Linux作为嵌入式操作系统的概述与优势

一、概述

Linux是一套免费试用和自由传播的类Unix操作系统。它作为操作系统，位于底层硬件与用户之间，担当两者的沟通桥梁。通过用户界面，Linux能解释用户命令、驱动硬件设备，满足用户需求。Linux操作系统的功能包括管理计算机系统的硬件、软件及数据资源，控制程序运行，改善人机界面，提供支持给其它应用软件，确保计算机系统资源的最大化利用。

嵌入式系统则是以应用为中心、软硬件可裁剪的专用计算机系统。它们在功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面有特殊要求，与通用计算机系统的区别在于应用的差异性。

二、嵌入式系统的特点

  1. 特定应用导向：嵌入式系统通常面向特定应用设计，具有低功耗、体积小、集成度高等特点。
  2. 技术集成系统：嵌入式系统涉及多个领域的技术，是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的系统。
  3. 高度可定制性：嵌入式系统的硬件和软件必须高度可定制以适应应用的需要。
  4. 长生命周期：嵌入式系统的生命周期与其所应用产品的生命周期几乎一样长。
  5. 软件固化：软件一般固化在存储器芯片中，而非磁盘等载体。
  6. 开发工具依赖：嵌入式系统本身不具备自举开发能力，需要专门的开发工具和环境。

三、Linux作为嵌入式操作系统的优势

  1. 低成本开发系统：Linux源码开放，降低开发成本，提高效率。
  2. 多硬件平台支持：Linux支持多种体系结构，适用于多种硬件平台。
  3. 可定制的内核：Linux的内核模块机制允许实时地调整内核模块，根据需要进行裁剪。
  4. 性能优异：Linux系统内核精简高效，运行稳定，硬件利用率高。
  5. 良好的网络支持：Linux首先实现TCP/IP协议栈，提供全面的网络支持。

Linux作为嵌入式操作系统，其灵活性、开放性、高性能及网络支持等特性，使其在嵌入式领域中具有显著优势。

四、基础概念

1、文件系统、分区和挂载

linux的文件系统和windows中的文件系统有很大区别，Windows文件系统是以驱动器的盘符为基础的，而且每一个目录与相应的分区对应。而linux文件系统是一棵文件树，且它的所有文件和外部设备（如硬盘、光驱等）都是以文件的形式挂在这个文件树上，在Windows下，目录结构属于分区；linux下，分区属于目录结构。

2、文件类型及文件属性

linux中的文件类型与Windows有显著的区别，其中最显著的区别在于Linux对目录和设备都当做文件来处理，这样就简化了对各种不同设备的处理，提高了效率。linux中主要的文件类型分为四种：

（1）普通文件

普通文件同Windows中的文件一样，是用户日常使用最多的文件。它包括文本文件、shell脚本、二进制的可执行程序和各种类型的数据

（2）目录文件

Linux中，目录也是文件，它们包含文件名和子目录名以及指向那些文件的子目录的指针。目录文件时linux中存储文件名的唯一地方，当把文件和目录相对应起来时，也就是用指针将其链接起来之后，就构成了目录文件。

（3）链接文件

链接文件类似于Windows中的“快捷方式”，但是它的功能更为强大。它可以实现对不同的目录，文件系统甚至是不同的机器上的文件直接访问，并且不必重新占用磁盘空间

（4）设备文件

linux把设备都当作文件一样来进行操作，这样就大大方便了用户的使用。在linux下的设备相关的文件一般都在/dev目录下，它包括两种，一种是块设备文件，另一种是字符设备文件

  • 块设备文件是指数据的读写，它们是以块为单位的设备，最简单的如硬盘等
  • 字符设备主要是指串行端口的接口设备

五、文件属性

Linux中的文件拥有者可以把文件的访问属性设成三种不同的访问权限：可读（r）、可写（w）和可执行（x）。文件又有三个不同的用户级别：文件拥有者（u）、所属的用户组（g）和系统里的其他用户（o）

第一个字符显示文件的类型：

  • “-“ 表示普通文件
  • “d” 表示目录文件
  • “l” 表示链接文件
  • “c” 表示字符设备
  • “b”表示块设备
  • “p” 表示命名管道，比如FIFO文件（first in first out，先进先出）
  • “f” 表示堆栈文件，比如LIFO文件（last in first out，后进先出）
  • “s” 表示套接字

六、文件系统类型

1、Ext2和Ext3

Ext3是现在Linux常见的默认文件系统，它是Ext2的升级版本。从Ext2转换到Ext3主要有四个理由：可用性、数据完整性、速度及易于转化。Ext3中采用了日志式的管理机制，它使文件系统具有很强的快速恢复能力，并且由于从Ext2转换到Ext3无须进行格式化，因此更加推进了Ext3文件系统的推广。

