全球微资讯！Tina_Linux系统裁剪开发指南
Tina_Linux系统裁剪开发指南1概述2Tina系统裁剪简介2 1boot0裁剪2 2uboot裁剪2 3内核裁剪2 3 1删除不使用的功能2 3 2删除不使用的驱动2 3 3修
2023-03-06 10:08:15
全球微资讯！Tina_Linux系统裁剪开发指南
2023-03-06 10:08:15 来源：嵌入式Linux那些事
Tina_Linux系统裁剪开发指南1 概述2 Tina系统裁剪简介2.1 boot0裁剪2.2 uboot裁剪2.3 内核裁剪2.3.1 删除不使用的功能2.3.2 删除不使用的驱动2.3.3 修改内核源代码2.3.3.1 size工具.2.3.3.2 ksize.py脚本2.3.3.3 nm命令2.3.3.4 kernel压缩方式.2.4 文件系统裁剪.2.4.1 应用程序及冗余文件裁剪2.4.2 库的裁剪2.4.2.1 C库的选择.2.4.2.2 删除没用到的库2.4.3 应用程序与库strip2.4.4 文件系统压缩.3 参考资料
【资料图】
Tina_Linux系统裁剪开发指南
1 概述
编写目的:
嵌入式产品往往为了压缩成本而使用较小的flash存储器，因此可能需要对系统进行裁剪来减少对flash的占用。系统经过裁剪过后，通常也会提升启动速度以及减少内存占用。 本文介绍TinaLinux中系统裁剪的方法，为有裁剪需求的使用者提供参考。
2 Tina系统裁剪简介
Tina固件中通常包含boot0、uboot、kernel、rootfs等镜像。基于经验，各个镜像尺寸的量级如下表所示：
表2-1:各镜像尺寸的量级
| 镜像 | 大小 |
|---|---|
| boot0 | < 100K |
| uboot | < 1M |
| kernel | >= 3M，< 15M |
| rootfs | >= 4M |
可以看到boot0、uboot、kernel、rootfs的尺寸是依次增大的。对于大尺寸的裁剪效果往往比小尺寸的裁剪效果明显，比如rootfs裁剪1M可能很容易，对于uboot来说，则非常困难。
因此，后续主要介绍kernel以及rootfs的裁剪。
2.1 boot0裁剪
由于boot0很小，通常来说boot0代码也不开源，因此略过。
2.2 uboot裁剪
目前tina环境中有不同版本的uboot，分别存在两个不同的文件路径中，以实际sdk的目录为准，cboot可以进入到相应的uoot目录，这两个路径分别为lichee/brandy/u-boot或者lichee/brandy-2.0/u-boot
主要有下面两种裁剪思路：
修改uboot配置文件，删减不需要的配置。uboot配置文件通常位于源码下include/configs/${CHIP}.h或者configs/${CHIP}*defconfig。
删除不需要的uboot命令。
2.3 内核裁剪
通常关于Linux内核裁剪主要有如下方法：
删除不使用的功能。如符号表、打印、调试等功能。
删除不使用的驱动。
修改内核源代码。
内核压缩。
2.3.1 删除不使用的功能
下表中列出了一些内核选项，包含选项的描述，默认值以及推荐值（减小内核镜像尺寸）。
表2-2:内核选项及描述
| CONFIG option | Description | Def | Small |
|---|---|---|---|
| CORE_SMALL | tune some kernel data sizes | N | Y |
| NET_SMALL | tune some net-related data sizes | N | Y |
| KMALLOC_ACCOUNTING | turn on kmalloc accounting | N | Y * |
| AUDIT_BOOTMEM | print out all bootmem allocations | N | Y * |
| DEPRECATE_INLINES | cause compiler to emit info about inlines | N | Y * |
| PRINTK | printk code and message data | Y | N |
| BUG | allow elimination of BUG code | Y | N |
| ELF_CORE | allow disabling of ELF core dumps | Y | N |
| PROC_KCORE | allow disabling of /proc/kcore | Y | N |
| AIO allow | disabling of async IO syscalls | Y | N |
| XATTR allow | disabling of xattr syscalls | Y | N |
