嵌入式ARM Linux應(yīng)用程序項目問題定位

一、現(xiàn)象

業(yè)務(wù)線反饋，單板只要一跑我們的通訊軟件appA，CPU就變得很高，即使沒有任何通訊，空跑時CPU利用率同樣的高，難得業(yè)務(wù)會關(guān)注CPU性能，好久沒更新博客了，小記一下（又是debug一兩天，最后改一行代碼解決的問題o(╯□╰)o）。

啟動appA?前，top看一下CPU使用情況，如下，9%還算正常（有其他業(yè)務(wù)應(yīng)用）。

Mem: 49320K used, 202284K free, 0K shrd, 0K buff, 27420K cached
CPU:  3.0% usr  6.0% sys  0.0% nic 91.0% idle  0.0% io  0.0% irq  0.0% sirq
Load average: 1.79 2.79 2.98 1/86 1721
  PID  PPID USER     STAT   VSZ %VSZ CPU %CPU COMMAND
 1721  1376 root     R     2272  0.9   0  1.6 top -d 1
  917     1 root     S    38936 15.4   0  1.1 ...
  908     1 root     S    38936 15.4   0  0.5 ...
  915     1 root     S    38936 15.4   0  0.5 ...
  896     1 root     S    38936 15.4   0  0.5 ...
  914     1 root     S    38936 15.4   0  0.5 ...
  857     1 root     S     4396  1.7   0  0.5 /usr/sbin/telnetd
    3     2 root     SW       0  0.0   0  0.5 [ksoftirqd/0]
 1376   857 root     S     2272  0.9   0  0.0 -sh
  929     1 root     S     2272  0.9   0  0.0 /sbin/getty -L ttyO2 115200 vt100
    1     0 root     S     2268  0.9   0  0.0 init
  ...

我們的應(yīng)用啟動后，CPU使用率很高，65%左右，是什么讓CPU占用高？

$top -d1
Mem: 54604K used, 197000K free, 0K shrd, 0K buff, 27220K cached
CPU: 14.6% usr 38.5% sys  0.0% nic 36.2% idle  0.0% io  0.0% irq 10.5% sirq
Load average: 3.26 2.22 1.58 1/107 1470
  PID  PPID USER     STAT   VSZ %VSZ CPU %CPU COMMAND
 1444  1376 root     S    28008 11.1   0  5.8 {Thread_start} ./appA
    3     2 root     SW       0  0.0   0  4.0 [ksoftirqd/0]
 1445  1376 root     S    28008 11.1   0  2.9 {Task_OS_Timer} ./appA
 1470  1376 root     R     2272  0.9   0  2.3 top -d 1
  917     1 root     S    38936 15.4   0  1.7 ...
 1450  1376 root     S    28008 11.1   0  1.7 ...
  896     1 root     S    38936 15.4   0  1.1 ...
 1449  1376 root     S    28008 11.1   0  0.5 {CycleIO} ./appA
  857     1 root     S     4396  1.7   0  0.5 /usr/sbin/telnetd
  ......

TOP各指標(biāo)含義

簡單介紹下top各指標(biāo)含義。top 命令顯示了 us、sy、nic、idle 、io、hi、si 和 st 這幾個指標(biāo)(不同版本的top顯示簡寫有所不同)，各指標(biāo)含義如下，這幾個指標(biāo)之和為 100。

us, user    : time running un-niced user processes
sy, system  : time running kernel processes
ni, nice    : time running niced user processes
id, idle    : time spent in the kernel idle handler
wa, IO-wait : time waiting for I/O completion
hi : time spent servicing hardware interrupts
si : time spent servicing software interrupts
st : time stolen from this vm by the hypervisor

CPU指標(biāo)	含義
us	CPU執(zhí)行用戶代碼消耗的CPU時間比例，這個比例越高，說明CPU的利用率越好，因為我們的目的就是為了讓CPU將更多的時間用在執(zhí)行用戶代碼上，如果這個指標(biāo)過高影響了你的業(yè)務(wù)，那就需要去分析業(yè)務(wù)代碼了。
sy	CPU執(zhí)行內(nèi)核代碼消耗的CPU時間比例，這個比例要越低越好，因為CPU不應(yīng)該把時間浪費在執(zhí)行內(nèi)核函數(shù)上，如內(nèi)核函數(shù)浪費了很多時間，那說明內(nèi)核可能需要優(yōu)化了。
ni	Nice值被調(diào)大的線程執(zhí)行用戶態(tài)代碼消耗的CPU百分比。對于非實時任務(wù)，通過調(diào)整線程的Nice值可以控制它的CPU時間，當(dāng)我們增大一個線程的Nice值時，我們期望它可以少占用一些CPU時間，CPU利用率里的ni這個值就給我們一個參考指標(biāo)來觀察我們的調(diào)整效果。運行一個進程后，它的默認Nice值為0，通過renice來增加該進程的Nice值（正數(shù)），該進程的CPU利用率就會在ni中顯示，而減少進程的Nice值（負數(shù)）則不會在這里面顯示。
id	CPU空閑時間，我們通常說的整體CPU利用率就是（100-idl）這個值，也是其他幾項的和。為了提升系統(tǒng)的資源利用率，目標(biāo)就是盡量降低idl。
wa	CPU阻塞在I/O上的時間，比如CPU從磁盤讀取文件內(nèi)容，由于磁盤I/O太慢，導(dǎo)致CPU不得不等待數(shù)據(jù)就緒，然后才能繼續(xù)執(zhí)行下一步操作，這就wai時間，這個值越高，說明I/O處理能力出現(xiàn)了問題。
hi	CPU消耗在硬中斷里的時間，正常情況下這個值都很低，因為中斷的處理很快，即使有大量的硬件中斷，也不會消耗很多的CPU時間。
si	CPU消耗在軟中斷里的時間，系統(tǒng)中常見的軟中斷有網(wǎng)絡(luò)收發(fā)包軟中斷、寫文件落盤產(chǎn)生的軟中斷、高精度定時器軟中斷等。所以網(wǎng)絡(luò)吞吐量較高的系統(tǒng)中，這個值也會高一些。

