uClinux是目前比较普及的嵌入式Linux版本之一，它的功能很多，并且随着低成本、可运行uClinux的32位CPU的激增，以及uClinux首次成为Linux 2.6内核的一部分，uClinux将更加流行（如图1）。下面讨论一下开发者使用uClinux时如何控制开发过程，以及将会遇到的与普通Linux的不同之处。
图1 uClinux运行在Palm上
应用无内存管理
uClinux与普通Linux系统的主要区别就是它没有内存管理。在普通Linux下，通过使用虚拟内存（VM）来实现内存管理。虚拟内存一般是通过内存管理单元（Memory Management Unit，简称MMU）来实现，而在uClinux的世界里，经常可以看到“NOMMU”这个词。
在有虚拟内存的情况下，所有的进程都在相同的地址空间运行，由虚拟内存系统处理虚拟内存到物理内存的映射。因此，即使进程看到的虚拟内存是连续的，它所占的物理内存也可能是分散的，有的甚至被交换到了硬盘。因为物理内存能映射到进程地址空间的任何位置，所以这种环境下能够向正在运行的进程添加内存。
在没有虚拟内存的情况下，每个进程必须被分配到固定的内存位置。由于一个进程的上、下（内存位置）都可能有别的进程在运行，所以它通常不能动态扩展内存。这就是说，在uClinux下运行的进程不能在运行过程中动态增加可用内存，这与传统Linux下的情况有所不同。
对于uClinux开发者来说，分配内存是一个棘手的问题，并且由于没有任何形式的内存保护，任何应用程序或内核都可能破坏系统。更为糟糕的是，无意识的误操作不会引人注意，造成要跟踪随机的、进程间的破坏非常困难。但是这些缺陷对于uClinux来说几乎不算问题，这是因为使用uClinux的系统一般没有硬盘驱动器和足够的内存，完全没有必要做复杂的管理和交换。
做足内存映射
对于内核开发者，uClinux与普通Linux区别很小。惟一真正会遇到的问题是uClinux内核开发者不能利用MMU提供的分页支持，比如，依赖虚拟内存的tmpfs文件系统在uClinux下就不起作用。类似的，普通Linux下的标准可执行文件格式uClinux都不支持，因为它们都要利用虚拟内存的特性。uClinux需要一种新的格式——Flat，它是一种压缩的可执行文件格式，只保存可执行的代码和数据，以及将可执行程序装载到内存时所需要的重定位信息。
理解uClinux内核中内存映射的实现方式也是很有必要的，因为有些方式在uClinux系统上行不通，理解内存映射的实现后可以避免使用这些方式。uClinux要求内存映射能够直接在文件系统中指到文件，从而保证它是顺序的和连续的，否则就必须事先为文件分配好内存，并把数据拷贝到分配给它的内存块上。
因此，uClinux下有效内存映射的用法要素非常明确：首先，当前惟一能够保证文件连续存储的文件系统是ROM文件系统（Romfs），所以必须使用Romfs来避免传统内存分配；其次，只有只读的内存映射能够被共享，也就是说，为了避免传统内存分配，映射必须是只读的。由于这些原因，uClinux下的开发者不能利用“Copy-on-Write”特性。
要将设备驱动程序移植到uClinux环境，需要做一些修改，这并不是因为内核上的区别，而是由于与硬件细节相关部分有所不同造成的。比如，普通Linux下，SMC网络驱动程序可以支持ISA SMC卡。该驱动程序是16位的，并且一般都分配到0x3ff以下的I/O地址空间。
但是用来支持SMC卡的非ISA嵌入式版本，驱动程序要求运行在8位、16位或32位模式下都是可能的，并且在满32位的I/O地址中，中断号一般要高于ISA的最大值16。所以，与硬件细节相关的部分可能还是要做一些移植工作。
恰当的内存分配
uClinux除了提供跟普通Linux一样的内存分配器之外，还提供另一个可选的。普通Linux中缺省的内存分配器是使用“2的幂”的分配方法，这样可以快速找到符合要求的内存区域。不幸的是，在uClinux下这种方法可能会带来令人痛苦的结果。