| FILE_LOCKING | allow disabling of file locking syscalls | Y | N |
| DIRECTIO | allow disabling of direct IO support | Y | N |
| MAX_SWAPFILES_SHIFT | number of swapfiles | 5 | 0 |
| NR_LDISCS | number of tty line disciplines | 16 | 2 |
| MAX_USER_RT_PRIO | number of RT priority levels | 100 | 5 |
| KALLSYMS | loadall symbols for debugging/kksymoops | Y | N |
| SHMEM | allow disabling of shmem filesystem | Y | N + |
| SWAP | support for a swap segment | Y | N |
| SYSV_IPC | support for System V IPC | Y | N + |
| POSIX_MQUEUE | POSIX message queue support | Y | N + |
| SYSCTL | allow disabling of sysctl support | Y | N + |
| LOG_BUF_SHIFT | control size of kernel printk buffer | 14 | 11 |
| CC_OPTIMIZE_FOR_SIZE | Use gcc -os to optimize for size | Y | Y |
| MODULES | allow support for kernel loadable modules | Y | N + |
| KMOD | automatic kernel module loading | Y | N |
| PCI | allow support for PCI bus and devices | Y | Y - |
| XIP_KERNEL | allow support for kernel Execute-in-Place | N | N |
| BLK_DEV_LOOP | support for loopback block device | Y | Y - |
| BLK_DEV_RAM | block devices for RAM filesystems | Y | Y - |
| IOSCHED_AS | Include Anticipatory IO scheduler | Y | Y |
| IOSCHED_DEADLINE | Include Deadline IO scheduler | Y | N + |
| IOSCHED_CFQ | Include CFQ IO scheduler | Y | N + |
| IP_PNP | support for IP autoconfiguration | Y | N + |
| IP_PNP_DHCP | support for IP autoconfiguration via DHCP | Y | N + |
| IDE | support for IDE devices | Y | N + |
| SCSI | support for SCSI devices | Y | N + |
其中：
"Y *"-表示开发的时候设置成Y，发布的时候可以设置成N。
"N +"-表示基于应用需要来判断是否设置成N。
"Y -"-表示可能需要，可以设置N尝试一下。
在Tina中，集成了CONFIG_REDUCE_KERNEL_SIZE宏。一旦使能该宏后，将会采用部分上面的裁剪措施来减小kernel镜像尺寸，主要思路是关闭与log/debug等相关的配置，然后对kernel进行xz压缩，可参考tina/scripts/reduce-kernel-size.sh。
执行make menuconfig，开启如下选项：
Tina Configuration Target Images ---> [*] downsize the kernel size (EXPERIMENTAL)
说明：此功能当前是 EXPERIMENTAL 的。建议直接执行 make kernel_menuconfig ，然后按照上述表格来配置。
2.3.2 删除不使用的驱动
方案明确之后，所需的内核驱动也明确了。可以执行make kernel_menuconfig，将没有用到的驱动关闭。
2.3.3 修改内核源代码
内核源码庞大，直接修改往往难度很大，可借助相关工具来评估模块以及符号的大小，然后进行针对性的裁剪。
2.3.3.1 size工具.