在上面這幾項中，idle 和 wait 是 CPU 不工作的時間，其余的項都是 CPU 工作的時間。idle 和 wait 的主要區(qū)別是，idle 是 CPU 無事可做，而 wait 則是 CPU 想做事卻做不了。你也可以將 wait 理解為是一類特殊的 idle，即該 CPU 上有至少一個線程阻塞在 I/O 時的 idle。

二、分析

由CPU: 14.6% usr 38.5% sys 0.0% nic 36.2% idle 0.0% io 0.0% irq 10.5% sirq可以看出，CPU 利用率飆高是由 sys 利用率和sirq利用率變高導(dǎo)致的，也就是說 sys 利用率會忽然飆高一下，比如在 usr 低于 15% 的情況下，sys 會高于 40%，同時sirq會高于10%，持續(xù)不到一秒后又恢復(fù)正常。

CPU 的 sys 利用率高，說明內(nèi)核函數(shù)執(zhí)行花費了太多的時間，同樣，CPU 的 sirq利用率高，說明內(nèi)核處理軟中斷執(zhí)行花費了太多的時間，先對比應(yīng)用啟動前后系統(tǒng)各部分信息，看看能否推斷出CPU執(zhí)行哪部分的的內(nèi)核函數(shù)花費的時間長。

啟動應(yīng)用前

我們先通過pidstat看看appA啟動前,系統(tǒng)中每個進程usr、system、guest、wait各部分CPU使用情況：

$ pidstat 1 3  #每秒打印一次 打印3次
Linux 3.12.10       08/22/22        _armv7l_        (1 CPU)

0944      UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
0944        0        47    0.00    0.96    0.00    0.00    0.96     0  kworker/0:1
0944        0       894    2.88    3.85    0.00    0.00    6.73     0  cpu_mem_task
0944        0       968    0.00    1.92    0.00    0.00    1.92     0  pidstat

0944      UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
0945        0       857    0.00    1.00    0.00    0.00    1.00     0  telnetd
0945        0       881    0.00    1.00    0.00    0.00    1.00     0  xxxx
0945        0       894    2.00    5.00    0.00    0.00    7.00     0  xxxx
0945        0       968    1.00    2.00    0.00    0.00    3.00     0  pidstat

0945      UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
0946        0         3    0.00    1.00    0.00    0.00    1.00     0  ksoftirqd/0
0946        0       894    1.00    6.00    0.00    0.00    7.00     0  xxxx
0946        0       968    1.00    2.00    0.00    0.00    3.00     0  pidstat

可以看到，各進程正常，CPU使用率低，接下來通過mpstat查看內(nèi)核各部分詳細。

]# mpstat --help
Usage: mpstat [ options ] [  [  ] ]
Options are:
[ -A ] [ -n ] [ -T ] [ -u ] [ -V ]
[ -I { SUM | CPU | SCPU | ALL } ] [ -N {  | ALL } ]
[ --dec={ 0 | 1 | 2 } ] [ -o JSON ] [ -P {  | ALL } ]

-A: 等同于-u -I ALL -P ALL

-I:指定SUM CPU SCPU ALL四個參數(shù),SUM表示每個處理器的中斷總數(shù)，CPU表示每個核的每秒中斷數(shù)量， SCPU表示每個核每秒的軟中斷數(shù)量。

-P: 統(tǒng)計的CPU編號，一般用ALL

-u: 輸出列的信息

-V: 查看版本號

CPU利用率

每秒輸出1次，輸出5次：

[root@/tmp]# mpstat 1 5
0951     CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
0952     all    1.01    0.00    5.05    0.00    0.00    2.02    0.00    0.00    0.00   91.92
0953     all    2.15    0.00    1.08    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   96.77
0954     all    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    1.09    0.00    0.00    0.00   98.91
0955     all    2.04    0.00    3.06    0.00    0.00    2.04    0.00    0.00    0.00   92.86
0956     all    0.00    0.00    2.15    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   97.85
Average:     all    1.05    0.00    2.32    0.00    0.00    1.05    0.00    0.00    0.00   95.58

軟中斷

軟中斷每秒輸出1次, 輸出6次：

# mpstat -I SCPU 1 6
0922     CPU       HI/s    TIMER/s   NET_TX/s   NET_RX/s    BLOCK/s BLOCK_IOPOLL/s  TASKLET/s    SCHED/s  HRTIMER/s      RCU/s
0923       0       0.00      25.00       1.00       3.00       0.00           0.00       0.00       0.00     200.00       0.00
0924       0       0.00      31.00       0.00       4.00       0.00           0.00       0.00       0.00     200.00       0.00
0925       0       0.00      26.00       0.00       4.00       0.00           0.00       0.00       0.00     199.00       0.00
0926       0       0.00      36.00       0.00       4.00       0.00           0.00       0.00       0.00     200.00       0.00
0927       0       0.00      31.00       0.00       3.00       0.00           0.00       0.00       0.00     199.00       0.00
0928       0       0.00      31.00       1.00       3.00       0.00           0.00       0.00       0.00     200.00       0.00
Average:       0       0.00      30.00       0.33       3.50       0.00           0.00       0.00       0.00     199.67       0.00

