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隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展,如今的應(yīng)用系統(tǒng)需求量越來越大,CPU的工作負載也在不斷提高。為了應(yīng)對大負載的情況,操作系統(tǒng)中間件需要提高自身能力和運行效率,以支持高度并發(fā)、大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用需求。

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Linux作為一個免費、開源的操作系統(tǒng),其內(nèi)核自然成為了研究和討論的熱點。作為一個開放式的平臺,Linux內(nèi)核允許開發(fā)者修改、補丁或直接編寫新的代碼,來提高內(nèi)核的性能和穩(wěn)定性。而在Linux內(nèi)核中,中斷線程化是提高系統(tǒng)效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。
一、中斷線程化的概念
了解中斷線程化之前,先要了解中斷。中斷是指CPU遇到不可挽救的異常時,由硬件發(fā)出的請求,通知操作系統(tǒng)進行相應(yīng)操作。例如,當一個新數(shù)據(jù)包到達網(wǎng)卡時,網(wǎng)絡(luò)中斷會通知系統(tǒng)處理該包。而線程,則是進程中執(zhí)行具體任務(wù)的單位。
中斷線程化就是將中斷處理的代碼和普通進程運行的代碼分離為兩個部分,將中斷處理轉(zhuǎn)換成線程來運行,這樣可以將中斷處理程序放置到核心部分并在處理非中斷時保持顯著的響應(yīng)能力。
中斷線程化主要作用:
1、降低系統(tǒng)開銷。中斷處理后,線程不會在CPU繼續(xù)運行,從而減少了內(nèi)存和CPU資源的占用。
2、增加系統(tǒng)的效率。通過中斷線程化,可以做到響應(yīng)性能較好,處于中斷上下文時不被其他中斷所干擾。
二、中斷處理的實現(xiàn)方式
中斷的實現(xiàn)方式包括兩部分:底層硬件實現(xiàn)和上層軟件實現(xiàn)。對于硬件中斷來說,指的是從設(shè)備(如網(wǎng)卡、鍵盤、鼠標等)發(fā)送到CPU的一種機制。當硬件發(fā)出中斷請求時,CPU會立即停止運行當前的指令或進程,轉(zhuǎn)而執(zhí)行已經(jīng)注冊的中斷處理程序。
在Linux內(nèi)核中,每個設(shè)備都擁有一個中斷線路,其有一個原始中斷處理函數(shù),當中斷線路被觸發(fā)時,該函數(shù)會被啟動。但是,如果中斷處理函數(shù)占用時間過長,將會導(dǎo)致操作系統(tǒng)上的所有進程都受到阻礙,從而嚴重影響系統(tǒng)的效率。
為了解決該問題,因此產(chǎn)生了中斷線程化的概念。中斷線程化可以將硬件中斷的處理程序轉(zhuǎn)換為線程,當中斷請求到達時,執(zhí)行線程,從而大幅減少CPU的占用率,提高系統(tǒng)效率。
三、中斷線程化的優(yōu)點
1.提高穩(wěn)定性。中斷線程化可以使得中斷處理程序在普通進程中運行,這樣能夠更好的保證系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。
2.提高性能。由于線程的多線程執(zhí)行能力,可以承載更多量的請求,以更快的速度完成任務(wù),從而提高了系統(tǒng)的效率和性能。
3.減少系統(tǒng)開銷。中斷線程化將中斷處理程序從中斷處理部分中分離出來,有效減少了CPU負載。
4.提高可維護性。中斷線程化比較清晰簡單,對于系統(tǒng)開發(fā)人員易于維護管理。
四、中斷線程化在實際應(yīng)用中的應(yīng)用
中斷線程化在實時應(yīng)用中的應(yīng)用比較廣泛。例如,Linux內(nèi)核中的音頻驅(qū)動程序,絕大部分在處理任何外部中斷時都可以將它們設(shè)置為線程來處理。這樣,音頻驅(qū)動程序不僅僅能在更少的處理器和內(nèi)存資源下工作,還可以更快地響應(yīng)聲音數(shù)據(jù)。
在對Linux進行網(wǎng)絡(luò)性能測試時,可以發(fā)現(xiàn)中斷線程化可以有效地減少網(wǎng)絡(luò)性能測試程序的運行時間和延遲,其主要原因是中斷線程化可以減少線程上下文的切換。
五、
中斷線程化是提高Linux系統(tǒng)效率的重要技術(shù)之一,它可以將中斷處理程序,以線程的方式運行。這樣可以更好地控制共存中斷的處理,提高系統(tǒng)響應(yīng)速度,降低系統(tǒng)開銷。
中斷線程化在實際應(yīng)用中的應(yīng)用比較廣泛,既可以用在音頻驅(qū)動程序中,也可以用在網(wǎng)絡(luò)性能測試中。
在進行系統(tǒng)開發(fā)時,開發(fā)人員可以采用中斷線程化的方法來提高程序的處理能力,在增強程序的魯棒性、可維護性和穩(wěn)定性方面都有較好的表現(xiàn)。