size命令可查看内核镜像的text、data、bss等段的大小。如执行"size vmlinux"，将会得到：
text data bss dec hex filename
5818117 1378944 168972 7366033 706591 vmlinux
2.3.3.2 ksize.py脚本
在tina/lichee/linux-4.9/scripts目录下有一个ksize脚本，可以对内核目录下的built-in.o进行解析，并将解析的内容按照尺寸进行排序，显示出来。执行结果如下所示：
Linux Kernel total | text data bss
--------------------------------------------------------------------------------
vmlinux
7366033
|
5818117
1378944
168972
--------------------------------------------------------------------------------
drivers/built-in.o
2244823
|
2080782
123885
40156
net/built-in.o
1682005
|
1630911
32590
18504
fs/built-in.o
975830
|
950780
5442
19608
kernel/built-in.o
678363
|
593347
41064
43952
mm/built-in.o
302442
|
272965
7309
22168
sound/built-in.o
237890
|
227338
6836
3716
security/built-in.o
170272
|
145055
13989
11228
block/built-in.o
149110
|
145408
2458
1244
crypto/built-in.o
145972
|
131610
7258
7104
lib/built-in.o
141721
|
141093
559
69
init/built-in.o
33551
|
18558
14909
84
ipc/built-in.o
29998
|
29218
772
8
usr/built-in.o
138
|
138
0
0
--------------------------------------------------------------------------------
sum
6792115
|
6367203
257071
167841
delta
573918
|
-549086
1121873
1131
drivers total | text data bss
--------------------------------------------------------------------------------
drivers/built-in.o
2244823
|
2080782
123885
40156
--------------------------------------------------------------------------------
drivers/usb/built-in.o
448756
|
409279
27813
11664
drivers/block/built-in.o
357202
|
324752
21582
10868
drivers/tty/built-in.o
174213
|
155371
13938
4904
drivers/base/built-in.o
157961
|
153861
3460
640
drivers/mmc/built-in.o
133678
|
131782
1756
140
drivers/scsi/built-in.o
105021
|
95105
9348
568
drivers/md/built-in.o
100909
|
98382
1291
1236
drivers/mtd/built-in.o
96023
|
92244
1467
2312
drivers/hid/built-in.o
86072
|
81552
4160
360
drivers/clk/built-in.o
69737
|
58289
10856
592
drivers/cpufreq/built-in.o
51525
|
44400
1793
5332
drivers/pinctrl/built-in.o
50463
|
46458
3921
84
drivers/input/built-in.o
45250
|
44046
1156
48
drivers/i2c/built-in.o
43511
|
42791
656
64
drivers/spi/built-in.o
39888
|
38323
1557
8
drivers/thermal/built-in.o
38654
|
36673
1893
88
drivers/regulator/built-in.o
36217
|
35257
820
140
drivers/of/built-in.o
35994
|
35095
407
492
drivers/gpio/built-in.o
29432
|
29167
224
41
drivers/leds/built-in.o
25548
|
25076
464
8
drivers/rtc/built-in.o
25072
|
24428
460
184
drivers/tee/built-in.o
24823
|
24662
113
48
drivers/char/built-in.o
23718
|
21642
1224
852
drivers/soc/built-in.o
20916
|
13980
6804
132
drivers/bluetooth/built-in.o
20223
|
19319
100
804
drivers/dma/built-in.o
17892
|
17458
334
100
drivers/irqchip/built-in.o
14767
|
12371
2308
88
drivers/pwm/built-in.o
14636
|
14036
472
128
drivers/dma-buf/built-in.o
13975
|
13904
23
48
drivers/cpuidle/built-in.o
12613
|
10848
1749
16
drivers/watchdog/built-in.o
9986
|
9660
281
45
drivers/power/built-in.o
9836
|
8296
1224
316
drivers/clocksource/built-in.o
9608
|
8708
796
104
drivers/misc/built-in.o
8471
|
8105
340
26
drivers/bus/built-in.o
6357
|
5691
618
48
drivers/hwmon/built-in.o
5230
|
5054
144
32
drivers/hwspinlock/built-in.o
4792
|
4664
128
0
drivers/firmware/built-in.o
4453
|
