Tina_Linux系统裁剪开发指南

嵌入式Linux那些事 2023-03-06 1117

描述

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

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	load all 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

init/built-in.o

33551

18558

14909

ipc/built-in.o

29998

29218

772

usr/built-in.o

138

--------------------------------------------------------------------------------

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

drivers/input/built-in.o

45250

44046

1156

drivers/i2c/built-in.o

43511

42791

656

drivers/spi/built-in.o

39888

38323

1557

drivers/thermal/built-in.o

38654

36673

1893

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

drivers/leds/built-in.o

25548

25076

464

drivers/rtc/built-in.o

25072

24428

460

184

drivers/tee/built-in.o

24823

24662

113

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

drivers/pwm/built-in.o

14636

14036

472

128

drivers/dma-buf/built-in.o

13975

13904

drivers/cpuidle/built-in.o

12613

10848

1749

drivers/watchdog/built-in.o

9986

9660

281

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

drivers/bus/built-in.o

6357

5691

618

drivers/hwmon/built-in.o

5230

5054

144

drivers/hwspinlock/built-in.o

4792

4664

128

drivers/firmware/built-in.o

4453

4384

drivers/reset/built-in.o

3818

3686

132

drivers/net/built-in.o

1803

1755

drivers/mfd/built-in.o

1623

1511

108

drivers/video/built-in.o

379

--------------------------------------------------------------------------------

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

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

net/sched/built-in.o

29706

28344

1346

net/packet/built-in.o

26453

26172

281

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

net/*.o

16279

15811

412

net/8021q/built-in.o

15245

14981

264

net/ipv6/built-in.o

9445

8295

1136

net/rfkill/built-in.o

7142

6710

408

net/ethernet/built-in.o

2431

2391

net/llc/built-in.o

2068

1980

net/802/built-in.o

1944

1792

140

--------------------------------------------------------------------------------

sum

1702858

1651607

32839

18412

delta

-20853

-20696

-249

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

fs/proc/built-in.o

77696

73111

377

4208

fs/fat/built-in.o

49264

49088

144

fs/jbd2/built-in.o

47379

47254

fs/overlayfs/built-in.o

24939

24842

fs/squashfs/built-in.o

23156

23092

fs/kernfs/built-in.o

21086

16863

111

4112

fs/configfs/built-in.o

18193

17916

261

fs/debugfs/built-in.o

16120

16056

fs/pstore/built-in.o

13904

13531

325

fs/crypto/built-in.o

13083

12799

264

fs/notify/built-in.o

12525

12186

227

112

fs/nls/built-in.o

11024

10904

116

fs/sysfs/built-in.o

7041

6990

fs/devpts/built-in.o

3359

2986

365

fs/ramfs/built-in.o

1820

1776

--------------------------------------------------------------------------------

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

kernel/locking/built-in.o

25617

25592

kernel/power/built-in.o

16652

15256

848

548

kernel/bpf/built-in.o

8348

7988

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

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

security/integrity/built-in.o

1838

1806

--------------------------------------------------------------------------------

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

--------------------------------------------------------------------------------

sum

153531

149564

2715

1252

delta

-4421

-4156

-257

-8

lib total | text data bss

--------------------------------------------------------------------------------

lib/built-in.o

141721

141093

559

--------------------------------------------------------------------------------

lib/*.o

216133

214935

1092

106

lib/zlib_inflate/built-in.o

11187

lib/xz/built-in.o

8215

8179

lib/lzo/built-in.o

2551

lib/lz4/built-in.o

1188

--------------------------------------------------------------------------------

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

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