對應(yīng)的軟中斷信息：

# cat /proc/softirqs 
                    CPU0       
          HI:          0
       TIMER:    7778445
      NET_TX:       7244
      NET_RX:     293406
       BLOCK:          0
BLOCK_IOPOLL:          0
     TASKLET:          1
       SCHED:          0
     HRTIMER:  522165833
         RCU:          0

硬中斷

處理器硬中斷總數(shù)：

# mpstat -I SUM 1 6
Linux 3.12.10       08/22/22        _armv7l_        (1 CPU)

0950     CPU    intr/s
0951     all   3000.00
0952     all   3151.00
0953     all   3229.00
0954     all   3129.00
0955     all   3049.00
0956     all   3210.00
Average:     all   3127.79

每個硬中斷產(chǎn)生速率：

# mpstat -I CPU 1 6
Linux 3.12.10       08/22/22        _armv7l_        (1 CPU)

0946     CPU       20/s       28/s       30/s       33/s       34/s       35/s       68/s       80/s       84/s       86/s       87/s       90/s       94/s      116/s      125/s      127/s      173/s      230/s      233/s      255/s      261/s      Err/s
0947       0       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00    3151.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       5.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00
0948       0       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00    3140.00       0.00       4.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       7.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00
0949       0       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00    3355.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       6.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00
0950       0       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00    3031.00       0.00       4.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       4.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00
0951       0       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00    3288.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       6.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00
0952       0       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00    3155.00       0.00       4.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       6.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00
Average:       0       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00    3186.67       0.00       2.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       5.67       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00

對應(yīng)的中斷信息：

# cat /proc/interrupts 
           CPU0       
 84: 1583852200      INTC  68  gp_timer
 86:        108      INTC  70  44e0b000.i2c
 87:     483682      INTC  71  4802a000.i2c
 90:         59      INTC  74  UART2
173:     701497      GPIO  29  eth0
230:          6      GPIO  22  button_int
233:          0      GPIO  25  fpga_int
255:          0      GPIO  15  mmc0
261:          0      GPIO  21  power_int
Err:          0
......

啟動appA應(yīng)用前，可以看出irq為84的中斷gp_timer中斷比較高， 3155次/S左右。

啟動應(yīng)用后

先啟動應(yīng)用，然后再看一下這些指標(biāo)的變化。

# mpstat 1 5
Linux 3.12.10       08/22/22        _armv7l_        (1 CPU)

1045     CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
1046     all    7.95    0.00   18.18    0.00    0.00    3.41    0.00    0.00    0.00   70.45
1047     all    6.17    0.00   16.05    0.00    0.00    1.23    0.00    0.00    0.00   76.54
1048     all    4.94    0.00   17.28    0.00    0.00    2.47    0.00    0.00    0.00   75.31
1049     all    8.05    0.00   17.24    0.00    0.00    4.60    0.00    0.00    0.00   70.11
1050     all   11.76    0.00   12.94    0.00    0.00    2.35    0.00    0.00    0.00   72.94
Average:     all    7.82    0.00   16.35    0.00    0.00    2.84    0.00    0.00    0.00   72.99

usr，sys 升高明顯，soft有所升高，什么導(dǎo)致的sys升高？下面看硬中斷處理信息：

# mpstat -I SUM 1 6
Linux 3.12.10       08/22/22        _armv7l_        (1 CPU)

1011     CPU    intr/s
1012     all   6571.00
1013     all   6597.00
1014     all   6574.00
1015     all   6566.00
1016     all   6592.00
1017     all   6583.00
Average:     all   6580.50

對比啟動應(yīng)用前3000/s，每秒中斷產(chǎn)生次數(shù)增長了120%。繼續(xù)查看哪些中斷變高了？

# mpstat -I CPU 1 6
Linux 3.12.10       08/22/22        _armv7l_        (1 CPU)

1004     CPU       20/s       28/s       30/s       33/s       34/s       35/s       68/s       80/s       84/s       86/s       87/s       90/s       94/s      116/s      125/s      127/s      173/s      230/s      233/s      255/s      261/s      Err/s
1005       0       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00    6552.00       0.00       3.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00      28.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00
1006       0       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00    6552.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00      30.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00
1007       0       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00    6637.00       0.00       4.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00      27.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00
1008       0       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00    6543.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00      28.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00
1010       0       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00    6579.00       0.00       4.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00      30.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00
1011       0       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00    6561.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00      29.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00
Average:       0       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00    6570.67       0.00       1.83       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00      28.67       0.00       0.00       0.00       0.00       0.00

# mpstat -I SCPU 1 6
Linux 3.12.10      08/22/22        _armv7l_        (1 CPU)

1029     CPU       HI/s    TIMER/s   NET_TX/s   NET_RX/s    BLOCK/s BLOCK_IOPOLL/s  TASKLET/s    SCHED/s  HRTIMER/s      RCU/s
1030       0       0.00      41.58       0.00       9.90       0.00           0.00       0.00       0.00    2172.28       0.00
1031       0       0.00      43.00       0.00      12.00       0.00           0.00       0.00       0.00    2187.00       0.00
1032       0       0.00      38.00       0.00      11.00       0.00           0.00       0.00       0.00    2191.00       0.00
1033       0       0.00      34.00       1.00      10.00       0.00           0.00       0.00       0.00    2190.00       0.00
1034       0       0.00      37.00       0.00      11.00       0.00           0.00       0.00       0.00    2190.00       0.00
1035       0       0.00      40.00       0.00      10.00       0.00           0.00       0.00       0.00    2184.00       0.00
Average:       0       0.00      38.94       0.17      10.65       0.00           0.00       0.00       0.00    2185.69       0.00