4384
9
60
drivers/reset/built-in.o
3818
|
3686
132
0
drivers/net/built-in.o
1803
|
1755
48
0
drivers/mfd/built-in.o
1623
|
1511
108
4
drivers/video/built-in.o
379
|
379
0
0
--------------------------------------------------------------------------------
sum
2381045
|
2212444
125977
42624
delta
-136222
|
-131662
-2092
-2468
net total | text data bss
--------------------------------------------------------------------------------
net/built-in.o
1682005
|
1630911
32590
18504
--------------------------------------------------------------------------------
net/ipv4/built-in.o
428233
|
401161
14719
12353
net/mac80211/built-in.o
302085
|
301822
259
4
net/core/built-in.o
267334
|
256693
8573
2068
net/bluetooth/built-in.o
227913
|
226708
1033
172
net/wireless/built-in.o
160236
|
158651
557
1028
net/xfrm/built-in.o
74537
|
72737
1384
416
net/bridge/built-in.o
59936
|
58812
1112
12
net/sched/built-in.o
29706
|
28344
1346
16
net/packet/built-in.o
26453
|
26172
281
0
net/netlink/built-in.o
26105
|
25498
455
152
net/unix/built-in.o
24671
|
22266
340
2065
net/key/built-in.o
21095
|
20783
308
4
net/*.o
16279
|
15811
412
56
net/8021q/built-in.o
15245
|
14981
264
0
net/ipv6/built-in.o
9445
|
8295
1136
14
net/rfkill/built-in.o
7142
|
6710
408
24
net/ethernet/built-in.o
2431
|
2391
40
0
net/llc/built-in.o
2068
|
1980
72
16
net/802/built-in.o
1944
|
1792
140
12
--------------------------------------------------------------------------------
sum
1702858
|
1651607
32839
18412
delta
-20853
|
-20696
-249
92
fs total | text data bss
--------------------------------------------------------------------------------
fs/built-in.o
975830
|
950780
5442
19608
--------------------------------------------------------------------------------
fs/*.o
351665
|
339511
1774
10380
fs/ext4/built-in.o
295807
|
294110
1125
572
fs/jffs2/built-in.o
99642
|
99446
124
72
fs/proc/built-in.o
77696
|
73111
377
4208
fs/fat/built-in.o
49264
|
49088
144
32
fs/jbd2/built-in.o
47379
|
47254
65
60
fs/overlayfs/built-in.o
24939
|
24842
93
4
fs/squashfs/built-in.o
23156
|
23092
60
4
fs/kernfs/built-in.o
21086
|
16863
111
4112
fs/configfs/built-in.o
18193
|
17916
261
16
fs/debugfs/built-in.o
16120
|
16056
52
12
fs/pstore/built-in.o
13904
|
13531
325
48
fs/crypto/built-in.o
13083
|
12799
264
20
fs/notify/built-in.o
12525
|
12186
227
112
fs/nls/built-in.o
11024
|
10904
116
4
fs/sysfs/built-in.o
7041
|
6990
39
12
fs/devpts/built-in.o
3359
|
2986
365
8
fs/ramfs/built-in.o
1820
|
1776
40
4
--------------------------------------------------------------------------------
sum
1087703
|
1062461
5562
19680
delta
-111873
|
-111681
-120
-72
kernel total | text data bss
--------------------------------------------------------------------------------
kernel/built-in.o
678363
|
593347
41064
43952
--------------------------------------------------------------------------------
kernel/*.o
376931
|
346029
17531
13371
kernel/sched/built-in.o
127386
|
119841
6265
1280
kernel/time/built-in.o
101386
|
89633
7465
4288
kernel/printk/built-in.o
55033
|
18477
8444
28112
kernel/irq/built-in.o
47323
|
44325
906
2092
kernel/rcu/built-in.o
29815
|
27655
2131
29
kernel/locking/built-in.o
25617
|
25592
21
4
kernel/power/built-in.o
16652
