大家好，我是本期栏目编辑小友，现在为大家讲解uClinux和Linux的差异问题。
UClinux是一款面向控制领域的嵌入式linux操作系统，它源于linux 2.0/2.4内核，继承了主流Linux的大部分特性。适用于无内存管理单元(MMU)的微处理器/微控制器。缺少MMU支持是uClinux和主流linux的根本区别。
标准Linux是为带有MMU的处理器设计的。在这个处理器上，虚拟地址被发送到MMU，虚拟地址被映射到物理地址。通过给每个任务一个不同的虚拟-物理地址转换映射，它支持不同任务之间的保护。
对于uCLinux来说，它是为没有MMU的处理器设计的，所以不能使用处理器的虚拟内存管理技术。UCLinux仍然使用内存分页管理，系统启动时会对实际内存进行分页。加载应用程序时，程序被分页。但由于没有MMU管理，uCLinux实际上采用的是实内存管理策略。UCLinux系统直接访问内存，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统不保护内存空间，每个进程实际上共享一个运行空间。在一个进程执行之前，系统必须为该进程分配足够的连续地址空间，然后将它们全部装入主存的连续空间。
同时，uClinux的内核和用户软件空间都非常小。熟悉主流Linux的开发人员会注意到在uClinux下工作的细微差别，但他们也可以很快熟悉uclinux的一些特性。对于在内核或系统空间设计应用的开发人员来说，要特别注意uClinux，它既没有内存保护，也没有虚拟内存模型。此外，一些内核系统调用是不同的。
1.1内存保护。
没有Memory ProtecTIon的操作会导致这样的结果：即使一个无效指针被非特权进程调用，也会触发地址错误，有可能导致程序崩溃甚至系统挂起。显然，在这样的系统上运行的代码必须经过仔细的编程和彻底的测试，以确保健壮性和安全性。
对于普通的Linux，需要运行不同的用户程序。没有内存保护，系统的安全性和可扩展性会大大降低。但对于嵌入式uClinux系统来说，由于运行的程序往往在出厂前就固化了，不存在危及系统安全的程序入侵隐患。因此，只要应用程序经过相对完整的测试，出现问题的概率就可以控制在有限的范围内。
1.2虚拟内存。
虚拟内存的缺失主要导致以下后果：
首先，内核加载的进程必须能够独立运行，不管它们在内存中的位置如何。实现这一目标的第一种方法是一旦程序被加载到内存中，就“固定”它的引用地址。另一种方法是生成只使用相对寻址的代码(称为“位置无关代码”，简称PIC)。UClinux支持这两种模式。
其次，要解决平面内存模型中的内存分配和释放问题。非常动态的内存分配将导致内存碎片，并可能耗尽系统资源。对于那些使用动态内存分配的应用程序，增强健壮性的一种方法是用预分配缓冲池替换malloc()调用。
因为uclinux中没有使用虚拟内存，所以没有实现进出内存的页面交换，因为不能保证页面会被加载到RAM中相同的位置。在普通计算机上，操作系统允许应用程序使用比物理内存(RAM)更多的内存空间，这通常是通过在硬盘上设置交换分区来实现的。然而，在嵌入式系统中，通常使用闪存代替硬盘，这使得内存页面交换难以高效访问。因此，运行应用程序的可用空间被限制为不超过系统的内存空间。
最后，uClinux目标板处理器缺少内存管理的硬件单元，使得linux的系统接口需要改变。也许最大的区别是没有fork()和brk()系统调用。调用fork()复制进程以创建子进程。在Linux下，fork()是利用写时复制页面实现的。没有MMU，uclinux无法完全复制进程和*，也无法访问写时复制。为了弥补这个缺陷，uClinux实现了vfork()。当父进程调用vfork()创建子进程时，这两个进程共享它们所有的内存空间，包括堆栈。要么执行子进程而不是父进程(此时父进程已经休眠)，直到子进程调用exiTI()退出，要么调用exec()执行新进程，此时将加载可执行文件。即使这个过程只是父过程的一个副本，这个过程也是无法避免的。当子进程执行exit()或exec()时，子进程唤醒父进程，父进程继续执行。
请注意，多任务处理不受影响。有哪些广泛使用fork()的旧式网络守护进程确实需要修改？因为子进程与父进程在相同的地址空间中运行，所以在某些情况下，有必要修改两个进程的行为。
许多现代程序依赖子进程来执行基本任务，因此即使当进程负载很重时，系统仍然可以保持交互状态。这些程序可能需要大量修改才能在uClinux下完成相同的任务。如果一个关键应用程序严重依赖这种结构，它将不得不被重写。
假设有一张简单的网。
络后台程序(daemon)，大量使用了fork()。这个daemon总监听一个知名端口(或套接字)等待网络客户端来连接。当客户端连接时，这个daemon给它一个新的连接信息(新的socket编号)，并调用fork()。子进程接下来就会和客户端在新的socket上进行连接，而父进程被释放，可以继续监听新的连接。uClinux 既没有自动生长的堆栈，也没有brk()函数，这样，用户空间的程序必须使用mmap() 命令来分配内存。为了方便，在uclinux的C语言库中所实现的malloc()实质上就是一个mmap()。在编译时，可以指定程序的堆栈大小。
uClinux是针对控制领域的嵌入式linux操作系统，它从Linux 2.0/2.4内核派生而来，沿袭了主流Linux的绝大部分特性。适合不具备内存管理单元(MMU)的微处理器/微控制器。没有MMU支持是uClinux与主流Linux的基本差异。
