基于嵌入式linux的Java虛擬機分析與設(shè)計

摘 要：隨著各項技術(shù)的進步與發(fā)展，嵌入式、Java等技術(shù)在各行各業(yè)都取得了廣泛的應用，目前常用的基于嵌入式Linux的Java虛擬機主要是針對數(shù)字電視、機頂盒所開發(fā)的，應用于數(shù)字電視機頂盒中，承擔著各種Java應用的接收與解釋運行的作用，并且可以通過移植將其應用于Java手機以及其他與網(wǎng)絡應用相關(guān)的PDA設(shè)備，本文就主要對基于嵌入式Linux的Java虛擬機予以簡單分析研究。

關(guān)鍵詞：基于嵌入式的Linux；Java虛擬機；分析設(shè)計

中圖分類號：TP316.81 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 18-0000-01

一、嵌入式Linux

嵌入式系統(tǒng)是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，以應用為核心，軟硬件可以裁減，能夠適應應用系統(tǒng)對于功耗、體積、成本、可靠性、功能等的嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)，其中嵌入式操作系統(tǒng)是一種能夠支持嵌入式系統(tǒng)應用的操作系統(tǒng)軟件，而Linux是一個自由軟件，隨著各項技術(shù)的進步，嵌入系統(tǒng)與Linux的結(jié)合已經(jīng)逐漸成為研究熱點，Linux由于具有源代碼開放、效率高、內(nèi)核小等諸多的優(yōu)點，使得其具有非常廣泛的應用。

嵌入式Linux的系統(tǒng)組成主要表現(xiàn)為：（1）引導程序，其主要功能是能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的快速引導，以便于實現(xiàn)瞬間開機，并要完成Linux內(nèi)核到內(nèi)存的加載；（2）Linux內(nèi)核，其作為一個單一內(nèi)核的操作系統(tǒng)，可以動態(tài)的裝入與卸載內(nèi)核中的部分源代碼，其內(nèi)核由：系統(tǒng)啟動、網(wǎng)絡管理、進程間通信、設(shè)備驅(qū)動程序、接口文件系統(tǒng)、虛擬文件系統(tǒng)、模塊管理、定時器中斷管理、進程管理、內(nèi)存管理等組成；（3）初始化進程，系統(tǒng)在啟動初期是運行在內(nèi)核方式中，只有一個初始化進程在運行，其需要首先實施系統(tǒng)的初始化之后，執(zhí)行初始化程序，初始化進程就指的是系統(tǒng)的第一個進程；（4）硬件驅(qū)動程序，設(shè)備的驅(qū)動程序是內(nèi)核的一個組成部分，其與內(nèi)核中的其他代碼一樣在內(nèi)核模式中運行。

二、Java平臺及虛擬機

對上圖進行簡單分析，Java的整體架構(gòu)主要由兩個部分組成，應用程序接口（API）與虛擬機，其中Java虛擬機處于整個系統(tǒng)中的核心位置，其是實現(xiàn)程序與底層操作系統(tǒng)與硬件無關(guān)的關(guān)鍵，其下方是移植接口，移植接口主要由Java操作系統(tǒng)與適配器兩部分組成，適配器是依賴于平臺的部分，虛擬機是需要通過移植接口在具體的平臺與操作系統(tǒng)上實現(xiàn)的。Java虛擬機到底是什么，可以將其看做是一個想象中的機器，在實際的計算機上應用軟件模擬來得以實現(xiàn)，其具有自己想象中的硬件如寄存器、堆棧、處理器等，并且具有自己的指令系統(tǒng)，其在實際應用中，可以由不同的廠商來實現(xiàn)，不同的廠商在虛擬機的實現(xiàn)上存在一定的差別，但是其可以實現(xiàn)跨平臺特性，一個虛擬機實例行為涉及到指令、數(shù)據(jù)類型、存儲區(qū)域、子系統(tǒng)等部分，其描述了虛擬機的一個抽象的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)，其最終目的并不完全是為了實現(xiàn)虛擬機內(nèi)部的體系結(jié)構(gòu)，更為重要的是要提供一種方式，用于對實現(xiàn)時的外部行為予以嚴格的定義，每個虛擬機中又包含了本地方法棧、程序計數(shù)器、Java棧、堆、方法區(qū)等部分。

三、Java虛擬機內(nèi)部Interpreter設(shè)計與實現(xiàn)

Java系統(tǒng)之所以能夠跨越平臺，其中影響因素眾所，但是其中最主要的原因就是因為Java應用了獨特的instruction結(jié)構(gòu)，以及一個用來對每個instructinon意義進行解釋的interpreter，其作為一個大型的循環(huán)，不斷的從programcounter所指的內(nèi)存空間中抓取Javabyecodes出來執(zhí)行，并應用機器的母語對每次所抓取到的Java bytecode進行解釋。

對虛擬機運行時間取代byte code的機制進行簡單分析，為了不應用復雜的編譯技巧來加快Java程序的執(zhí)行速度，虛擬機中應用了一種簡單的執(zhí)行時取代byte code的機制來在執(zhí)行時代換取有關(guān)信息的傳遞以及其他種類的Javabytecodes，要開啟這種機制就需要開啟ENABLEFASTBYTECODES選項，在虛擬機執(zhí)行的過程中，有很多種情況下，可以進行bytecode內(nèi)容的實時代換，并在一些時候參考inlinecache中的數(shù)據(jù)，以便于獲得所需要的執(zhí)行時間信息，這樣能夠避開在metnodtable、constantpool上所耗費的大量時間。

另一方面，在Java instructions中還有一些byte codes的所應用頻率比較低，對于這類byte codes，如：customcode、multianewarray、instanceof、checkcast、anewarray、invokeinterface new、invokesteic、invokespecial、invokevirtual、putfiald、getfield、putstatic、getstatic等，可以應用另一個函數(shù)對其進行單獨的除了，這能夠有效的減少Java interpreter的主要循環(huán)大小，并且C編譯器通常能夠?qū)^小的循環(huán)作出較好的最優(yōu)化。如果要在虛擬機中將這一功能激活，就需要在定義VmCommon/h/main.h中的SPLITINFRERQUENTBYTECODES選項設(shè)定為1，這能夠強迫虛擬機應用一個單獨的解釋函數(shù)來對那些應用頻率較低的Java byte codes予以解釋，在系統(tǒng)比較多的情況，采用這種方式能夠有效增進一些執(zhí)行上的效能。

四、結(jié)束語

隨著各項技術(shù)的進步與發(fā)展，基于嵌入式Linux的Java虛擬機的應用越來越廣泛，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，加大其分析與設(shè)計的研究力度是非常必要的，本文就主要結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點，對其虛擬機內(nèi)部的Interpreter的設(shè)計實現(xiàn)進行了簡單分析探討。

參考文獻：

[1]李澤球，黎衛(wèi)紅.基于嵌入式Linux的通用打印系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].軟件導刊，2011（04）.

[2]趙玲玲，俞侃.基于嵌入式Linux的PLC實時性任務的分析與設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2013（35）.

[作者簡介]孫茜（1975.10-），女，浙江杭州人，2005年畢業(yè)于南昌大學信息管理專業(yè)，本科，現(xiàn)供職于江西科技學院講師，研究方向：計算機應用與開發(fā)。