|
15256
848
548
kernel/bpf/built-in.o
8348
|
7988
68
292
--------------------------------------------------------------------------------
sum
788491
|
694796
43679
50016
delta
-110128
|
-101449
-2615
-6064
sound total | text data bss
--------------------------------------------------------------------------------
sound/built-in.o
237890
|
227338
6836
3716
--------------------------------------------------------------------------------
sound/soc/built-in.o
125556
|
119220
5416
920
sound/core/built-in.o
108923
|
104799
1400
2724
sound/*.o
6612
|
6440
28
144
--------------------------------------------------------------------------------
sum
241091
|
230459
6844
3788
delta
-3201
|
-3121
-8
-72
security total | text data bss
--------------------------------------------------------------------------------
security/built-in.o
170272
|
145055
13989
11228
--------------------------------------------------------------------------------
security/selinux/built-in.o
142606
|
119156
12250
11200
security/keys/built-in.o
31690
|
30618
788
284
security/*.o
25826
|
24091
1719
16
security/integrity/built-in.o
1838
|
1806
20
12
--------------------------------------------------------------------------------
sum
201960
|
175671
14777
11512
delta
-31688
|
-30616
-788
-284
block total | text data bss
--------------------------------------------------------------------------------
block/built-in.o
149110
|
145408
2458
1244
--------------------------------------------------------------------------------
block/*.o
145968
|
142021
2699
1248
block/partitions/built-in.o
7563
|
7543
16
4
--------------------------------------------------------------------------------
sum
153531
|
149564
2715
1252
delta
-4421
|
-4156
-257
-8
lib total | text data bss
--------------------------------------------------------------------------------
lib/built-in.o
141721
|
141093
559
69
--------------------------------------------------------------------------------
lib/*.o
216133
|
214935
1092
106
lib/zlib_inflate/built-in.o
11187
|
11187
0
0
lib/xz/built-in.o
8215
|
8179
36
0
lib/lzo/built-in.o
2551
|
2551
0
0
lib/lz4/built-in.o
1188
|
1188
0
0
--------------------------------------------------------------------------------
sum
239274
|
238040
1128
106
delta
-97553
|
-96947
-569
-37
可以对各个模块的代码段数据段的统计信息进行确认，对占用空间大的进行针对性优化。
2.3.3.3 nm命令
nm命令可查看内核模块中各个符号的尺寸。如执行"nm --size -r vmlinux | head -10"，可得到：
00004000 b __log_buf
00003e58 D nand_tbl
00003b14 T __blockdev_direct_IO
0000398c T hidinput_connect
00002f6c t ext4_fill_super
000027fc T hci_event_packet
0000245c t l2cap_recv_frame
000023d4 T dev_ethtool
00002274 t test_atomics
000020e4 t nl80211_send_wiphy
说明，一共有三列数据，分别表示大小、符号类型、符号名。其中符号类型：
b/B -符号位于bss段。
t/T -符号位于text段。
d/D -符号位于data段。
如果某些函数或者全局变量占用较大，可以进行针对性的优化。
2.3.3.4 kernel压缩方式.
tina环境提供了几种压缩格式方式，选择方式为make kernel_menuconfig:
General setup --->
Kernel compression mode (Gzip) --->
(X) Gzip
( ) LZMA
( ) XZ
( ) LZO
( ) LZ
同一个kernel镜像使用不同的压缩方式，镜像大小如下表所示：
| 压缩方式 | 镜像大小 | 加载内核时间（从falsh加载到dram的时间） | 解压时间 | 总时间 |
|---|---|---|---|---|
| GZIP | 2.31M | 124ms | 89ms | 213ms |
| LZO | 2.53M | 136ms | 23ms | 159ms |
| LZ4 | 2.68M | 143ms | 27ms | 170ms |
| XZ | 1.95M | 104ms | 667ms | 771ms |
2.4 文件系统裁剪.