可以看irq為84的中斷gp_timer中斷相比應(yīng)用啟動前變?yōu)?倍，?3155.00次/S左右。相應(yīng)的高精度定時器軟中斷HRTIMER從之前的200/S上升到2100/S，到此基本可以確定應(yīng)用瘋狂定時操作引起的，進一步看內(nèi)核執(zhí)行的函數(shù)來確認。

采集內(nèi)核函數(shù)的方法

目前基本清楚因為定時器中斷變高導(dǎo)致的內(nèi)核函數(shù)執(zhí)行時間變長，接下來采集 CPU 在 sys 飆高的瞬間所執(zhí)行的內(nèi)核函數(shù)，同時看看應(yīng)用執(zhí)行什么引起的定時器中斷，再做相應(yīng)的優(yōu)化。采集內(nèi)核函數(shù)的方法有很多，比如：

通過 perf（ perf 是內(nèi)核自帶的性能剖析工具）可以采集 CPU 的熱點，看看 sys 利用率高時，哪些內(nèi)核耗時的 CPU 利用率高；

通過 perf 的?call-graph?功能可以查看具體的調(diào)用棧信息，也就是線程是從什么路徑上執(zhí)行下來的；

通過 perf 的?annotate?功能可以追蹤到線程是在內(nèi)核函數(shù)的哪些語句上比較耗時；

通過 ftrace 的?function-graph?功能可以查看這些內(nèi)核函數(shù)的具體耗時，以及在哪個路徑上耗時最大。

針對一些瞬時sys 利用率高問題，還可以通過系統(tǒng)快照sysrq，把當(dāng)前 CPU 正在做的工作記錄下來，然后結(jié)合內(nèi)核源碼分析為什么 sys 利用率會高。

sysrq常用來分析內(nèi)核問題的工具，用它可以觀察當(dāng)前的內(nèi)存快照、任務(wù)快照，可以構(gòu)造 vmcore 把系統(tǒng)的所有信息都保存下來，甚至還可以在內(nèi)存緊張的時候用它殺掉內(nèi)存開銷最大的那個進程。

用 sysrq 來分析問題，首先需要使能 sysyrq,使能sysrq后沒有任何開銷，使能方式如下：

$ sysctl -w kernel.sysrq=1

sysrq 的功能被使能后，使用它的 -t 選項來把當(dāng)前的任務(wù)快照保存下來，看看系統(tǒng)中都有哪些任務(wù)，以及這些任務(wù)都在干什么。使用方式如下：

$ echo t > /proc/sysrq-trigger

執(zhí)行后，任務(wù)快照會被打印到內(nèi)核緩沖區(qū)，這些任務(wù)快照信息通過?dmesg?命令來查看：

$ dmesg

內(nèi)核采集分析

這里使用perf?對appA進程進行采樣，輸出內(nèi)核整個調(diào)用鏈上的匯總信息。

# 采樣10s后退出
$ perf record -a -g -p `pidof appA` -- sleep 10

采樣完成后，繼續(xù)執(zhí)行?perf report命令，得到 perf 的匯總報告。

額。。。屏幕太小、ARM 串口來打印，這打印很難看。

火焰圖分析

針對 perf 匯總數(shù)據(jù)的展示問題，Brendan Gragg 發(fā)明了火焰圖，通過矢量圖的形式，更直觀展示匯總結(jié)果。

（圖片來自 Brendan Gregg?博客）

橫軸表示采樣數(shù)和采樣比例。一個函數(shù)占用的橫軸越寬，就代表它的執(zhí)行時間越長。同一層的多個函數(shù)，則是按照字母來排序。

縱軸表示調(diào)用棧，由下往上根據(jù)調(diào)用關(guān)系逐個展開。換句話說，上下相鄰的兩個函數(shù)中，下面的函數(shù)，是上面函數(shù)的父函數(shù)。這樣，調(diào)用棧越深，縱軸就越高。

另外，要注意圖中的顏色，并沒有特殊含義，只是用來區(qū)分不同的函數(shù)。

火焰圖是動態(tài)的矢量圖格式，所以它還支持一些動態(tài)特性。比如，鼠標(biāo)懸停到某個函數(shù)上時，就會自動顯示這個函數(shù)的采樣數(shù)和采樣比例。而當(dāng)你用鼠標(biāo)點擊函數(shù)時，火焰圖就會把該層及其上的各層放大，方便你觀察這些處于火焰圖頂部的調(diào)用棧的細節(jié)。

如果我們根據(jù)性能分析的目標(biāo)來劃分，火焰圖可以分為下面這幾種。

on-CPU 火焰圖：表示 CPU 的繁忙情況，用在 CPU 使用率比較高的場景中。

off-CPU 火焰圖：表示 CPU 等待 I/O、鎖等各種資源的阻塞情況。

內(nèi)存火焰圖：表示內(nèi)存的分配和釋放情況。

熱 / 冷火焰圖：表示將 on-CPU 和 off-CPU 結(jié)合在一起綜合展示。

差分火焰圖：表示兩個火焰圖的差分情況，紅色表示增長，藍色表示衰減。差分火焰圖常用來比較不同場景和不同時期的火焰圖，以便分析系統(tǒng)變化前后對性能的影響情況。

如何生成火焰圖？首先，下載幾個能從?perf record記錄生成火焰圖的工具，這些工具都放在 https://github.com/brendangregg/FlameGraph 。

$ git clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph
$ cd FlameGraph

安裝好工具后，要生成火焰圖，其實主要需要三個步驟：

執(zhí)行?perf script?，將?perf record?的記錄轉(zhuǎn)換成可讀的采樣記錄；

執(zhí)行?stackcollapse-perf.pl?腳本，合并調(diào)用棧信息；

執(zhí)行?flamegraph.pl?腳本，生成火焰圖。

如果你的機器安裝了完整的系統(tǒng)，通過管道簡化這三個步驟的執(zhí)行如下：

$ perf script -i /root/perf.data | ./stackcollapse-perf.pl --all |  ./flamegraph.pl > hsys.svg

因為我的目標(biāo)系統(tǒng)是在ARM busybos上，先在目標(biāo)機器上執(zhí)行步驟1，在將中間文件上傳到X86系上完成步驟2和3。

$ perf script -i perf.data > perf-temp
$ tftp -p 192.168.1.55 -l perf-temp

X86機器上完成步驟2和3.

