1 引言

操作系統(tǒng)技術包含服務器和客戶機操作系統(tǒng)兩套技術，目前支持瘦客戶機計算的服務器技術主要是VNC、Citrix Metaframe、 Services、 X 和Tarantella，服務器操作系統(tǒng)要解決多用戶、會話控制、狀態(tài)表示等一系列技術難點。網(wǎng)絡計算機設計中的一個主要工作就是瘦客戶機操作系統(tǒng)的設計，在此我們把瘦客戶端操作系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡計算機操作系統(tǒng)。本文從Linux 體系結構的角度給出網(wǎng)絡計算機的Linux 體系結構，這樣更能方便表達設計和實現(xiàn)嵌入式Linux 網(wǎng)絡計算機操作系統(tǒng)的步驟。

2 操作系統(tǒng)體系結構

本操作系統(tǒng)體系結構如圖 1 所示：

根據(jù)上面網(wǎng)絡計算機的嵌入式 Linux 體系結構，下面給出了要設計的網(wǎng)絡計算機操作系統(tǒng)各部分的主要硬件和軟件的選擇。硬件系統(tǒng)：CPU（VTA C3 733MHzpro） 、內存（64MB-512MB ）、顯卡（ 圖形內核、32 兆DDR 幀緩存）、聲卡（2 聲道）、網(wǎng)卡（10/100 兆網(wǎng)卡、支持PXE 啟動）、顯示器（CRT 彩顯）、PS/2 接口的和鍵盤。硬件抽象層（HAL）：顯卡驅動、聲卡驅動、存儲設備驅動、網(wǎng)卡驅動等。Linux 內核：.4.18。應用程序接口（API）：Glibc2.4 等。圖形用戶界面層：Xwindows4.2 IceWM。應用軟件：媒體播放器Mp1aper、瀏覽器mozila、終端RDP/ICA/PXE 等。

3 各部分具體實現(xiàn)策略

3.1 硬件層的實現(xiàn)

該層主要實現(xiàn)系統(tǒng)初始化部分和網(wǎng)絡計算機硬件系統(tǒng)的驅動部分。首先，在386 的實模式下對已經調入內存的操作系統(tǒng)代碼進行檢查，通過 中斷獲取內存容量信息，設置鍵盤反應速度，設置顯示器的基本模式，獲取硬撇信息，檢測是否有PS/2 等操作。然后，就準備讓CPU 進入保護模式了。要先屏蔽中斷信號，再次設置32位啟動代碼的位置，調用操作系統(tǒng)指令1idt 和1gdt 被調用了，設置中斷向量表（idt）和全局描述符表（gdt）。最后們對8259 中斷控制器進行編程，對防處理器進行復位。.S 設置保護模式的標志位，重新取指令以后，再用一條跳轉指令，進入保護模式下的啟動階段，同時把控制權交給。 S 這段純32 位匯編代碼。。 S 先做一些屏蔽中斷的準備工作，然后，用一個默認的表項把所有的256 個中斷向量填滿。這個默認表項指向一個特殊的Linux 中斷服務程。因為Linux 系統(tǒng)初始化完成后，就不使用 的中斷服務程序。Linux 有很完善的設備驅動程序使用機制，該機制使特定硬件設備的中斷服務程序很容易被系統(tǒng)本身或用戶直接調用，而且，調用時所需的參數(shù)通常都要比 調用來得簡單且高效。所以，BIOS的中斷向量在這里就被覆蓋了。.S 此后會檢查CPU 的類型，對協(xié)處理器進行檢查，然后調用了_paging 這個子函數(shù)進行頁初始化。到此，保護機制下內存管理，中斷管理的框架已經建好了。最后，Head.S 調用//main.c 中的start_kernel 函數(shù)，把控制權交內核。

Linux 核心和設備驅動程序之間必須有一個以標準方式進行相互操作的接口。每一類設備驅動：字符設備、塊設備及網(wǎng)絡設備都提供通用接口，以便在需要時為核心提供服務。Linux動態(tài)性很強。每次Linux 核心啟動時如果遇到不同的物理設備，需要不同的物理設備驅動程序。Linux 允許通過配置腳本，在核心重建時將設備驅動包含在內。設備驅動可在必要時作為核心模塊動態(tài)加載。

3.2 內核的實現(xiàn)

在系統(tǒng)需求確定的前提下，設計網(wǎng)絡計算機嵌入式Linux 操作系統(tǒng)的首要步驟是嵌入式Linux 內核的設計。內核的選擇主要是根據(jù)硬件系統(tǒng)處理器體系結構的不同，選擇適當?shù)腖inux 內核實現(xiàn)。構建Linux 內核之前先要根據(jù)目標硬件平臺的配置來修改內核選項。通常要進行的修改是選擇合適的硬件支持，這些硬件主要是處理器、芯片組、網(wǎng)卡、聲卡、顯卡等設備;另外還需要設置的是文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡接口等系統(tǒng)軟件選項的選擇，去除不需要的功能模塊。內核編譯過程包括確定內核依賴關系、生成內核鏡像、生成內核模塊幾個步驟。

