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在嵌入式系统构建中，Busybox可用于构建轻量级的根文件系统，本文从源码结构和源码入口角度分析busybox，了解其背后的运作机制。
busybox版本：1.35.0
Busybox简介
（1-1）开源项目
Busybox是一个开源项目，遵循GPL v2协议。Busybox将众多的UNIX命令集合进了一个很小的可执行程序中，可以用来替代GNU fileutils、shellutils等工具集。Busybox中各种命令与相应的GNU工具相比，所能提供的选项比较少，但是对于一般的应用场景也足够了，特别是在嵌入式系统的设计中。
（1-2）程序本体较小
Busybox在设计过程中对文件大小进行了优化，并考虑了系统资源有限(比如内存等)的情况。与一般的GNU工具集动辄几M的体积相比，动态链接的Busybox只有几百K，即使是采用静态链接也只有1M左右。除此之外，Busybox按模块设计，可以很容易地加入、去除某些命令，或增减命令的某些选项。
（1-3）使用简单
如果使用Busybox来创建根文件系统，使用起来比较方便，只需要在/dev目录下创建必要的设备节点，在/etc目录下增加一些配置文件即可，当然如果Busybox是动态链接的，那么还需要在/lib目录下包含相关的运行库文件。
Busybox源码目录结构
在较老版本的Busybox中，对于Busybox的多个程序是全部塞进了一个名为utility.c的文件中，后来更改了Busybox的整体源码结构和设计，将这些程序拆分成了各个工具模块。
| 序号 | 目录名称 | 功能说明 |
|---|---|---|
| 1 | applets | 实现applets框架的文件。目录中包含了几个main()的文件 |
| 2 | applets_sh | 此目录包含了几个作为shell脚本实现的applet示例。在“make install”时不会被自动安装，需要使用时，手动处理 |
| 3 | arch | 包含用于不同体系架构的makefile文件。约束busybox在不同架构体系下的编译构建过程 |
| 4 | archival | 与压缩相关命令的实现源文件。 |
| 5 | configs | busybox自带的默认配置文件 |
| 6 | console-tools | 与控制台相关的一些命令 |
| 7 | coreutils | 常用的一些核心命令。例如chgrp、rm等 |
| 8 | debianutils | 针对Debian的套件。 |
| 9 | e2fsprogs | 针对Linux Ext2 FS prog的命令。例如chattr、lsattr |
| 10 | editors | 常用的编辑命令。例如diff、vi等 |
| 11 | findutils | 用于查找的命令 |
| 12 | include | busybox项目的头文件 |
| 13 | init | init进程的实现源码目录 |
| 14 | klibc-utils | klibc命令套件 |
| 15 | libbb | 与busybox实现相关的库文件 |
| 16 | libpwdgrp | libpwdgrp相关的命令 |
| 17 | loginutils | 与用户管理相关的命令 |
| 18 | mailutils | 与mail相关的命令套件 |
| 19 | miscutils | 该文件下是一些杂项命令，针对特定应用场景 |
| 20 | modutils | 与模块相关的命令 |
| 21 | networking | 与网络相关的命令，例如arp |
| 22 | printutils | Print相关的命令 |
| 23 | procps | 与内存、进程相关的命令 |
| 24 | runit | 与Runit实现相关的命令 |
| 25 | shell | 与shell相关的命令 |
| 26 | sysklogd | 系统日志记录工具相关的命令 |
| 27 | util-linux | Linux下常用的命令，主要与文件系统操作相关的命令。 |
Busybox程序主体
Busybox是在linux内核启动后加载运行的用户空间程序，在源码设计上是基于C语言完成设计和开发的。与常规程序一样，Busybox的入口同样是main()，定义在libbb/appletlib文件的末尾处。在函数开始处，使用ENABLE_BUILD_LIBBUSYBOX对函数名称进行了条件分支处理：如果ENABLE_BUILD_LIBBUSYBOX为真，则表示将Busybox以库的方式进行构建。
在函数体中，以条件宏定义进行代码的编译逻辑控制：
/* Tweak malloc for reduced memory consumption */ #ifdef M_TRIM_THRESHOLD /* M_TRIM_THRESHOLD是释放的最顶层内存的最大数量 * 默认值太大，是256k */ mallopt(M_TRIM_THRESHOLD, 8 * 1024); #endif #ifdef M_MMAP_THRESHOLD /* M_MMAP_THRESHOLD是使用mmap()的请求大小阈值。 * 默认值是256k */ mallopt(M_MMAP_THRESHOLD, 32 * 1024 - 256); #endif
上述代码都调用了mallopt()函数，该函数用于设置内存的分配参数，由于默认值太大（为256KB），故此处调整内存分配大小，让出多余的内存。
接着，是一个由#if -- #elif -- #else -- #endif控制的条件宏多分支判断结构语句，此处以Busybox的一般运行情况为例（在Linux内核启动后期，加载并运行Busybox构建出的init程序）。其执行逻辑如下：
首先Busybox是一个linux下的工具集合，本质则是一个个的命令，例如：ls、mv、cp等，在命令行我们输入想要执行的操作时，例如：mkdir iriczhao，则会将参数传递给Busybox，然后由他完成对应的操作。
在源码中，使用char * applet_name表示工具的名称（本质是字符串），首先会调用lbb_prepare()函数：
lbb_prepare("busybox" IF_FEATURE_INDIVIDUAL(, argv));
将会设置applet_name的值为“busybox“，用于执行ENABLE_FEATURE_INDIVIDUAL为真时的逻辑操作：
void lbb_prepare(const char *applet
IF_FEATURE_INDIVIDUAL(, char **argv))
{
#ifdef bb_cached_errno_ptr
ASSIGN_CONST_PTR(&bb_errno, get_perrno());
#endif
applet_name = applet;
if (ENABLE_LOCALE_SUPPORT)
setlocale(LC_ALL, "");
#if ENABLE_FEATURE_INDIVIDUAL
/* Redundant for busybox (run_applet_and_exit covers that case)
* but needed for "individual applet" mode */
if (argv[1] && !argv[2] && strcmp(argv[1], "--help") == 0 && !is_prefixed_with(applet, "busybox"))
{
/* Special cases. POSIX says "test --help"
* should be no different from e.g. "test --foo".