$ cat perf-temp| ./stackcollapse-perf.pl --all |  ./flamegraph.pl > hsys.svg

使用瀏覽器打開hsys.svg如下。

從下往上看，沿著調(diào)用棧中最寬的函數(shù)來分析執(zhí)行次數(shù)最多的函數(shù)?？吹降慕Y(jié)果跟的?perf report?類似，但直觀了很多，這幾團系統(tǒng)調(diào)用的火焰，就是我們關(guān)注的地方。

可以看到，應(yīng)用發(fā)起的幾個系統(tǒng)調(diào)用后，內(nèi)核sys_rt_sigtimedwait、sys_mq_timedsend、sys_mq_timedreceive分別占總執(zhí)行時間的22.69%、（13.71%+6.15%）、（8.53%+8.89%）。

到這里，找出了內(nèi)核執(zhí)行最頻繁的函數(shù)調(diào)用堆棧，而這個堆棧中的各層級函數(shù)，就是潛在的性能瓶頸來源。對比同一cpu高版本內(nèi)核，該問題并不明顯，如果想深入了解linux時間子系統(tǒng)，請移步時間子系統(tǒng)-蝸窩科技?？磥韮?nèi)核是動不了，不好下手，那回到應(yīng)用看看。

三、解決

既然已經(jīng)清楚原因是應(yīng)用定時相關(guān)操作引起的，回到應(yīng)用排查相關(guān)代碼。

這個應(yīng)用是一個協(xié)議棧，整個協(xié)議棧有多個不同優(yōu)先級的實時線程，每個線程負責(zé)各部分通訊處理，其中兩個線程為整個協(xié)議棧提供timers處理機制，線程Thread_start向操作系統(tǒng)注冊一個周期timer，該周期timer的間隔就是協(xié)議棧軟件timer的基準(zhǔn)時間，線程A周期等待操作系統(tǒng)timer超時信號。

當(dāng)超時信號到達時，線程Thread_start遍歷所有上層應(yīng)用注冊的timer，判斷時間是否到期，如果該timer到期，通過消息隊列mq將該timer發(fā)送給另一個線程OS_timer進行timer處理，線程OS_timer接收到該timer后，執(zhí)行該timer注冊的超時回調(diào)函數(shù)callbalk_timeout。

排查后發(fā)現(xiàn)，問題出在線程Thread_start向操作系統(tǒng)注冊的這個周期timer，它的觸發(fā)間隔為500us，由于觸發(fā)頻率太高，導(dǎo)致操作系統(tǒng)處理定時器軟硬中斷消耗大部分CPU，表現(xiàn)就是系統(tǒng)cpu飆高，但是檢索整個協(xié)議棧，并沒有發(fā)現(xiàn)上層應(yīng)用注冊小于1ms的timer，協(xié)議棧根本用不到這么小基準(zhǔn)的timer。

所以，解決的辦法很簡單，就修改一行代碼，將線程Thread_start向操作系統(tǒng)注冊的周期timer間隔500us調(diào)整為1ms，問題解決。

優(yōu)化后，時鐘軟硬中斷降低。系統(tǒng)sys CPU利用率下降，如下：

$ pidstat  1 5 -p `pidof appA` #目標(biāo)應(yīng)用指標(biāo)
Linux 3.12.10       08/22/22        _armv7l_        (1 CPU)

1745      UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
1746        0      1112    8.91    0.99    0.00    0.00    9.90     0  appA
1747        0      1112    3.00    8.00    0.00    0.00   11.00     0  appA
1748        0      1112    8.00    3.00    0.00    0.00   11.00     0  appA
1749        0      1112   10.00    1.00    0.00    0.00   11.00     0  appA

$mpstat  -A   1 1 #系統(tǒng)整體詳細指標(biāo)
Linux 3.12.10       08/22/22        _armv7l_        (1 CPU)

1724     CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest   %idle
1725     all    1.20    0.00   10.84    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   87.95
1725       0    1.20    0.00   10.84    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   87.95

1724     CPU    intr/s
1725     all   6821.69
1725       0   6820.48

1724     CPU      20/s      28/s      30/s      33/s      34/s      35/s      68/s      80/s      84/s      86/s      87/s      90/s      94/s     116/s     125/s     127/s     173/s     230/s     233/s     255/s     261/s     Err/s
1725       0      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00   6792.77      0.00      3.61      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00     24.10      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00

1724     CPU      HI/s   TIMER/s  NET_TX/s  NET_RX/s   BLOCK/s BLOCK_IOPOLL/s TASKLET/s SCHED/s HRTIMER/s  RCU/s
1725       0      0.00     30.12      1.20     13.25      0.00      0.00      0.00      0.00   1443.37      0.00

Average:     CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest   %idle
Average:     all    1.20    0.00   10.84    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   87.95
Average:       0    1.20    0.00   10.84    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   87.95

上面的火焰圖，看到?sys_rt_sigtimedwait、sys_mq_timedsend、sys_mq_timedreceive明顯降低.