內核是應用程序和硬件之間橋梁，在瘦客戶機中，存儲設備和內存是非常緊缺的資源，保持一個小的內核既可以增強整個系統(tǒng)的性能，又能夠節(jié)省寶貴的存儲空間。因此需要一個精簡的內核支持瘦客戶機，使得內核能夠完備的支持瘦客戶機的硬件設備，又沒有冗余。在完成了硬件 HAL 層的工作，將各種驅動源代碼都獲得并放到內核的指定位置后，就可以開始編譯出自己想要的嵌入式Linux 內核了。編譯結束后得到內核文件大小為1M 字節(jié)左右，這個大小對于網(wǎng)絡計算機來說是可以接受的。

3.3 根文件系統(tǒng)的實現(xiàn)

設計好 Linux 內核后的工作是設計嵌入式Linux 的根文件系統(tǒng)，Linux 內核引導過程的最后一步工作就是掛接這個根文件系統(tǒng)。Linux 根文件系統(tǒng)的組織結構沿襲 系統(tǒng)的傳統(tǒng)結構。在設計嵌入式Linux 的根文件系統(tǒng)的時候，我們要做的工作依次是組織目錄結構、開發(fā)應用程序、選擇共享函數(shù)庫、存儲內核鏡像和模塊、選擇設備文件、配置系統(tǒng)初始化過程和安裝根文件系統(tǒng)。

瘦客戶機通常使用 作為存儲設備。引導程序、操作系統(tǒng)內核、文件系統(tǒng)都保存在 中。因此需要文件系統(tǒng)和 驅動程序來統(tǒng)一完成對Flash 設備的讀寫。由于Flash的容量小、成本高、以及使用壽命短的特點。

3.4 應用程序層（API）層實現(xiàn)

應用程序層主要有許多 c 函數(shù)庫構成。在Linux 中有很多函數(shù)庫，滿足各種各樣的函數(shù)調用。我們用1dd 命令檢測出需要的函數(shù)庫，然后根據(jù)系統(tǒng)存儲空間（因為網(wǎng)絡計算機嵌入式操作系統(tǒng)要求最后編譯出來的內核大小不能太大）和網(wǎng)絡計算機需要滿足的應用需求，將用到的函數(shù)庫放到API 層，或用靜態(tài)編譯的方法將涉及該函數(shù)庫的代碼直接編譯到應用中，從而使其不依賴該函數(shù)庫。圖3 給出了我們用到的部分函數(shù)庫。

4 基于Linux 的RDP 客戶端的設計與實現(xiàn)

NC 系統(tǒng)的一大應用是連接Windows2000 或Windows2003 終端系統(tǒng)，使用Windows 的資源，讓用戶感覺就像直接在使用windows2003 一樣。由于Windows 終端協(xié)議經過了多次升級，到目前為止最新的是Rpd5.1 協(xié)議，該協(xié)議提供了很多RDP5.1 之前不具備的特性，如真彩色、本地打印、本地視頻等。為了給用戶提供一個真實的Windows 環(huán)境，使之具有多媒體等功能，需要研究RDP5.1，開發(fā)RDP5.1 的客戶端。

4.1 RDP 程序模塊

RDP 客戶端的設計主要分為兩大模塊，分別是RDP 程序模塊，客戶端底層設計模塊。RDP 程序模塊主要實現(xiàn)RDP 協(xié)議;客戶端底層設計模塊通過定制和剪裁Linux 系統(tǒng)，讓RDP程序與網(wǎng)絡計算機硬件平臺整合到一起，使RDP 程序在網(wǎng)絡計算機設備上可以運行。RDP 程序主要有RDP 協(xié)議模塊與GUI 模塊組成，它們之間保留了接口。RDP 協(xié)議模塊主要解析RDP 防議，與平臺無關;GUI 模塊主要負責圖形顯示和消息上傳，與所選平臺也沒有關系。圖4 是RDP 程序結構圖。

RDP 程序執(zhí)行后，首先從配置文件中讀取服務器IP 地址，本機IP 地址等參數(shù)，然后連接服務器，服務器連接成功后，建立窗口，下載登陸界面，隨后進入窗口消息循環(huán)，程序只處理鼠標、鍵盤消息，出理上傳的RDP 數(shù)據(jù)。根據(jù)RDP 協(xié)議的層次結構將整個模塊分為TCP 層、ISO 層、MCS 層、SEC 層、RDP 層。分別有文件tcp.c、iso.c、mcs.c、sec.c、rdp.c來實現(xiàn)。按功能劃分，可以劃分為RDP 回話連接、數(shù)據(jù)傳輸與解析、RDP 數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)的上傳和本地打印。

4.2 客戶端底層設計模塊

RDP 客戶端模塊由兩個獨立程序組成，Rdp1og 負責用戶界面和處理用戶配置，mw 為RdP 客戶端程序。在腳本rdp 中循環(huán)調用這兩個獨立程序，使用戶所見到的總是RDP 客戶端界面，可以從界面點擊圖標啟動客戶端程序。在啟動腳本/etc/rc.d/rc.sys 中直接啟動rdp腳本。啟動流程如下圖5 所示。

本文作者創(chuàng)新點：本文從Linux 體系結構的角度提出了網(wǎng)絡計算機操作系統(tǒng)層次結構。根據(jù)提出的嵌入式Linux 網(wǎng)絡計算機操作系統(tǒng)層次結構，研究了基于嵌入式Linux 網(wǎng)絡計算機的操作系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。