物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的嵌入式操作系統(tǒng)

文/高杰

物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)的延伸，其應(yīng)用領(lǐng)域正逐步拓寬。由于物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備節(jié)點(diǎn)眾多，如果使用統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，則很難滿足不同設(shè)備的實(shí)際需要。若是運(yùn)用多個(gè)操作系統(tǒng)，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的開發(fā)成本增大。為了有效解決這一問(wèn)題，可對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，通過(guò)技術(shù)特性的改進(jìn)，從而使其滿足物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行要求。借此，下面重點(diǎn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)展開研究。

1 嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)

嵌入式操作系統(tǒng)簡(jiǎn)稱EOS，這是一種用途非常廣泛的系統(tǒng)軟件，其能夠完成軟硬件資源的合理分配，并且還能對(duì)相關(guān)任務(wù)進(jìn)行調(diào)度和控制，在對(duì)EOS 進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，可以通過(guò)模塊設(shè)計(jì)，來(lái)滿足系統(tǒng)所要求的功能。目前，較為常用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有Linux、VxWorks、Windows Embedded 等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，促進(jìn)了嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展，并使其具備了如下特點(diǎn)：

1.1 內(nèi)核小

目前，大部分嵌入式系統(tǒng)都是在小型電子裝置中應(yīng)用，由于裝置本身的體積較小，從而使得系統(tǒng)的資源相對(duì)比較有限，所以要求EOS必須足夠小，這樣才能滿足電子裝置的運(yùn)行需要，如，由瑞典ENEA 嵌入式技術(shù)有限公司研發(fā)的OSE 系統(tǒng)，其內(nèi)核僅為5K。

1.2 實(shí)時(shí)性高

對(duì)于某些實(shí)時(shí)性較高的系統(tǒng)軟件而言，由于需要通過(guò)固態(tài)的方式對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，從而達(dá)到提升運(yùn)行速度的目的，所以必須保證嵌入式操作系統(tǒng)具有較高的實(shí)時(shí)性?；谶@一前提，目前廣泛應(yīng)用的各種嵌入式操作系統(tǒng)都有較高的實(shí)時(shí)性，作這也成為此類系統(tǒng)較為突出的特點(diǎn)之一。

1.3 專用性強(qiáng)

嵌入式操作系統(tǒng)一般都是按照用戶的實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，由此使得系統(tǒng)本身具有了較強(qiáng)的個(gè)性化特點(diǎn)，在整個(gè)系統(tǒng)中，軟件與硬件之間的結(jié)合十分緊密，當(dāng)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行移植時(shí)，只要針對(duì)硬件即可。

2 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下嵌入式操作系統(tǒng)的技術(shù)特性

物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)稱IOT，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)物與物之間互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和完善，其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)寬，現(xiàn)已涵蓋物流運(yùn)輸、工業(yè)制造、醫(yī)療、智能環(huán)境等諸多領(lǐng)域。從本質(zhì)的角度上講，物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式操作系統(tǒng)之間存在較大的差別，但若是從技術(shù)的角度上看，二者之間卻存在相輔相成的關(guān)系，在這一前提下，對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的技術(shù)特性提出了全新的要求。為了能夠使嵌入式操作系統(tǒng)滿足物聯(lián)網(wǎng)的需要，應(yīng)當(dāng)確保嵌入式操作系統(tǒng)具有良好的伸縮能力以及較高的運(yùn)行安全性。

2.1 伸縮技術(shù)特性

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)而言，它是一個(gè)較為龐大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，在物聯(lián)網(wǎng)中，存在數(shù)量眾多的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)不僅完成的功能不同，而且硬件配置方面也存在一定的差異，如果采用統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，很難滿足全部的功能需要。由此使得物聯(lián)網(wǎng)對(duì)操作系統(tǒng)提出了較高要求，具體而言，在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的操作系統(tǒng)必須能夠按照設(shè)備節(jié)點(diǎn)的任務(wù)需求，完成相關(guān)的功能配置。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，物聯(lián)網(wǎng)中的探測(cè)傳感器只需要完成任務(wù)調(diào)度和數(shù)據(jù)通信，故此，它的操作系統(tǒng)并不需要過(guò)于復(fù)雜的功能，較小的內(nèi)核便可滿足需求。而物聯(lián)網(wǎng)中存在一些較為重要的控制設(shè)備，此類設(shè)備除了對(duì)任務(wù)進(jìn)行調(diào)度和數(shù)據(jù)通信之外，還要完成對(duì)文件的記錄以及圖形的顯示，它的操作系統(tǒng)不能太小，通常應(yīng)當(dāng)達(dá)到KB 級(jí)或MB 級(jí)，有些甚至需要更大的空間。為此，嵌入式操作系統(tǒng)要能夠進(jìn)行伸縮，這一目標(biāo)可以通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)方法來(lái)予以實(shí)現(xiàn)，即采用具有可伸縮能力的開放式架構(gòu)體系，根據(jù)實(shí)際的功能需求，對(duì)相關(guān)的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在該架構(gòu)體系中，嵌入式操作系統(tǒng)的所有模塊均為獨(dú)立，通過(guò)不同組件的選取，可以定制滿足不同使用需求的操作系統(tǒng)，這樣便可以按照物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行操作系統(tǒng)配置。

2.2 安全技術(shù)特性

由于物聯(lián)網(wǎng)是物與物之間的互聯(lián)互通，所以保證物品的信息安全尤為重要。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，操作系統(tǒng)的安全性對(duì)信息安全具有直接影響，如果操作系統(tǒng)本身存在安全漏洞，那么很難使信息的安全性得到保障，一旦重要的信息外泄或是丟失，會(huì)造成無(wú)法彌補(bǔ)的后果。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，人們對(duì)信息安全的重視程度越來(lái)越高，尤其是在互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化的背景下，各種網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)措施隨之涌現(xiàn)，比較常見的有防火墻技術(shù)、入侵檢測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)信息加密技術(shù)等等。同時(shí)，業(yè)內(nèi)的專家學(xué)者針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的信息安全也提出很多行之有效的技術(shù)，如感知層防護(hù)技術(shù)、服務(wù)數(shù)據(jù)安全防護(hù)策略、訪問(wèn)控制等等。操作系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的重要組成部分之一，其也應(yīng)當(dāng)符合信息安全的共同準(zhǔn)則。鑒于此，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)使整個(gè)操作具有較高的安全性，在運(yùn)行安全認(rèn)證方面，可以根據(jù)不同的領(lǐng)域選擇相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)。而在技術(shù)層面上，則可運(yùn)用時(shí)間隔離或是空間隔離等安全措施，從而進(jìn)一步提升嵌入式操作系統(tǒng)的安全性，使其滿足物聯(lián)網(wǎng)的信息安全需要。

3 結(jié)論

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，使其規(guī)模日益擴(kuò)大，整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備節(jié)點(diǎn)逐步增多。為滿足不同設(shè)備的運(yùn)行要求，應(yīng)當(dāng)為其配備相應(yīng)的操作系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的技術(shù)特性進(jìn)行優(yōu)化，可以達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)對(duì)操作系統(tǒng)的需求，這樣能夠降低操作系統(tǒng)的開發(fā)成本，對(duì)于促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。