?	sys_rt_sigtimedwait	sys_mq_timedsend	sys_mq_timedreceive
前	22.69%	19.86%(13.71%+6.15%)	17.51%(8.53%+8.89%)
后	14.94%	9.84%(5.84%+4%)	11.47%(5.67%+5.8%)

真是debug一兩天，最后改一行代碼解決問題o(╯□╰)o）。。。

　　審核編輯：湯梓紅

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嵌入式Linux學(xué)習(xí)步驟

Linux內(nèi)核編譯并下載Linux應(yīng)用程序　　5、 嵌入式系統(tǒng)移植　　Linux內(nèi)核代碼平臺相關(guān)代碼分析 ARM平臺介紹平臺移植的關(guān)鍵技術(shù) 移植Linux內(nèi)核到 ARM平臺了解移植的概念能夠移植

2011-05-04 15:01:53

嵌入式Linux學(xué)習(xí)步驟

下載Linux內(nèi)核編譯并下載Linux應(yīng)用程序5、嵌入式系統(tǒng)移植Linux內(nèi)核代碼平臺相關(guān)代碼分析 ARM平臺介紹平臺移植的關(guān)鍵技術(shù) 移植Linux內(nèi)核到 ARM平臺了解移植的概念能夠移植

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嵌入式Linux怎么學(xué)？給大家推薦幾本學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的書籍

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2017-09-18 16:03:06

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ARM+LINUX路線，主攻嵌入式Linux操作系統(tǒng)及其上應(yīng)用軟件開發(fā)目標(biāo)：（1）掌握主流嵌入式微處理器的結(jié)構(gòu)與原理（初步定為arm9）（2）必須掌握一個嵌入式操作系統(tǒng) （初步定為uclinux或

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嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)學(xué)習(xí)步驟，深圳嵌入式Linux培訓(xùn)高薪一路相伴

基礎(chǔ)　　Linux操作系統(tǒng)的概念、安裝方法，詳細了解Linux下的目錄結(jié)構(gòu)、基本命令、編輯器VI ,編譯器GCC，調(diào)試器GDB和 Make 項目管理工具, Shell Makefile腳本編寫等知識，嵌入式開發(fā)環(huán)境

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嵌入式學(xué)習(xí)-嵌入式名詞

嵌入式學(xué)習(xí)-嵌入式名詞簡單的理解和定義嵌入式系統(tǒng)、嵌入式Linux、嵌入式軟件工程師、嵌入式學(xué)習(xí)、嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)、嵌入式ARM、單片機我對嵌入式一些概念名詞簡單的理解通常我們都有這么一個模糊的概念

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2009-07-10 15:59:01

嵌入式開發(fā)入門之旅

環(huán)境搭建、嵌入式Linux內(nèi)核編譯、基于ARM硬件平臺的嵌入式Linux系統(tǒng)引導(dǎo)和固化、Boot Loader的編譯與移植、文件系統(tǒng)制作與移植、圖形化Linux應(yīng)用程序的開發(fā)入門這幾個角度，將學(xué)員帶入

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嵌入式是不是把linux的內(nèi)核代碼修改好了再燒入arm處理器中？

嵌入式是不是把linux的內(nèi)核代碼修改好了燒入arm處理器中，再把編寫好的應(yīng)用程序的代碼燒入arm處理器中？還是系統(tǒng)和應(yīng)用程序一起做好，一起寫入到arm處理器中？

2022-05-31 09:33:56

嵌入式的經(jīng)驗鞏固

階段的主要目的是掌握帶有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)建和燒寫過程，以及對嵌入式系統(tǒng)軟件的總體構(gòu)成有個整體認識，為我們接下來學(xué)習(xí)嵌入式應(yīng)用和驅(qū)動開發(fā)打下堅實的基礎(chǔ)。4、學(xué)習(xí)嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā) 這一

2021-11-26 10:34:16

Holer外網(wǎng)訪問ARM嵌入式Linux系統(tǒng)的方法

公網(wǎng)訪問ARM嵌入式Linux系統(tǒng)實驗室里的ARM嵌入式Linux系統(tǒng)，只能在局域網(wǎng)內(nèi)訪問，怎樣從公網(wǎng)也能訪問內(nèi)網(wǎng)ARM嵌入式Linux系統(tǒng)？本文將介紹使用holer實現(xiàn)的具體步驟。1. 準(zhǔn)備工作

2021-12-16 07:18:51

[分享資料]嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)詳解

Linux的環(huán)境搭建，以及嵌入式Linux的I/O與文件系統(tǒng)的開發(fā)、進程控制開發(fā)、進程間通信開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)、基于中斷的開發(fā)、設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)以及嵌入式圖形界面的開發(fā)等，并且還安排了豐富的實驗內(nèi)容與課后

2015-09-11 23:25:38

《從實踐中學(xué)習(xí)嵌入式Linux操作系統(tǒng)》高清PDF資源分享！

內(nèi)容簡介：《從實踐中學(xué)嵌入式linux應(yīng)用程序開發(fā)》結(jié)合大量實例，講解了嵌入式linux應(yīng)用程序設(shè)計各個方面的基本方法及必要的核心概念。主要內(nèi)容包括搭建嵌入式linux開發(fā)環(huán)境、嵌入式文件i/o編程

2019-11-01 16:23:06

【嵌入式】基于ARM的嵌入式Linux開發(fā)總結(jié) 精選資料推薦

前言嵌入式知識點復(fù)習(xí)一嵌入式知識點復(fù)習(xí)二 --體系結(jié)構(gòu)嵌入式知識點復(fù)習(xí)三 --ARM-LINUX嵌入式開發(fā)環(huán)境嵌入式知識點復(fù)習(xí)四 --arm-linux文件編程嵌入式知識點復(fù)習(xí)五