为了理解这一问题带来的结果，尤其是大的内存分配，我们举例说明。试想一个应用程序要求33KB的内存空间进行装载。如果使用“2的幂”的分配方法，就必须分配64KB（2的6次方）内存空间，多余的31KB内存空间不能被利用上。在uClinux中，这种浪费是不能接受的。为了解决这个问题，专门为uClinux内核设计了可选的内存分配器。不同的内核版本，这个可选的内存分配器不同，一般是page_alloc2和kmalloc2。
page_alloc2能解决缺省的分配方法造成的浪费问题。虽然它也是使用“2的幂”的分配方法，但它是按页（每页4096字节，即4KB）分配的，分配的内存大小如果已经满足了要求，则只是将当前的一页分配出去，其它的就不再分配。在前面的例子中，如果使用这种方法，就只是分配36KB（≥33KB，且为整页）即可，这样就能节省28KB的空间。
page_alloc2还采取了一些避免内存碎片的方法。它将所有的两页（8KB）或更少的内存需求从空闲内存开始部分向上分配，所有大的内存需求从剩余内存的末尾部分开始向下分配。这样防止了网络缓存等的临时分配，避免了内存碎片的出现。
一旦开发者理解了内核内存分配的区别，应用程序中就会出现变化。
1.没有动态栈的问题
在使用虚拟内存的Linux上，当一个应用程序试图冲销栈顶单元时，会被标记异常，同时系统会映射新的内存到栈顶以便让栈增长。在uClinux下，由于必须在编译阶段给栈分配好内存，所以不会有这样的增长。当出现莫名其妙的崩溃或者新移植的应用程序出现怪异行为时，开发者首先应该考虑到的是给栈分配的内存大小问题。缺省情况下，uClinux为栈分配4KB的内存空间，开发者可以用下面提到的方法之一来增加栈的空间。
◆ 应用程序build之前
应用程序build之前，可以在Makefile文件中增加以下两行代码：
FLTFLAGS = -s
export FLTFLAGS
◆ 应用程序build之后
应用程序build之后，可以运行以下命令：
flthdr -s executable
其中，stacksize 就是为栈增加的内存空间。
2.没有动态堆的问题
堆是C语言中malloc及相关函数分配内存的区域。在有虚拟内存的Linux上，应用程序可能通过动态堆在运行过程中改变进程的大小。这个功能是通过在底层使用sbrk()和brk()系统调用来实现的。sbrk()是在进程的末尾增加内存空间，所以调用sbrk()能够使应用程序获得额外的内存。
brk()可以把任意位置设置为进程空间的末尾，因此，可以通过调用brk()减少或增加内存空间的占用。由于uClinux不能实现brk()和sbrk()，它采用了一个全局的内存池，就是内核的空闲内存池。使用全局内存池的方法有一些优点。
首先，此方法只会给进程分配使用时真正需要的内存。其次，内存用完后就会被归还给全局内存池，而且可以利用已经存在的内核中的分配器来分配内存，这样可以减少应用程序的代码量。但这个方法是有缺陷的，比如，一个失控的进程可以用完系统全部的可用内存。
新手普遍会遇到丢失内存的问题。系统会显示大量的可用内存，但是应用程序却不能得到。这正是由于内存碎片的存在，uClinux几乎不可能完全利用内存，现有的解决方法中都存在这个问题。这个问题可用一个例子很好地说明。
假设一个系统有500KB的空闲内存，为了装载一个应用程序需要分配100KB的空间。大家可能觉得这个需要肯定能得到满足，然而，应该知道，必须有100KB连续的内存空间才能满足这个需要。如果有500KB的空闲空间，但是最大的连续内存块的大小只有80KB，这样是没有办法分配给这个应用程序的。造成这种情况有很多原因。上面讲到的page_alloc2内核分配器有一个配置选项可以用来识别这个问题，在内核源代码page_alloc2.c文件中可以获得更多的信息。
经常有人会问为什么不能进行内存的碎片整理，以便实现刚才的例子中的要求？原因是uClinux没有虚拟内存，所以不能移动程序正在使用的内存。在使用虚拟内存的情况下，只要重新定位就能实现内存的移动，从而实现内存碎片的整理。
在没有虚拟内存的情况下，由于程序经常会引用已经分配给它的内存区域，这样，如果移动程序的内存，程序就会崩溃。在uClinux下，现在还没有解决这个问题的办法。开发者需要自己注意这个问题，如果有可能的话，尽量使用小的内存块。
1
2
下一页>>
