Tina_Linux系统裁剪开发指南

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

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