2021-07-16 07:13:12

【AWorks280試用申請】嵌入式Linux應(yīng)用程序學(xué)習(xí)與開發(fā)

申請理由：已經(jīng)學(xué)習(xí)過飛思卡爾的ARM-M0和M3系類芯片，熟悉飛思卡爾芯片的編程模式與風(fēng)格，正在入門嵌入式Linux，希望有一塊開發(fā)板來進行實際的學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)的過程中，也會對這塊開發(fā)板的各個功能模塊

2015-10-23 10:08:56

【下載】《ARM9 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)教程》

`編輯推薦　　本書以ARM920T微處理器為硬件平臺，結(jié)合Linux操作系統(tǒng)，詳細介紹了嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試方法，以及嵌入式驅(qū)動程序開發(fā)。全書內(nèi)容豐富，語言通俗易懂，具有很強的可讀性。內(nèi)容簡介

2017-12-25 17:33:32

什么是嵌入式Linux？

Linux到底是什么呢？ 嵌入式linux 是將日益流行的Linux操作系統(tǒng)進行裁剪修改，使之能在嵌入式計算機系統(tǒng)上運行的一種操作系統(tǒng)。簡單來說，是除了電腦之外可以運行程序的設(shè)備，將CPU嵌入一個設(shè)備，使

2023-10-11 13:47:49

從實踐中學(xué)嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)

《從實踐中學(xué)嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)》內(nèi)容簡介：《從實踐中學(xué)嵌入式linux應(yīng)用程序開發(fā)》結(jié)合大量實例，講解了嵌入式linux應(yīng)用程序設(shè)計各個方面的基本方法及必要的核心概念。主要內(nèi)容包括搭建

2021-11-04 06:36:26

從實踐中學(xué)嵌入式linux應(yīng)用程序開發(fā)

本帖最后由 lee_st 于 2017-12-8 14:13 編輯《從實踐中學(xué)嵌入式linux應(yīng)用程序開發(fā)》結(jié)合大量實例，講解了嵌入式linux應(yīng)用程序設(shè)計各個方面的基本方法及必要的核心概念

2017-12-08 10:49:10

公網(wǎng)訪問ARM嵌入式Linux系統(tǒng)的方法

公網(wǎng)訪問ARM嵌入式Linux系統(tǒng)實驗室里的ARM嵌入式Linux系統(tǒng)，只能在局域網(wǎng)內(nèi)訪問，怎樣從公網(wǎng)也能訪問ARM嵌入式Linux系統(tǒng)？本文將介紹具體的實現(xiàn)步驟。1. 準(zhǔn)備工作1.1 安裝并啟動

2021-12-16 07:07:46

典型ARM嵌入式Linux設(shè)備啟動流程是怎樣的？

典型ARM嵌入式Linux設(shè)備啟動流程是怎樣的？

2021-12-23 06:25:00

初學(xué)者嵌入式linux系統(tǒng)的學(xué)習(xí)步驟

2019-01-18 10:34:44

基于ARM怎么搭建嵌入式Linux系統(tǒng)？

。Linux操作系統(tǒng)作為一種源代碼開放、同時可支持多種處理器結(jié)構(gòu)的多任務(wù)操作系統(tǒng)，具有內(nèi)核小、易裁剪、可移植性好等優(yōu)點，是目前嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與開發(fā)的主流操作系統(tǒng)。本文主要研究在ARM9平臺上搭建嵌入式Linux系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。

2020-04-17 06:56:08

基于QT的嵌入式linux圖形應(yīng)用軟件設(shè)計

嵌入式linux開發(fā)環(huán)境搭建、嵌入式linux開發(fā)模型、linux內(nèi)核移植和文件系統(tǒng)、嵌入式linux應(yīng)用程序移植、嵌入式linux 多進程，多線程應(yīng)用程序設(shè)計、嵌入式linux網(wǎng)絡(luò)編程，如果

2021-11-05 08:11:52

基于lrzsz嵌入式linux傳輸應(yīng)用程序

嵌入式linux與pc串口傳輸文件基于lrzsz嵌入式linux傳輸應(yīng)用程序通常用nfs、tftp等比較麻煩，一般小應(yīng)用也就幾k用串口就行，這里給出一種串口傳輸文件的方式lrzszlzsz需要

2021-12-16 06:05:03

好東東！《嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)教程》完整版PDF

本帖最后由華清遠見2014 于 2014-9-28 10:26 編輯《嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)教程》圖書簡介：主要分為3個部分，包括linux基礎(chǔ)、搭建嵌入式linux環(huán)境和嵌入式

2014-09-28 10:24:05

如何利用linux來開發(fā)屬于自己的嵌入式項目

如何利用linux來開發(fā)屬于自己的嵌入式項目？有哪些流程？

2021-09-28 07:39:34

如何去實現(xiàn)嵌入式linux設(shè)備中應(yīng)用運行日志呢

嵌入式linux設(shè)備中應(yīng)用運行日志的實現(xiàn)最近在做一個項目時,需要記錄設(shè)備運行中情況,以方便對故障進行跟蹤定位,完善.所以決定采用記錄程序運行日志,經(jīng)過在網(wǎng)上搜索,采用Log4cplus+BOA方案

2021-11-04 08:24:43

如何去實現(xiàn)一種嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)呢

如何去實現(xiàn)一種嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)呢？如何去實現(xiàn)在ARM開發(fā)板的嵌入式linux系統(tǒng)上運行的QT程序呢？

