆位、百兆位及千兆位的以太网，还有无线网络、Tokenring（令牌环）和光纤甚至卫星的支持，这对现在依赖于网络的嵌入式设备来说无疑是很好的选择。1.1.3Linux发行版本由于Linux属于GNU系统，而这个系统采用的GPL协议，并保证了源代码的公开。于是众多组织或公司在Linux内核源代码的基础上进行了一些必要的修改加工，然后再开发一些配套的软件，并把它整合成一个自己的发布版Linux。除去非商业组织Debian开发的DebianGNU/Linux外，美国的RedHat公司发行了RedHatLinux，法国的Mandrake公司发行了MandrakeLinux，德国的SUSE公司发行了SUSELinux，国内众多公司也发行了中文版的Linux，如著名的红旗Linux。Linux目前已经有超过250个发行版本。下面仅对RedHat、Debian、Mandrake等有代表性的Linux发行版本进行介绍。1．RedHat国内，乃至是全世界的Linux用户最熟悉的发行版想必就是RedHat了。RedHat最早是由BobYoung和MarcEwing在1995年创建的。目前RedHat分为两个系列：由RedHat公司提供收费技术支持和更新的RedHatEnterpriseLinux（RHEL，RedHat的企业版），以及由社区开发的免费的桌面版FedoraCore。RedHat企业版有三个版本——AS、ES和WS。AS是其中功能最为强大和完善的版本。而正统的桌面版RedHat版本更新早已停止，最后一版是RedHat9.0。本书就以稳定性高的RHELAS作为安装实例进行讲解。官方主页：。2．Debian之所以把Debian单独列出，是因为DebianGNU/Linux是一个非常特殊的版本。在1993年，伊恩·默多克（IanMurdock）发起Debian计划，它的开发模式和Linux及其他开放性源代码操作系统的精神一样，都是由超过800位志愿者通过互联网合作开发而成的。一直以来，DebianGNU/Linux被认为是最正宗的Linux发行版本，而且它是一个完全免费的、高质量的且与UNIX兼容的操作系统。Debian系统分为三个版本，分别为稳定版（Stable），测试版（Testing）和不稳定版（Unstable）。并且每次发布的版本都是稳定版，而测试版在经过一段时间的测试证明没有问题后会成为新的稳定版。Debian拥有超过8710种不同的软件，而且每一种软件都是自由的，而且有非常方便的升级安装指令，基本囊括了用户需要。Debian也是最受欢迎的嵌入式Linux《嵌入式Linux应用程序开发详解》——第1章、Linux快速入门华清远见嵌入式Linux应用开发班培训教材之一。官方主页：。3．国内的发行版本及其他目前国内的红旗、新华等都发行了自己的Linux版本。除了前面所提到的这些版本外，业界还存在着诸如gentoo、LFS等适合专业人士使用的版本。在此不做介绍，有兴趣的读者可以自行查找相关的资料做进一步的了解。1.1.4如何学习Linux正如人们常说的“实践出真知”，学习Linux的过程也一样。只有通过大量的动手实践才能真正地领会Linux的精髓，才能迅速掌握在Linux上的应用开发，相信有编程语言经验的读者一定会认同这一点。因此，在本书中笔者安排了大量的实验环节和课后实践环节，希望读者尽可能多参与。另外要指出的是，互联网也是一个很好的学习工具，一定要充分地加以利用。正如编程语言一样，实践的过程中总会出现多种多样的问题，笔者在写作的过程当中会尽可能地考虑可能出现的问题，但限于篇幅和读者的实际情况，不可能考虑到所有可能出现的问题，所以希望读者能充分利用互联网这一共享的天空，在其中寻找答案。以下列出了国内的一些Linux论坛：://://安装有了一个初步的了解后，读者是否想亲自试一下？其实安装Linux是一件很容易的事情，不过在开始安装之前，还需要了解一下在Linux安装过程中可能遇到的一些基本知识以及它与Windows的区别。1.2.1基础概念1．文件系统、分区和挂载文件系统是指操作系统中与管理文件有关的软件和数据。Linux的文件系统和Windows中的文件系统有很大的区别，Window