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物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)與技術(shù)導(dǎo)論
《物聯(lián)網(wǎng):技術(shù)、應(yīng)用、標準與商業(yè)模式》,電子工業(yè)出版社,等教材。
在學完高等數(shù)學,物理,化學,通信原理,數(shù)字電路,計算機原理,程序設(shè)計原理等課程后開設(shè)本課程,全面了解物聯(lián)網(wǎng)之RFID、M2M、傳感網(wǎng)、兩化融合等技術(shù)與應(yīng)用。
C語言程序設(shè)計
《C語言程序設(shè)計》,清華大學出版社,等教材。
物聯(lián)網(wǎng)涉及底層編程,C語言為必修課,同時需要了解OSGi,OPC,Silverlight等技術(shù)標準
Java程序設(shè)計
《Java語言程序設(shè)計教程》,機械工業(yè)出版社,等教材。
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層,服務(wù)器端集成技術(shù),開放Java技術(shù)也是必修課,同時需要了解Eclipse,SWT, Flash, HTML5,SaaS等技術(shù)
無線傳感網(wǎng)絡(luò)概論
《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)理論、技術(shù)與實現(xiàn)》,國防工業(yè)出版社,《短距離無線通訊入門與實戰(zhàn)》北京航空航天大學出版社,等教材。
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TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議
《TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議》,清華大學出版社,等教材。
TCP/IP以及OSI網(wǎng)絡(luò)分層協(xié)議標準是所有有線和無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ),Socket編程技術(shù)也是基礎(chǔ)技能,為必修課
嵌入式系統(tǒng)
《嵌入式系統(tǒng)技術(shù)教程》,人民郵電出版社等教材。
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傳感器技術(shù)概論
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物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生需要對傳感器技術(shù)與發(fā)展,尤其是在應(yīng)用中如何選用有所了解,但不一定需要了解傳感器的設(shè)計與生產(chǎn),對相關(guān)的材料科學,生物技術(shù)等有深入了解
RFID技術(shù)概論
《射頻識別(RFID)技術(shù)原理與應(yīng)用》,機械工業(yè)出版社,等教材。
RFID作為物聯(lián)網(wǎng)主要技術(shù)之一,需要了解,它本身(與智能卡技術(shù)融合)可以是一個細分專業(yè)或行業(yè),也可以是研究生專業(yè)選題方向。
工業(yè)信息化及現(xiàn)場總線技術(shù)
《現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程》,機械工業(yè)出版社,等教材。
工業(yè)信息化也是物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用領(lǐng)域,需要了解,它本身也可以是一個細分專業(yè)或行業(yè),也可作為研究生專業(yè)選題方向。
M2M技術(shù)概論
《M2M: The Wireless Revolution》,TSTC Publishing,等教材。
本書是美國“Texas State Techinical College”推出的M2M專業(yè)教材,在美國首次提出了M2M專業(yè)教學大綱,M2M也是物聯(lián)網(wǎng)主要領(lǐng)域,需要了解,建議直接用英文授課。
物聯(lián)網(wǎng)軟件、標準、與中間件技術(shù)
《中間件技術(shù)原理與應(yīng)用》,清華大學出版社,《物聯(lián)網(wǎng):技術(shù)、應(yīng)用、標準與商業(yè)模式》,電子工業(yè)出版社,等教材。