2021-12-27 06:53:01

如何學(xué)習(xí)ARM與嵌入式linux？

ARM與嵌入式linux入門建議

2021-03-15 07:51:19

如何對嵌入式應(yīng)用程序進行調(diào)試

如何對嵌入式應(yīng)用程序進行調(diào)試

2021-12-24 07:36:55

如何搭建嵌入式arm-linux開發(fā)環(huán)境

嵌入式arm-linux開發(fā)環(huán)境搭建開發(fā)環(huán)境模型：arm-linux開發(fā)板+Ubuntu物理/虛擬機+windows模型功能搭建參考開發(fā)環(huán)境模型：arm-linux開發(fā)板+Ubuntu物理/虛擬機

2021-12-27 07:13:28

如何設(shè)計嵌入式ARM Linux步進電機驅(qū)動程序？

，是未來經(jīng)濟型激光雕刻機發(fā)展的趨勢。而嵌入式ARM(Advanced RISC Machines)Linux步進電機驅(qū)動是實現(xiàn)激光雕刻的核心。如何設(shè)計嵌入式ARM Linux步進電機驅(qū)動程序？我們具體該怎么做呢？

2019-08-13 07:31:19

成為嵌入式Linux工程師需要懂什么？

的linux開發(fā)課程，最重要的是很多的階段性的大項目來自企業(yè)的真實開發(fā)案例，這樣才能真正掌握企業(yè)需要的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)知識。為回饋新老客戶，我司舉辦免費學(xué)習(xí)月的活動，活動時間每周六、周日可選擇的課程有：嵌入式C語言程序設(shè)計電子電路硬件設(shè)計PCB線路板設(shè)計單片機開發(fā)linux驅(qū)動開發(fā)想學(xué)技術(shù)的朋友可加微信***

2018-10-16 15:32:45

蔡琰老師手把手教學(xué)，ARM-LINUX嵌入式項目實戰(zhàn)資料

`看完蔡琰老師的直播—— 資深單片機研發(fā)工程師教學(xué)：玩轉(zhuǎn)Modbus通訊就這么簡單！相信不少朋友想要挑戰(zhàn)一下實戰(zhàn)項目，現(xiàn)特此分享老師的ARM-LINUX嵌入式項目實戰(zhàn)資料，有需要的朋友可以回帖獲取

2021-07-21 11:12:22

請問如何成為嵌入式高手？

編程并且深刻體會整個嵌入式Linux項目開發(fā)流程，強化學(xué)員對Linux應(yīng)用開發(fā)的能力。1、Linux系統(tǒng)中的進程的概念，在應(yīng)用程序中線程與父子進程的創(chuàng)建與應(yīng)用2、線程之間、進程之間的通信3、進程間通信

2020-08-30 11:28:25

轉(zhuǎn)：嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)詳解

。接著系統(tǒng)地講解了嵌入式linux的環(huán)境搭建，以及嵌入式linux的i／o與文件系統(tǒng)的開發(fā)、進程控制開發(fā)、進程間通信開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)、基于中斷的開發(fā)、設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)以及嵌入式圖形界面的開發(fā)等，并且還

2016-06-12 11:11:45

韋東山嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)完全手冊.pdf電子版

`【整理】韋東山視頻教程集合整理出來，一起學(xué)習(xí)ARM裸機開發(fā)實戰(zhàn)嵌入式Linux驅(qū)動篇——深度開發(fā)之現(xiàn)場從零編寫工作中的驅(qū)動嵌入式Linux項目篇：數(shù)碼相框&視頻監(jiān)控&amp

2017-09-18 17:08:56

嵌入式Linux NFS方式下應(yīng)用程序的實現(xiàn)

嵌入式Linux NFS方式下應(yīng)用程序的實現(xiàn):本文在以ARM9 內(nèi)核芯片，處理器為S3C2410 構(gòu)造的開發(fā)板系統(tǒng)上，詳細討論了如何配置嵌入式Linux NFS 開發(fā)環(huán)境，并通過一個具體實例來介紹應(yīng)用

2009-08-02 14:48:54

ARM的嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)設(shè)計

嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透到人們工作、生活中的各個領(lǐng)域，嵌入式處理器已占分散處理器市場份額的94％。而嵌入式Linux系統(tǒng)也蓬勃發(fā)展，不僅繼承了Linux

2008-12-12 17:17:15

993

嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)教程

2011-09-29 17:02:02

嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)教程_第二版

很好的嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)教程，可以學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)

2016-02-25 16:07:36

嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)詳解

2016-06-17 17:24:54

ARM嵌入式應(yīng)用程序架構(gòu)設(shè)計工具-DLTools

ARM嵌入式應(yīng)用程序架構(gòu)設(shè)計實例精講--ARM嵌入式應(yīng)用程序架構(gòu)設(shè)計工具-DLTools

2016-07-08 11:08:19

ARM嵌入式應(yīng)用程序架構(gòu)設(shè)計工具-字庫

ARM嵌入式應(yīng)用程序架構(gòu)設(shè)計實例精講--ARM嵌入式應(yīng)用程序架構(gòu)設(shè)計工具-字庫

2016-07-08 11:08:19

基于嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)詳解

基于嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)詳解

2017-10-25 14:17:31

如何使用ARM進行嵌入式linux的系統(tǒng)設(shè)計

本文簡要介紹了ARM處理器的特點及其基本結(jié)構(gòu)，詳細論述了基于ARM的嵌入式linux系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，包括引導(dǎo)加載程序、Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)、用戶應(yīng)用程序。對linux系統(tǒng)的各部分開發(fā)設(shè)計做了較深入清晰地分析，總結(jié)了linux系統(tǒng)的特點，及其在嵌入式操作系統(tǒng)競爭中的優(yōu)勢。

2019-05-06 18:22:00

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