1 嵌入式Web在系統(tǒng)中的應(yīng)用
多支點(diǎn)觸發(fā)系統(tǒng)包括以下幾個(gè)模塊：控制臺(tái)模塊、網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)源模塊、被觸發(fā)設(shè)備模塊。其中，網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)源和被觸發(fā)設(shè)備都是掛載在總線上的，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線可以將系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接起來(lái)以方便管理。嵌入式web就是應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)源模塊中，它負(fù)責(zé)控制臺(tái)和被觸發(fā)設(shè)備之間的通信?？刂婆_(tái)通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)源，在Web頁(yè)面上完成相應(yīng)控制操作后，由網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)源把操作命令發(fā)送到總線上，被觸發(fā)設(shè)備從總線上接收到命令后，完成相應(yīng)操作。在網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)源模塊中，Web服務(wù)器采用的是Boa，嵌入式操作系統(tǒng)采用的是uClinux，處理器采用的是Sam-sung公司的S3C44BO。多支點(diǎn)觸發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2 Boa的運(yùn)行流程及出現(xiàn)的問(wèn)題
Boa是單任務(wù)的http服務(wù)器，源碼開(kāi)放，性能高。與傳統(tǒng)的Web服務(wù)器不同，它并不對(duì)每個(gè)進(jìn)入服務(wù)器的連接開(kāi)辟新的進(jìn)程，所有活動(dòng)的http連接都在內(nèi)部進(jìn)行處理，而只為每個(gè)CGI連接啟動(dòng)新進(jìn)程。在已進(jìn)行的測(cè)試中，Boa服務(wù)器比其他的Web服務(wù)器要快，所以它應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中是具有良好前景的。圖2是Boa基本的運(yùn)行流程。
在Boa運(yùn)行過(guò)程中，用戶請(qǐng)求初始Lo-gin頁(yè)面時(shí)，系統(tǒng)能正常響應(yīng)操作。當(dāng)用戶輸入正確的Login信息，要實(shí)現(xiàn)頁(yè)面跳轉(zhuǎn)時(shí)，PC機(jī)上的瀏覽器里面不能正確瀏覽，提示錯(cuò)誤：“502 bad gate-way The CGI was notCGI／1．1 compliant”。由于運(yùn)行的是CGI程序，通過(guò)調(diào)試和查看錯(cuò)誤日志，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)停留在步驟⑤～⑦間。在排除CGI程序錯(cuò)誤后，通過(guò)串口調(diào)試終端打印出的錯(cuò)誤信息發(fā)現(xiàn)：在執(zhí)行CGI程序時(shí)，內(nèi)核申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)出錯(cuò)，提示申請(qǐng)的內(nèi)存塊不能得到，即內(nèi)存丟失。
3 系統(tǒng)內(nèi)存丟失分析
3．1 uClinux的內(nèi)存管理
uClinux不能使用處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)，它仍然采用存儲(chǔ)器的分頁(yè)管理。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)對(duì)存儲(chǔ)器分頁(yè)，加載應(yīng)用程序?qū)Τ绦蚍猪?yè)加載。由于沒(méi)有MMU管理，所以u(píng)Clinux采用實(shí)存儲(chǔ)器管理。uClinux系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)是直接的(它對(duì)地址的訪問(wèn)不經(jīng)MMU，而是直接送到地址線上輸出)，所有程序訪問(wèn)的地址是物理地址。那些比物理內(nèi)存還大的程序?qū)o(wú)法執(zhí)行
