全志Tina Linux 系统裁剪 boot0裁剪 uboot裁剪内核裁剪文件系统裁剪 C库裁剪文件系统压缩

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 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。

3 参考资料

[1] https://elinux.org/Kernel_Size_Tuning_Guide
[2] Karim Yaghmour. Building Embedded Linux Systems [M]
[3] Michael Opdenacker. Embedded Linux size reduction techniques
[4] https://tiny.wiki.kernel.org/

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全志Tina Linux 系统裁剪 boot0裁剪 uboot裁剪内核裁剪文件系统裁剪 C库裁剪文件系统压缩

文章目录

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strip

2.4.4 文件系统压缩.

3 参考资料

相关文章

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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strip

2.4.4 文件系统压缩.

3 参考资料

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