1 嵌入式Web在系統中的應用
多支點觸發系統包括以下幾個模塊:控制臺模塊、網絡觸發源模塊、被觸發設備模塊。其中,網絡觸發源和被觸發設備都是掛載在總線上的,通過現場總線可以將系統各個節點相互連接起來以方便管理。嵌入式web就是應用于網絡觸發源模塊中,它負責控制臺和被觸發設備之間的通信。控制臺通過瀏覽器訪問網絡觸發源,在Web頁面上完成相應控制操作后,由網絡觸發源把操作命令發送到總線上,被觸發設備從總線上接收到命令后,完成相應操作。在網絡觸發源模塊中,Web服務器采用的是Boa,嵌入式操作系統采用的是uClinux,處理器采用的是Sam-sung公司的S3C44BO。多支點觸發系統結構如圖1所示。
2 Boa的運行流程及出現的問題
Boa是單任務的http服務器,源碼開放,性能高。與傳統的Web服務器不同,它并不對每個進入服務器的連接開辟新的進程,所有活動的http連接都在內部進行處理,而只為每個CGI連接啟動新進程。在已進行的測試中,Boa服務器比其他的Web服務器要快,所以它應用在嵌入式系統中是具有良好前景的。圖2是Boa基本的運行流程。
在Boa運行過程中,用戶請求初始Lo-gin頁面時,系統能正常響應操作。當用戶輸入正確的Login信息,要實現頁面跳轉時,PC機上的瀏覽器里面不能正確瀏覽,提示錯誤:“502 bad gate-way The CGI was notCGI/1.1 compliant”。由于運行的是CGI程序,通過調試和查看錯誤日志,發現系統停留在步驟⑤~⑦間。在排除CGI程序錯誤后,通過串口調試終端打印出的錯誤信息發現:在執行CGI程序時,內核申請內存時出錯,提示申請的內存塊不能得到,即內存丟失。
3 系統內存丟失分析
3.1 uClinux的內存管理
uClinux不能使用處理器的虛擬內存管理技術,它仍然采用存儲器的分頁管理。系統啟動時對存儲器分頁,加載應用程序對程序分頁加載。由于沒有MMU管理,所以uClinux采用實存儲器管理。uClinux系統對內存的訪問是直接的(它對地址的訪問不經MMU,而是直接送到地址線上輸出),所有程序訪問的地址是物理地址。那些比物理內存還大的程序將無法執行
uClinux將整個物理內存劃分成為4 KB的頁面。由數據結構page管理,有多少頁面就有多少page結構,它們又作為元素組成數組men_map[]。物理頁面可作為進程代碼、數據和堆棧的一部分,還可存儲裝入的文件,也可作緩沖區。
uClinux用標準Linux內核變型BuddySystem機制管理空閑物理頁面。
3.2 內存丟失原因
由于uClinux提供了跟普通Linux一樣的內存分配器,普通Linux中缺省的內存分配器是使用“2的冪”的分配方法,這樣可以快速找到符合要求的內存區域。在系統開發過程初期,采用的就是“2的冪”的分配方法。如果一個應用程序要求(X)KB內存空間進行裝載,則實際使用占用的內存空間大小為Y=2m(Y≥X)。試想一個65 KB應用程序,如果按照“2的冪”的分配方法,就必須分配128 KB(2的7次方)的內存空間,這樣就有63 KB的內存空間不能被利用上。這對于小內存的嵌入式系統來說是相當大的浪費。
多支點觸發系統運行時,嵌入式操作系統uClinux使用“2的冪”的內存分配方法,大多數情況下都能正常工作。但在不斷反復測試中,偶爾會出現上述頁面出錯問題。錯誤的原因是不能獲得足夠的內存加載程序。通過調試終端,用free命令查看系統內存分配情況如表1所列。
由表1可以看出,空閑的內存空間還有1560 KB,而應用程序所需的內存空間為400多KB,但是內核認為并沒有足夠的內存空間用來加載程序。例如一個系統內存大小為1 MB,有400KB的空閑內存,為了裝載一個應用程序需要分配100 KB的空間。大家可能覺得這個需要肯定能得到滿足,然而,由于uClinux必須給應用程序分配連續內存空間的特性,所以必須有100KB連續的內存空間才能滿足這個需要。而當系統內存分配如圖3所示時,*的連續內存塊的大小只有80 KB,這樣是沒有辦法分配給這個應用程序的。這就是系統中頁面訪問出錯的問題所在,雖然有足夠的空閑內存空間,但是沒有應用程序所需的連續內存空間。
這就是內存丟失問題。雖然系統會顯示大量的可用內存,但是應用程序卻不能得到。
4 內存丟失問題的解決
由于系統的內存管理默認采用“2的冪”的分配方法,這就造成了內存空間的巨大浪費,當某些應用程序要申請較大的連續空間時,卻不能滿足。為了解決這個問題,專門為uClinux內核設計了可選的內存分配器。不同的內核版本,這個可選的內存分配器不同,一般是page_alloc2和kmalloc2。
page_alloc2能解決缺省的分配方法造成的浪費問題。雖然它也是使用“2的冪”的分配方法,但它是按頁(每頁4 096B,即4 KB)分配的,分配的內存大小如果已經滿足了要求,則只是將當前的一頁分配出去,其他的就不再分配。還是一個65 KB的應用程序,如果使用這種方法,就只是分配68 KB(≥65 KB,且為整頁)即可,這樣就能節省60 KB的空間。
page_alloc2還采取了一些避免內存碎片的方法。它將所有的兩頁(8 KB)或更少的內存需求從空閑內存開始部分向上分配,所有大的內存需求從剩余內存的末尾部分開始