对于文件系统裁剪来说，主要思路是删、换、压。
删。删除不需要的内容。如帮助文档、没用到的库、调试程序等。
换。使用小尺寸的实现替换大尺寸的实现。如使用musl libc库替换glibc库等。
压。使用合适的压缩算法。
2.4.1 应用程序及冗余文件裁剪
在不影响整体功能的情况下，一些应用程序或冗余文件往往可以删除：
调试工具。比如tcpdump、mpstat、strace等等。
性能测试工具。比如lmbench、sysstat、tiobench等等。
冗余文件。帮助文档、辅助程序、配置文件和数据模块等，又比如很多应用有相同的共能，只留其一。
采用具有通用功能的替代软件包。Linux上有许多具有相似功能的软件包，可以选择其中占存储空间较小的软件包并移植到嵌入式设备上。
资源文件。一些音视频以及UI资源往往占用很大空间，如果没有用到，也需要删除。
2.4.2 库的裁剪
关于库的裁剪主要有两个思路：
使用较小的C库，如musl libc，uclibc等来替换glibc。
删除没有用到的库。
2.4.2.1 C库的选择.
下表列出了当前一些通用的C库及其特征。
表2-4:常用C库及其特征
| C库 | 环境 | 大小 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|
| glibc | Distribution | 大 | 强大稳定，支持最多的cpu架构 | 占用空间大 |
| uclibc | Embedded | 小 | 为嵌入式设计，可配置性好 | 不支持libdb与libnss |
| bionic | Android | 小 | 提供了Android特性的函数 | 不提供libthread_db/libm |
| musl | Embedded | 小 | 更小，高效静态链接，稳定 | 支持较少的cpu arch |
当前Tina环境下可支持glibc与musl libc两种C库。具体可通过menuconfig的方式来配置
使用哪一套。
[*] Advanced configuration options (for developers) --->
Select external toolchain C library (Use glibc) --->
注意，更换C库后，需要清除方案编译产物(可执行make distclean)，重新编译。
2.4.2.2 删除没用到的库
嵌入式产品通常应用程序有限，因此可能存在很多库不会被用到，可以进行删除。
当前Tina环境提供了一种删除方法，执行make menuconfig，打开如下选项：
Tina Configuration
Target Images --->
[*] downsize the root filesystem or initramfs
打开之后，在生成rootfs/initramfs之前会对其中没有用到的库进行删除。
具体可参考scripts/reduce-rootfs-size.sh文件，其主要思路是：
分析rootfs下的应用程序所依赖的库。
分析“应用程序依赖库”所依赖的库，一直递归下去，直到完全找出所有依赖的库。
根据上述查找结果，删除没有被依赖的库。
说明：此方法有一定的限制：
当前只分析/lib，/usr/lib下的库，其他目录不会处理。
对于部分使用dlopen的应用程序，解析库可能会出现问题。
2.4.3 应用程序与库strip
strip会去掉应用程序与库的符号信息和调试信息，大大减少空间占用。
当前Tina环境下默认开启了strip功能，如果没开启，请确保开启以减少空间占用。
Tina Configuration
Global build settings --->
Binary stripping method (strip) --->
说明：Tina 上还支持 sstrip ，即 super strip ，相对于 strip 来说，更能减少应用与库的大小。
2.4.4 文件系统压缩.
有些文件系统支持压缩，有些不支持。下表列出了常见的文件系统类型：
表2-5:常用文件系统类型
| FS | 使用 | 压缩 | 读写 | 备 注 |
|---|---|---|---|---|
| ext2 | block device | 无 | RW | 突然断电或当机时可能导致数据丢失 |
| ext3 | block device | 无 | RW | 向前兼容ext3，日志式文件系统，非常成熟稳定 |
| ext4 | block device | 无 | RW | 向前兼容ext2和ext3，扩展存储限制，提升性能 |
| btrfs | block device | 有 | RW | 着重于容错、修复及易管理 |
| FAT | block device | 无 | RW | Windows，长期使用速度变慢，不支持>4G文件 |
| NTFS | block device | 有 | RW | Windows，基于FAT做若干改进，日志文件系统 |
| Cramfs | NAND Flash | 无 | RO | 2013停用，使用Squashfs |
| Squashfs | Raw Flash | 有 | RO | 压缩度更高，没有大小限制 |
| UBIFS | Raw Flash | 有 | RW | 基于JFFS2，Linux3.7之后 |
| JFFS2 | Raw Flash | 有 | RW | mount时间很慢，读写性能不好 |
| YAFFS2 | NAND Flash | 无 | RW | 没有透明压缩，不在Linux主线 |
当前Tina环境下比较常用的是squahfs、ext4、jfss2三种文件系统。具体可执行makemenu-
config进行选择：
Tina Configuration
Target Images --->
*** Root filesystem images ***
[ ] ext4 ----
[ ] jffs
[*] squashfs --->
常见的压缩有lzop，gzip，xz等，压缩率最高的是xz。但是xz压缩解压最慢，非常影响启动速度。实际在选择压缩方式时应综合考虑。
审核编辑黄宇