物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵在于應(yīng)用,軟件是靈魂,中間件是產(chǎn)業(yè)化的基石,需要學習和了解,尤其是對畢業(yè)后有志于走向工業(yè)和企業(yè)界的學生。
物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景十分豐富,幾乎涉及到生產(chǎn)生活的方方面面。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)基本形成,物聯(lián)網(wǎng)作為國家倡導(dǎo)的新興產(chǎn)業(yè)備受關(guān)注?,F(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)也是發(fā)展迅速。現(xiàn)在市場上對這方面的人才需求量也是很大,預(yù)測 2023 年中國就能將成為全球更大的物聯(lián)網(wǎng)連接市場。這樣的市場前景給很多年輕人機遇與挑戰(zhàn),學習物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人越來越多,怎么樣系統(tǒng)的學習物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)呢?下面,給大家提供一個全新的物聯(lián)網(wǎng)學習路線圖。
之一階段:嵌入式高級C語言
Linux系統(tǒng)
Linux Ubuntu操作系統(tǒng)安裝、使用、Linux常用命令、samba服務(wù)器、SSH遠程登錄、GCC編譯器、GDB調(diào)試器、VI編輯器
嵌入式C語言高級編程
1、C數(shù)據(jù)類型、控制語句
2、C程序結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)組、函數(shù)、預(yù)處理
3、指針及字符串操作
4、結(jié)構(gòu)體、共用體、宏、枚舉
5、文件I/O操作
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法
1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之單向鏈表、雙向鏈表
2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之隊列、棧
3、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之樹、圖
4、算法之各種排序(選擇法、冒泡法、插入法等)
5、遞歸
6、算法之二分查找
第二階段:嵌入式設(shè)備及GUI開發(fā)
嵌入式環(huán)境配置與開發(fā)工具學習
Linux下項目管理工具Make以及Makefile工作原理及其編寫Linux下shell腳本相關(guān)知識及其編寫嵌入式開發(fā)環(huán)境的基本概念及其搭建A53開發(fā)板介紹、設(shè)備使用、A53開發(fā)板與電腦通信、交叉編譯
GUI圖形界面開發(fā)
常用控件——button、label、text edit等常用布局方式——水平布局、垂直布局、固定布局、網(wǎng)格布局、相對布局等常用事件及信號處理技術(shù)——信息回調(diào)、鼠標、鍵盤事件等時間編程、數(shù)據(jù)存儲、繪圖機制、定時器處理、多任務(wù)處理等
第三階段:嵌入式Linux高級程序設(shè)計
1、Linux系統(tǒng)調(diào)用概念
2、進程相關(guān)概念、多進程實現(xiàn)多任務(wù)開發(fā)
3、進程間通信:無名管道、命名管道、信號、消息隊列、共享內(nèi)存等
4、多線程實現(xiàn)多任務(wù)開發(fā)
5、多任務(wù)的同步互斥開發(fā):互斥鎖、信號量
第四階段:Linux高級網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計
1、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)概念及網(wǎng)絡(luò)發(fā)展
2、TCP/IP協(xié)議
3、socket編程、TCP網(wǎng)絡(luò)編程、UDP網(wǎng)絡(luò)編程、Web編程開發(fā)等
4、Linux網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā),Linux網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)5、TCP協(xié)議服務(wù)器的編程方法和并發(fā)服務(wù)器的實現(xiàn)
6、HTTP協(xié)議及其實現(xiàn)方法,熟悉UDP廣播、多播的原理及編程方法,掌握混合C/S架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的設(shè)計
