网络计算机中嵌入式Linux体系结构的分析

西北工业大学 谭健楠

本文在对计算机网络中的嵌入式操作系统以及嵌入式Linux系统的特征优势分析基础上，结合网络计算机的工作模式，对网络计算机中嵌入式Linux的体系结构进行研究，以供参考。

网络计算机是在计算机以及网络技术支持下，以高度网络环境为基础的计算机设备，这种计算机设备中不仅能够实现客户终端与网络主设备等之间的相互结合实现，并且能够对各种实时与非实时、并行或串行、集中与分布式等不同需求的计算与处理进行满足，它与其他计算机设备相比，还具有硬件设备的成本较低以及操作简单、安全性与可靠性较高，能够进行数据的集中管理与运算等特征优势，应用与发展前景十分广阔。下文将对网络计算机中嵌入式Linux系统的体系结构进行研究，以供参考。

1.嵌入式操作系统与嵌入式Linux系统的特点优势分析

网络计算机中的嵌入式操作系统不仅对整个系统的资源分配进行负责，以实现计算机网络的硬件与软件资源优化分配与协调实现，同时通过嵌入式系统的运用在实现一些特定的系统模块装卸基础上以满足系统的功能需求。嵌入式系统在计算机网络设计中应用，由于系统所提供资源有限，其体积也相对较小，并且只有在满足较小的体积要求下才能够对计算机设备中嵌入式系统的硬件限制要求。而嵌入式Linux系统则是对Linux系统进行一定裁剪优化后在计算机较小存储器芯片中进行固定，然后在一些拥有较为特定的需求的场合中进行使用，像uClinux、QNX等都是比较常见的Linux系统应用典型实例。此外，与其他商业操作系统相比，Linux系统是一种较为自由的软件，且具有较好的网络流通性与广泛性等特征优势。其中，Linux系统的自由行特征表现在计算机网络中的设计应用，该系统只需要对GPL系统进行负责，并且在GPL系统的保障作用下能够实现自由设计与应用，与传统的商业操作系统相比，其在计算机网络中的开发应用成本大大降低；同时，由于Linux系统的Unix特性，因此在实际应用中能够对工业标准下的TCP/IP协议进行支持，并且能够对所有的标准因特网协议进行支持，能够实现在Linux系统应用下实现丢嵌入式网络协议栈的开发实现，具有较好的网络流通性；而Linux系统的广泛性体现在嵌入式系统开发的程序调试与跟踪都是建立在仿真实验基础上，在应用Linux进行原型设计与制作过程中能够最大化的绕开这一程序，在内核调试器基础上实现改造水，其开发过程中更加简单，且适用性也更为广泛，再加上Linux系统对多种硬件特性的支持，像RISC、CISC等都能够实现运行支持，并且还能够对多种处理器系统进行支持，因此，具有较为广泛的开发与设计应用。

2.网络计算机的工作模式分析

结合网络计算机的工作运行与应用实际情况，其工作模式主要包含WBT以及X-Terminal（X-终端）、B/S（浏览器/服务器）、Linux本地机四种不同模式。其中，WBT模式是以应用程序的运行在计算机Windows NT/2000服务器上为主，并且以NC作为终端进行使用的工作运行模式；而X-Terminal模式则是将应用程序在Uinx服务器上运行实现，以NC作为终端进行使用的工作模式；Linux本地机工作模式是将Linux系统的应用程序设置在本地的电子盘或者是利用远程加载实现方式，以NC作为终端在本地运行使用的工作模式；B/S模式是以地浏览器与服务器协同工作，且在NC上运行实现的工作模式。在上述四种不同的网络计算机工作模式中，前两种工作模式在网络计算机中设计应用，对计算机服务器的计算能力要求较高，而B/S工作模式下，其网络计算机中的应用都需要依靠NC的浏览器进行实现，对其应用范围限制较大。Linux本地机工作模式在网络计算机中的应用实现，由于应用程度运行在本地完成，因此，在系统资源划分采用折中划分方式，能够结合实际需求在计算机NC终端上进行合理的计算与存储资源布置，而另一部分计算则在网络计算机上，以对计算机服务器的压力进行减轻，从而对服务器能力要求适当降低，使其在运行使用中能够在特定应用情况下实现性能的最优化。

3.网络计算机中嵌入式Linux系统的体系结构

根据上述对嵌入式Linux系统的特征优势以及网络计算机常见工作模式分析，在网络计算机中采用嵌入式Linux操作系统，其开发与设计实践中，一般需要根据网络计算机的功能需求，对其硬件系统进行设计基础上，实现软件系统的体系结构划分，在对系统的各个部分进行详细确认基础上，通过对其相互之间接口的标准化设置，形成各部分结构相对简单且关系清晰的计算机网络嵌入式Linux系统，促进在计算机网络中的运行使用。以VIA EPIA威盛主板以及集成VIA Eden ESP 500MHz处理器、128MB SDRAM、集成网卡声卡显卡、64MB DOM构成的硬件系统为例，可设计如图1所示的适用于网络计算机的嵌入式Linux系统的体系结构形式。

图1所示的网络计算机嵌入式Linux系统体系结构中，硬件抽象层是该操作系统的一组硬件有关数据结构及方法、宏，其在系统运行中通过CPU所提供硬件访问指令在根据不同硬件的特点与硬件设备实现数据传送、接收以及控制等功能实现，并且硬件抽象层能够为系统的内核层进行统一的抽象逻辑硬件设备提供，以对内核层开发设计中不需要对具体物理硬件细节进行设置情况进行满足。

图1 网络计算机中嵌入式Linux系统的体系结构示意图

其次，上示嵌入式Linux操作系统的内核层是以Linux内核裁减形成，具有进程管理功能，并且其设备管理功能与网络计算机的特定硬件部分以及虚拟文件系统、进程间通信、网络部分、内存管理等系统结构之间相互独立，其在有关事务处理中，通过对硬件抽象层所提供的方法与宏进行调用或者是通过对其标准数据结构的直接访问实现，其中，该操作系统的内核层在系统运行使用中能够对上层操作实现有限的标准Linux内核API进行提供满足。

上示Linux操作系统的中间软件支撑层结构中包含各种通用基础软件，像通用对象请求代理Corba以及Java虚拟机JVM等，能够在系统运行使用中为某些应用需求的设计实现提供更高层次的支持。而该Linux操作系统中的应用软件结构部分是以API或者是中间软件支撑层为基础上实现的各种NC终端应用，像媒体播放器以及浏览器、文本阅读器等。

最后，上示Linux操作系统的应用程序接口结构部分能够对标准Linux内核API扩展需求进行满足，通过实现功能更加强大且更为全面的扩展函数库提供，在Linux操作系统的上层结构开发中进行更具有通用效果且更为简单的开发运行环境提供满足，并且利用动态链接技术促进函数库代码共享实现。

总之，在上述Linux操作系统的体系结构划分基础上，对其系统中各个部分进行进一步详细明确，以确保各系统部分功能的单一性，从而促进NC系统的嵌入式Linux应用软件简化设计，有效降低其开发设计的难度。

4.结束语

总之，对网络计算机中嵌入式Linux体系结构的分析，有利于促进其在实践中的设计应用，对促进嵌入式Linux系统在网络计算机中的进一步应用，有着非常积极的作用和意义。