VxWorks 6.9 内核编程指导之读书笔记 -- POSIX
POSIX能力
VxWorks扩展了POSIX，为了移植，VxWorks提供了额外的POSIX接口作为可选组件。VxWorks实现了POSIX 1003.1（POSIX .1）一些传统接口以及POSIX.1可选功能中的一些实时接口。
POSIX和实时系统
VxWorks提供了很多POSIX兼容的API，但并非全部POSIX API都适合嵌入式和实时系统，或完全兼容VxWorks操作系统。因此，VxWorks在少量情况下强加了以下很小的限制来满足实时系统和VxWorks兼容。
- 交换内存到磁盘不适合实时系统，VxWorks没有提供这种能力。它提供了POSIX的页锁定功能方便移植到VxWorks。这函数并没有其它用途--在VxWorks中页总是被锁定。
- VxWorks任务在系统层被调度，进程本身不被调度。因而，POSIX访问函数允许2种植（PTHREAD_SCOPE_SYSTEM和PTHREAD_SCOPE_PROCESS），VxWorks只实现了系统层范围。
配置VxWorks使用POSIX能力
默认配置并不包含POSIX支持。BUNDLE_POSIX捆绑组件为内核空间提供了通用POSIX的支持。如果要细粒度控制POSIX的支持，可以选择单个的组件。
注意：对于内核空间和用户空间的POSIX支持的组件是不同的。
POSIX的组件配置
下表提供了支持内核空间的POSIX的独立组件
| POSIX能力 | 内核要求的组件 | 进程要求的VxWorks组件 |
| Standard C Library | INCLUDE_ANSI_*组件 | Dinkum C 类库（libc） |
|
Asynchornous I/O with system driver |
INCLUDE_POSIX_AIO INCLUDE_POSIX_AIO_SYSDRV INCLUDE_PIPES |
INCLUDE_POSIX_CLOCKS INCLUDE_POSIX_TIMERS |
| Clocks | INCLUDE_POSIX_CLOCKS | INCLUDE_POSIX_CLOCKS |
| Diretory and file utilities | INCLUDE_POSIX_DIRLIB | N/A |
| ftruncate() | INCLUDE_POSIX_FTRUNC | N/A |
| Memory locking | INCLUDE_POSIX_MEM | N/A |
| Memory management | N/A | INLUCE_RTP |
| Memory-mapped files | N/A | INCLUDE_POSIX_MAPPED_FILES |
| Shared Memory objects | N/A |
INCLUDE_POSIX_MAPPED_FILES INCLUDE_POSIX_SHM |
| Message queues | INCLUDE_POSIX_MQ | INCLUDE_POSIX_MQ |
| pthreads | INCLUDE_POSIX_THREADS |
INCLUDE_POSIX_CLOCKS INCLUDE_POSIX_PTHREAD_SCHEDULE INCLUDE_PTHREAD_CPUTIME |
| Process Scheduling API | INCLUDE_POSIX_SCHED | N/A |
| Semaphores | INCLUDE_POSIX_SEM | INCLUDE_POSIX_SEM |
| Signals | INCLUDE_POSIX_SIGNALS | N/A |
| Timers | INCLUDE_POSIX_TIMERS | INCLUDE_POSIX_TIMERS |
| Trace | N/A | INCLUDE_POSIX_TRACE |
| POSIX_PSE52 support | N/A | BUNDLE_RTP_POSIX_PSE52 |
通用POSIX支持
VxWorks提供了大多数POSIX兼容类库。这些类库如下
| 功能 | 类库 |
| Asynchronous I/O | aioPxLib |
| Buffer manipulation | bLib |
| Clock facility | clockLib |
| Direcotry handling | dirLib |
| Environment handling | C library |
| File duplication | iosLib |
| File management | fxPxLib and ioLib |
| I/O functions | ioLib |
| Options handling | getopt |
| POSIX message queues | mqPxLib |
| POSIX semaphores | semPxLib |
| POSIX timers | timerLib |
| POSIX threads | pthreadLib |
| Standard I/O and some ANSI | C library |
| Math | C library |
| Memory allocation | memLib and memPartLib |
| Network / Socket APIs | network libraries |
| String manipulation | C library |
| Trace facility | pxTraceLib |
注意：风河公司建议不要同时使用POSIX类库和类似功能的本地VxWorks类库。这样做将导致不可预期的行为。
在运行时检查是否支持POSIX
POSIX应用程序可以在运行时使用以下API来判断POSIX支持的状态：
- sysconf函数返回当前可配置系统变量的值，运行应用程序判断是否支持可选特性及系统限制的精确值。
- confstr函数返回与可用系统相关的字符串这个版本，confstr只返回系统默认路径的字符串。
uname函数让应用程序获得真正运行的系统信息。VxWorks提供的标识消息是系统名称VxWorks，系统的网络名称，系统的发布版本、机器名称（BSP模块），架构的大小端，内核版本，处理器名称（CPU家族），BSP的修订版本和系统构建日期。
POSIX的头文件
POSIX 1003.1标准定义了一系列头文件作为应用程序开发环境的一部分。用户端的开发环境比内核的开发环境有更多的POSIX头文件，它们的内容也比内核的头文件与POSIX标准更一致。
内核环境的头文件
| Header File | Description |
| aio.h | asynchornous input and output |
| assert.h | verify program assertion |
| ctype.h | character types |
| dirent.h | format of directory entries |
| errno.h | system error Numbers |
| fcntl.h | file control options |
| limits.h | implementation-defined constants |