7、IPv6與IPv4協(xié)議,及其編程接口
8、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程
9、網(wǎng)絡(luò)原始套接字概念及編程接口
第五階段:數(shù)據(jù)庫及web編程開發(fā)
數(shù)據(jù)庫及web編程開發(fā)
1、數(shù)據(jù)庫概念、數(shù)據(jù)庫類型
2、Sqlite數(shù)據(jù)庫介紹及其安裝與移植
3、SQL數(shù)據(jù)庫語言(數(shù)據(jù)定義語言(DDL)、數(shù)據(jù)操作語言(DML)、數(shù)據(jù)查詢語言(DQL)、數(shù)據(jù)控制語言(DCL))br
4、Sqlite數(shù)據(jù)庫C語言編程中的各種SQL指令執(zhí)行函數(shù)完成對數(shù)據(jù)庫的控制
5、HTML語言開發(fā)
6、Javascript語言開發(fā)
7、AJAX開發(fā)
8、cgi程序開發(fā)
第六階段:C++面向?qū)ο蟾呒壵Z言程序設(shè)計
1.熟悉面向?qū)ο蟮恼Z言概述
2.熟練掌握c++語言的基本知識和類與對象及其高級應(yīng)用
3、作用域運算符、內(nèi)聯(lián)函數(shù)、強制類型轉(zhuǎn)換
4、new、delete內(nèi)存管理
5、對象成員、成員函數(shù)
6、構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)、拷貝構(gòu)造函數(shù)、函數(shù)重載
7、對象數(shù)組、this指針、枚舉、
8、靜態(tài)成員、靜態(tài)成員函數(shù)
9、對象成員
10、友元
11、封裝、繼承、多繼承、多態(tài)
12、虛函數(shù)、純虛函數(shù)、抽象類、虛析構(gòu)函數(shù)等
第七階段:物聯(lián)網(wǎng)
1、了解物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)基本要領(lǐng)及其關(guān)系
2、熟悉RFID從低頻段到高頻段的基本工作原理,以及RFID標簽的種類與行業(yè)應(yīng)用,讀卡器原理與通信過程
3、熟悉TI的cc2530的基本應(yīng)用,包含基本硬件資源,協(xié)議棧相關(guān)接口使用,以及點對點通信、星形通信、廣播通信、綁定通信,三種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)star、tree、mesh,掌握zibgee相關(guān)微控制處理芯片
4、了解zigbe協(xié)議棧組成,以及zigbee在通信、組網(wǎng)、搖控等領(lǐng)域的不同應(yīng)用
5、通過Bluetooth、wifi和zigbee技術(shù)對比各自的優(yōu)缺點,并重點介紹zigbee的各種應(yīng)用
6、掌握溫度、濕度、光照、PH值、二氧化碳等傳感器的工作原理及通信接口
7、了解NB-IOT基本概念及移運BC95模塊
8、熟悉CoAP協(xié)議在NB-IOT中的應(yīng)用
9、掌握常用AT指定集
第八階段:CortexA53 Linux平臺驅(qū)動開發(fā)
1、了解ARM處理器基本特征及工作原理
2、掌握ARM裸機程序開發(fā)以及裸機編譯工具的使用
3、嵌入式Bootloader原理分析及其移植
4、嵌入式Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)分析及其移植
5、掌握嵌入式Linux根文件系統(tǒng)組成分析及其制作過程
6、掌握嵌入式Linux三大類設(shè)備驅(qū)動基本概念
7、掌握Linux字符驅(qū)動框架及GPIO輸入輸出驅(qū)動
8、Linux中斷機制處理及響應(yīng)過程
9、Linux下SPI/IIC/UART串行通信技術(shù)驅(qū)動編寫與應(yīng)用
10、Linux下input設(shè)備驅(qū)動框架介紹
11、Linux下platform機制設(shè)備驅(qū)動框架介紹
12、Linux下kfifo緩沖機制、并發(fā)與競態(tài)(如互斥鎖與信息號等)講解
13、Linux驅(qū)動中的阻塞與非阻塞
14、Linux下塊設(shè)備驅(qū)動框架——RAMdisk驅(qū)動實例編寫
15、USB設(shè)備硬件設(shè)計原理、驅(qū)動協(xié)議架構(gòu)、驅(qū)動開以流程
16、了解Linux設(shè)備驅(qū)動模型(kobject、kset、子系統(tǒng)、底層sysfs操作、虛擬總線等)
第九階段:項目實操
對于物聯(lián)網(wǎng)的學習,很多小白無從下手,有了這個學習路線圖,可以先從基礎(chǔ)開始學習,慢慢加深。
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