uClinux將整個(gè)物理內(nèi)存劃分成為4 KB的頁(yè)面。由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)page管理，有多少頁(yè)面就有多少page結(jié)構(gòu)，它們又作為元素組成數(shù)組men_map[]。物理頁(yè)面可作為進(jìn)程代碼、數(shù)據(jù)和堆棧的一部分，還可存儲(chǔ)裝入的文件，也可作緩沖區(qū)。
uClinux用標(biāo)準(zhǔn)Linux內(nèi)核變型BuddySystem機(jī)制管理空閑物理頁(yè)面。
3．2 內(nèi)存丟失原因
由于uClinux提供了跟普通Linux一樣的內(nèi)存分配器，普通Linux中缺省的內(nèi)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(nèi)存區(qū)域。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程初期，采用的就是“2的冪”的分配方法。如果一個(gè)應(yīng)用程序要求(X)KB內(nèi)存空間進(jìn)行裝載，則實(shí)際使用占用的內(nèi)存空間大小為Y=2m(Y≥X)。試想一個(gè)65 KB應(yīng)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(nèi)存空間，這樣就有63 KB的內(nèi)存空間不能被利用上。這對(duì)于小內(nèi)存的嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是相當(dāng)大的浪費(fèi)。
多支點(diǎn)觸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，嵌入式操作系統(tǒng)uClinux使用“2的冪”的內(nèi)存分配方法，大多數(shù)情況下都能正常工作。但在不斷反復(fù)測(cè)試中，偶爾會(huì)出現(xiàn)上述頁(yè)面出錯(cuò)問(wèn)題。錯(cuò)誤的原因是不能獲得足夠的內(nèi)存加載程序。通過(guò)調(diào)試終端，用free命令查看系統(tǒng)內(nèi)存分配情況如表1所列。
由表1可以看出，空閑的內(nèi)存空間還有1560 KB，而應(yīng)用程序所需的內(nèi)存空間為400多KB，但是內(nèi)核認(rèn)為并沒(méi)有足夠的內(nèi)存空間用來(lái)加載程序。例如一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)存大小為1 MB，有400KB的空閑內(nèi)存，為了裝載一個(gè)應(yīng)用程序需要分配100 KB的空間。大家可能覺(jué)得這個(gè)需要肯定能得到滿足，然而，由于uClinux必須給應(yīng)用程序分配連續(xù)內(nèi)存空間的特性，所以必須有100KB連續(xù)的內(nèi)存空間才能滿足這個(gè)需要。而當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存分配如圖3所示時(shí)，*的連續(xù)內(nèi)存塊的大小只有80 KB，這樣是沒(méi)有辦法分配給這個(gè)應(yīng)用程序的。這就是系統(tǒng)中頁(yè)面訪問(wèn)出錯(cuò)的問(wèn)題所在，雖然有足夠的空閑內(nèi)存空間，但是沒(méi)有應(yīng)用程序所需的連續(xù)內(nèi)存空間。
這就是內(nèi)存丟失問(wèn)題。雖然系統(tǒng)會(huì)顯示大量的可用內(nèi)存，但是應(yīng)用程序卻不能得到。
4 內(nèi)存丟失問(wèn)題的解決
由于系統(tǒng)的內(nèi)存管理默認(rèn)采用“2的冪”的分配方法，這就造成了內(nèi)存空間的巨大浪費(fèi)，當(dāng)某些應(yīng)用程序要申請(qǐng)較大的連續(xù)空間時(shí)，卻不能滿足。為了解決這個(gè)問(wèn)題，專門(mén)為uClinux內(nèi)核設(shè)計(jì)了可選的內(nèi)存分配器。不同的內(nèi)核版本，這個(gè)可選的內(nèi)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(fèi)問(wèn)題。雖然它也是使用“2的冪”的分配方法，但它是按頁(yè)(每頁(yè)4 096B，即4 KB)分配的，分配的內(nèi)存大小如果已經(jīng)滿足了要求，則只是將當(dāng)前的一頁(yè)分配出去，其他的就不再分配。還是一個(gè)65 KB的應(yīng)用程序，如果使用這種方法，就只是分配68 KB(≥65 KB，且為整頁(yè))即可，這樣就能節(jié)省60 KB的空間。
page_alloc2還采取了一些避免內(nèi)存碎片的方法。它將所有的兩頁(yè)(8 KB)或更少的內(nèi)存需求從空閑內(nèi)存開(kāi)始部分向上分配，所有大的內(nèi)存需求從剩余內(nèi)存的末尾部分開(kāi)始