2、SWAP文件系统

该文件系统是Linux中作为交换分区使用的。在安装Linux时，交换分区是必须建立的，并且它所采用的文件系统类型必须是SWAP而没有其他选择。

3、VFAT文件系统

Linux中把DOS中采用的FAT文件系统（包括FAT12、FAT16、FAT32）都称为VFAT文件系统。

4、NFS文件系统

NFS文件系统是指网络文件系统，它可以很方便地在局域网内实现文件共享，并且使多台主机共享同一主机上的文件系统。而且NFS文件系统访问速度快、稳定性高，已经得到了广泛的应用，尤其是在嵌入式领域。使用NFS文件系统可以很多方便地实现文件本地修改，从而免去了一次次读/写Flash的忧虑。

5、ISO 9660文件系统

这是光盘所使用的文件系统，在Linux中对光盘已有了很好的支持，它不仅可以提供对光盘的读/写，还可以实现对光盘的刻录。

七、Linux目录结构

可以把Linux系统看作由四部分构成：内核、用户界面、文件结构和实用工具

  • /bin 普通用户的可执行文件，系统的任何用户都可以执行该目录中的命令
  • /boot 存放Linux操作系统启动时所需要的文件
  • /dev 系统中所有设备文件
  • /etc 系统中的配置文件
  • /home 普通用户的宿主目录，每个用户在该目下都有一个于用户名同名的目录。
  • /mnt 中的子目录用于系统中可移动设备的挂载点
  • /root 超级用户root的宿主目录
  • /sbin 系统中的管理命令，普通用户不能执行
  • /tmp 系统的临时目录
  • /usr 系统应用程序的相关文件
  • var 系统中经常变化的文件如日志文件和用户邮件

八、环境变量

1、配置环境变量和常用命令

在Linux系统中，配置环境变量和使用常用命令是非常重要的任务。本文将介绍如何配置用户环境变量，修改系统环境变量，以及一些常用的命令和技巧。

2、配置用户环境变量

用户环境变量通常在用户的Bash配置文件中设置。最常用的配置文件是.bashrc和.bash_profile。以下是配置用户环境变量的一般步骤：

  1. 打开终端并使用文本编辑器打开.bashrc文件（如果不存在，可以创建它）：

    1
    vi ~/.bashrc

  2. 在文件中添加或修改环境变量。例如，将新路径添加到PATH变量的末尾：

    1
    PATH=$PATH:$HOME/bin:/安装目录/bin

  3. 保存文件并退出编辑器。

  4. 要使新的环境变量生效，可以退出当前终端会话并重新登录，或者使用以下命令立即应用更改：

    1
    source ~/.bashrc

3、修改系统环境变量

系统环境变量通常在系统范围的配置文件中设置。以下是一些常见的系统环境变量配置文件：

  • /etc/profile
  • /etc/environment

要修改系统环境变量，您需要具有管理员权限。使用文本编辑器打开适当的配置文件，进行编辑，并保存更改。然后，您可以重新启动系统或重新加载相关服务以使更改生效。

4、常见环境变量

Linux系统中有一些常见的环境变量，它们存储了有关系统和用户的信息。以下是一些示例：

  • SHELL: 默认的Shell程序。
  • PATH: 包含可执行文件的路径列表。
  • USER: 当前登录用户的用户名。

您可以使用echo命令来查看这些变量的值。例如：

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echo $SHELL
echo $PATH
echo $USER

5、常用命令和技巧

通配符

通配符是用于文件名模式匹配的特殊字符。以下是两个常用的通配符：

  • *: 匹配零个或多个字符。
  • ?: 匹配一个字符。

别名

别名是命令的简化形式，可以通过alias命令定义。以下是一些常见的别名示例：

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2
alias cp='cp -i'
alias ll='ls -l --color=auto'

您可以使用alias命令查看系统中已定义的别名。

这份文档涵盖了配置环境变量和使用常用命令的基础知识。根据您的需求，您可以进一步扩展文档以包括更多详细信息和示例。

九、系统级环境变量

如果您需要配置系统级别的环境变量，通常会使用系统范围的配置文件，而不是用户级别的.bash_profile文件。系统级别的环境变量配置文件通常位于/etc目录下，具体取决于您的Linux发行版。以下是一些常见的系统环境变量配置文件和它们的作用：

  • /etc/profile：这是系统范围的配置文件，用于配置系统中的所有用户的环境变量。在这里定义的变量将对所有用户生效。

  • /etc/environment：这是另一个系统级别的配置文件，用于设置系统范围的环境变量。它通常包含一些全局的环境变量设置。

要配置系统级别的环境变量，您需要以管理员权限编辑适当的配置文件，然后重启系统或重新加载相应的服务以使更改生效。以下是一个示例，如何编辑/etc/environment文件：

  1. 以管理员权限打开/etc/environment文件。您可以使用sudo命令和文本编辑器，例如vi来执行此操作：

    1
    sudo vi /etc/environment

  2. 在文件中添加或修改需要的环境变量，以KEY=VALUE的格式表示。例如：

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    2
    PATH="/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin"
    MY_VARIABLE="Hello, World!"

  3. 保存文件并退出编辑器。

  4. 要使更改生效，可以重新启动系统或重新加载特定的服务，具体取决于您的Linux发行版。

请注意，系统级别的环境变量对所有用户都会生效，因此要谨慎修改这些配置文件。确保您知道您在做什么，并备份重要的配置文件以防万一。