| locate.h | category macros |
| math.h | mathematical declarations |
| mqueue.h | message queues |
| pthread.h | pthreads |
| sched.h | execution scheduling |
| semaphore.h | semaphores |
| setjmp.h | stack environment declarations |
| signal.h | signals |
| stdio.h | standard buffered input/output |
| stdlib.h | standard library dfinitions |
| string.h | string operations |
| sys/mman.h | memory management declarations |
| sys/resource.h | definitions for XSI resource operations |
| sys/stat.h | data returned by the stat() function |
| sys/un.h | definitions for UNIX domain socket |
| time.h | time types |
| trace.h | trace facility |
| unistd.h | standard symbolic constants and types |
| utime.h | access and modification times structure |
| sys/typs.h | data types |
POSIX命名空间
用户模式的RTP进程可用POSIX命名空间。
POSIX Clocks 和 Timers
VxWorks提供了POSIX 1003.1b标准的 Clocks和Timer接口。
POSIX Clocks
POSIX定义了各种软（虚拟）时钟，作为CLOCK_REALTIME时钟，CLOCK_MONOTONIC时钟，处理CPU-time时钟及线程的CPU-time的时钟。这些时钟都使用一个系统硬件时钟。real-time和monotonic时钟是系统级时钟，因此支持内核和进程。CPU-time时钟在VxWorks中不支持。线程CPU-time时钟只支持RTP进程。POSIX线程可以为它的进程使用real-time时钟、monotonic时钟和线程CPU-time时钟。
real-time时钟只能被内核复位。monotonic时钟不能被复位，它表示系统从启动到现在流逝了多少时间。real-time时钟可以被用CLOCK_REALTIME作为clock_id参数使用的POSIX时钟和定时器函数访问。real-time可以在运行时被复位，通过从内核中调用clock_settime函数（不是进程中）。
monotonic时钟可以通过使用CLOCK_MONOTONIC参数作为clock_id来调用clock_gettime函数来访问。monotonic时钟指示了系统从启动到现在使用了多少时间，即，该函数的返回值是系统启动到现在的秒和纳秒数。monotonic不能被复位。因此，应用程序可以依赖于这样的事实：可以对时间间隔的测量，来证明系统没有被clock_settime()篡改。
CLOCK_REALTIEM和CLOCK_MONOTONIC定义在time.h。
POSIX时钟函数
| Routine | Description |
| clock_getres() | 得到时钟分辨率 （CLOCK_REALTIME和CLOCK_MONOTONIC） |
| clock_setres() | 设置时钟分辨率。（废弃，是为了保留向前兼容） |
| clock_gettime() | 得到当前时间 （CLOCK_REALTIME和CLOCK_MONOTONIC） |
| clock_settime() | 为CLOCK_REALTIME设置指定时间（不能用于CLOCK_MONOTONIC怕；不支持在内核中的线程CPU-time时钟） |
为了包含clockLib类库，配置INCLUDE_POSIX_CLOCKS组件。对于线程CPU-time时钟，使用INCLUDE_POSIX_PTHREAD_SCHEDULER和INCLUDE_POSIX_THREAD_CPUTIME组件。
POSIX定时器
POSIX定时器提供了任务在将来某个时候通知本身的能力。提供了创建，设置和删除定时器的函数。
定时器基于时钟。在内核中，CLOCK_REALTIME和CLOCK_MONOTONIC时钟支持定时器。在进程中，除了这2个，还支持线程CPU-time时钟（CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID时钟）。
当定时器触发，默认signal，SIGALRM，被发送给任务。使用sigaction函数来安装signal处理函数。VxWorks的timerLib类库包含了一系列以下函数：timer_open(),timer_close(),tiemr_cancel(),timer_connect()和timer_unlink()。这些函数比使用POSIX定时器更容易、更强大。
| Routine | Description |
| timer_create() | 使用指定的时钟分配一个定时器基于（CLOCK_REALTIME或CLOCK_MONOTONIC） |
| timer_delete() | 删除前面创建的定时器 |
| timer_open() | 打开命名的定时器。VxWorks特定的POSIX扩展函数 |
| timer_close() | 关闭命名的定时器。VxWorks的扩展函数 |
| timer_gettime() | 在过期和重新加载之前得到剩余时间。 |
| timer_getoverun() | 返回过期溢出定时器 |
| timer_settime() | Set the time until the next expiration and arm timer。 |
| timer_canncel() | 取消定时器 |
| timer_connect() | 连接用户函数到定时器信号。 |
| timer_unlink() | 解除命名定时器的连接。 |
| nanosleep() | 挂起当前线程（任务）直到时间间隔用完。 |
| sleep() | 延迟一定数量的时间 |
| alarm() | 为signal提交设置一个报警时钟。 |
注意：在VxWorks中，不是用"/"开头的命名的定时器是私有的，不能从其它进程访问。以"/"开始命名的定时器是公开的，其它进程可以访问。
POSIX的nanosleep提供了秒或毫秒的睡眠和延迟，而不是VxWorks的taskDelay的tick数，但是两者的进度是一样的，由时钟率决定，只是单位不同而已。
要使用timerLib类库，必须配置INCLUDE_POSIX_TIMERS组件。
POSIX异步I/O （AIO）
POSIX异步I/O函数由aioPxLib类库提供。VxWorks的AIO实现满足POSIX 1003.1标准。