*/
if (!(ENABLE_TEST && strcmp(applet_name, "test") == 0) && !(ENABLE_TRUE && strcmp(applet_name, "true") == 0) && !(ENABLE_FALSE && strcmp(applet_name, "false") == 0) && !(ENABLE_ECHO && strcmp(applet_name, "echo") == 0))
bb_show_usage();
}
#endif
}
接着，会解析命令行传递的第一个参数：
applet_name = argv[0]; if (applet_name[0] == '-') applet_name++; applet_name = bb_basename(applet_name);
例如，在命令行输入mkdir iriczhao命令，则会解析到mkdir命令传递给applet_name，至于后面的参数（此处是iriczhao）是如何传递的，后文会描述到。
如果配置了FEATURE_SUID_CONFIG宏定义，在parse_config_file()函数中还将从/etc/busybox.conf文件中解析关于busybox的配置参数。
在最后，则是busybox的重要函数：run_applet_and_exit()，该函数定义如下：
static NORETURN void run_applet_and_exit(const char *name, char **argv) { #if ENABLE_BUSYBOX //检查是否是带有busybox前缀的字符串，如果不是，则返回NULL。 //如果在命令行下输入具体的命令，则不是带有busybox前缀的命令字符串，则不会执行该条件下的语句 if (is_prefixed_with(name, "busybox")) exit(busybox_main(/*unused:*/ 0, argv)); #endif #if NUM_APPLETS > 0 /* find_applet_by_name() search is more expensive, so goes second */ { int applet = find_applet_by_name(name); if (applet >= 0) run_applet_no_and_exit(applet, name, argv); } #endif /*bb_error_msg_and_die("applet not found"); - links in printf */ full_write2_str(applet_name); full_write2_str(": applet not found "); /* POSIX: "If a command is not found, the exit status shall be 127" */ exit(127); }
如果NUM_APPLETS大于0，则会执行对应的命令操作，并退出；否则，busybox将会报错：
#if NUM_APPLETS > 0
/* find_applet_by_name() search is more expensive, so goes second */
{
int applet = find_applet_by_name(name);
if (applet >= 0)
run_applet_no_and_exit(applet, name, argv);
}
#endif
//正常情况下（NUM_APPLETS > 0），不会执行下述代码。
/*bb_error_msg_and_die("applet not found"); - links in printf */
full_write2_str(applet_name);
full_write2_str(": applet not found
");
/* POSIX: "If a command is not found, the exit status shall be 127" */
exit(127);
从上述代码可知，在命令行键入命令后，实则起关键作者的函数是：find_applet_by_name()和run_applet_no_and_exit()。下文将继续分析。
Busybox程序运行剖析
在上一小节中，已经知道当我们在busybox的命令行下，键入命令后，执行具体操作的函数是：find_applet_by_name()和run_applet_no_and_exit()。
在编译构建源码并安装busybox后，在安装目录下的文件结构则是一个名为busybox的可执行程序和很多的链接，这些链接实则是我们在命令行键入的命令名称。如下图所示：
从源码角度看，busybox中的命令都有一一对应的执行函数，其函数命名格式为xxx_main()，在源码设计上，其内部在/include/applet_tabls.h头文件中维护了一张命令表，定义如下（代码太长，有省略）：
int (*const applet_main[])(int argc, char **argv) = {
test_main,
test_main,
acpid_main,
add_remove_shell_main,
addgroup_main,
adduser_main,
adjtimex_main,
uname_main,
arp_main,
arping_main,
ascii_main,
ash_main,
awk_main,
baseNUM_main,
baseNUM_main,
basename_main,
//省略大量内容
//...
}
上述函数指针数组中的元素则是分布于busybox源码各个目录下命令入口函数。在代码执行逻辑中，首先会调用find_applet_by_name()函数，通过传入的命令名称获取在命令表中的数组下标。并将命令对应的下标applet、命令名称name和命令行参数字符串argv传递给run_applet_no_and_exit()函数（注：解释了上一小节中，命令行对应命令后面的参数是如何传递的），该函数定义如下：
void FAST_FUNC run_applet_no_and_exit(int applet_no, const char *name, char **argv)
{
int argc;
/*
* We do not use argv[0]: do not want to repeat massaging of
* "-/sbin/halt" -> "halt", for example.
*/
applet_name = name;
show_usage_if_dash_dash_help(applet_no, argv);
if (ENABLE_FEATURE_SUID)
check_suid(applet_no);
argc = string_array_len(argv);
xfunc_error_retval = applet_main[applet_no](argc, argv);
/* Note: applet_main() may also not return (die on a xfunc or such) */
xfunc_die();
}
#endi
在上述代码中，执行命令下的对应具体操作函数的语句是：
xfunc_error_retval = applet_main[applet_no](argc, argv);
applet_main是命令表数组，applet_no是对应命令的数组下标，本质则是调用对应的applet_main命令表数组中的元素（函数指针），并将argc和argv作为参数给了对应的命令执行函数。
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