标准Linux是针对有MMU的处理器设计的。在这种处理器上，虚拟地址被送到MMU，把虚拟地址映射为物理地址。通过赋予每个任务不同的虚拟-物理地址转换映射，支持不同任务之间的保护。
对uCLinux 来说，其设计针对没有MMU的处理器，不能使用处理器的虚拟内存管理技术。uCLinux仍然采用存储器的分页管理，系统在启动时把实际存储器进行分页。在加载应用程序时程序分页加载。但是由于没有MMU管理，所以实际上uCLinux采用实存储器管理策略。uCLinux系统对于内存的访问是直接的，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统对内存空间没有保护，各个进程实际上共享一个运行空间。一个进程在执行前，系统必须为进程分配足够的连续地址空间，然后全部载入主存储器的连续空间中。
同时，uClinux有着特别小的内核和用户软件空间。熟悉主流Linux的开发者会注意到在 uClinux下工作的微小差异，但同样也可以很快熟悉uclinux的一些特性。对于设计内核或系统空间的应用程序的开发者，要特别注意uClinux 既没有内存保护，也没有虚拟内存模型，另外，有些内核系统调用也有差异。
1.1 内存保护
没有内存保护(Memory ProtecTIon)的操作会导致这样的结果：即使由无特权的进程来调用一个无效指针，也会触发一个地址错误，并潜在地引起程序崩溃，甚至导致系统的挂起。显然，在这样的系统上运行的代码必须仔细编程，并深入测试来确保健壮性和安全。
对于普通的Linux来说，需要运行不同的用户程序，如果没有内存保护将大大降低系统的安全性和可*性;然而对于嵌入式uClinux系统而言，由于所运行的程序往往是在出厂前已经固化的，不存在危害系统安全的程序侵入的隐患，因此只要应用程序经过较完整的测试，出现问题的概率就可以控制在有限的范围内。
1.2 虚拟内存
没有虚拟内存(Virtual Memory)主要导致下面几个后果：
首先，由内核所加载的进程必须能够独立运行，与它们在内存中的位置无关。实现这一目标的第一种办法是一旦程序被加载到RAM中，那么程序的基准地址就“固定”下来;另一种办法是产生只使用相对寻址的代码(称为“位置无关代码”，PosiTIon Independent Code，简称PIC)。uClinux对这两种模式都支持。
其次，要解决在扁平(flat)的内存模型中的内存分配和释放问题。非常动态的内存分配会造成内存碎片，并可能耗尽系统的资源。对于使用了动态内存分配的那些应用程序来说，增强健壮性的一种办法是用预分配缓冲区池(Preallocated buffer pool)的办法来取代malloc()调用。
由于uclinux中不使用虚拟内存，进出内存的页面交换也没有实现，因为不能保证页面会被加载到RAM中的同样位置。在普通计算机上，操作系统允许应用程序使用比物理内存(RAM)更大的内存空间，这往往是通过在硬盘上设立交换分区来实现的。但是，在嵌入式系统中，通常都用FLASH存储器来代替硬盘，很难高效地实现内存页面交换的存取，因此，对运行的应用程序都限制其可分配空间不大于系统的RAM空间。
最后，uClinux目标板处理器缺乏内存管理的硬件单元，使得Linux的系统接口需要作些改变。有可能最大的不同就是没有fork()和brk()系统调用。调用fork()将复制出进程来创建一个子进程。在Linux下，fork()是使用copy-on-write页面来实现的。由于没有MMU， uclinux不能完整、可*地复制一个进程，也没有对copy-on-write的存取。为了弥补这一缺陷，uClinux实现了vfork()，当父进程调用vfork()来创建子进程时，两个进程共享它们的全部内存空间，包括堆栈。子进程要么代替父进程执行(此时父进程已经sleep)直到子进程调用exiTI()退出，要么调用exec()执行一个新的进程，这个时候将产生可执行文件的加载。即使这个进程只是父进程的拷贝，这个过程也不能避免。当子进程执行exit()或exec()后，子进程使用wakeup把父进程唤醒，父进程继续往下执行。
注意，多任务并没有受影响。哪些旧式的、广泛使用fork()的网络后台程序(daemon)的确是需要修改的。由于子进程运行在和父进程同样的地址空间内，在一些情况下，也需要修改两个进程的行为。
很多现代的程序依赖子进程来执行基本任务，使得即时在进程负载很重时，系统仍可以保持一种“可交互”的状态，这些程序可能需要实质上的修改来在uClinux下完成同样的任务。如果一个关键的应用程序非常依赖这样的结构，那就不得不对它重新编写了。
假设有一个简单的网络后台程序(daemon)，大量使用了fork()。这个daemon总监听一个知名端口(或套接字)等待网络客户端来连接。当客户端连接时，这个daemon给它一个新的连接信息(新的socket编号)，并调用fork()。子进程接下来就会和客户端在新的socket上进行连接，而父进程被释放，可以继续监听新的连接。
uClinux 既没有自动生长的堆栈，也没有brk()函数，这样，用户空间的程序必须使用mmap() 命令来分配内存。为了方便，在uclinux的C语言库中所实现的malloc()实质上就是一个mmap()。在编译时，可以指定程序的堆栈大小。
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