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Tina_Linux系統裁剪開發指南1 概述2 Tina系統裁剪簡介2.1 boot0裁剪2.2 uboot裁剪2.3 內核裁剪2.3.1 刪除不使用的功能2.3.2 刪除不使用的驅動2.3.3 修改內核源代碼2.3.3.1 size工具.2.3.3.2 ksize.py腳本2.3.3.3 nm命令2.3.3.4 kernel壓縮方式.2.4 文件系統裁剪.2.4.1 應用程序及冗余文件裁剪2.4.2 庫的裁剪2.4.2.1 C庫的選擇.2.4.2.2 刪除沒用到的庫2.4.3 應用程序與庫strip2.4.4 文件系統壓縮.3 參考資料

Tina_Linux系統裁剪開發指南

1 概述

編寫目的:

嵌入式產品往往為了壓縮成本而使用較小的flash存儲器，因此可能需要對系統進行裁剪來減少對flash的占用。系統經過裁剪過后，通常也會提升啟動速度以及減少內存占用。本文介紹TinaLinux中系統裁剪的方法，為有裁剪需求的使用者提供參考。

2 Tina系統裁剪簡介

Tina固件中通常包含boot0、uboot、kernel、rootfs等鏡像。基于經驗，各個鏡像尺寸的量級如下表所示：

表2-1:各鏡像尺寸的量級

鏡像	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。對于大尺寸的裁剪效果往往比小尺寸的裁剪效果明顯，比如rootfs裁剪1M可能很容易，對于uboot來說，則非常困難。

因此，后續主要介紹kernel以及rootfs的裁剪。

2.1 boot0裁剪

由于boot0很小，通常來說boot0代碼也不開源，因此略過。

2.2 uboot裁剪

目前tina環境中有不同版本的uboot，分別存在兩個不同的文件路徑中，以實際sdk的目錄為準，cboot可以進入到相應的uoot目錄，這兩個路徑分別為lichee/brandy/u-boot或者lichee/brandy-2.0/u-boot

主要有下面兩種裁剪思路：

修改uboot配置文件，刪減不需要的配置。uboot配置文件通常位于源碼下include/configs/${CHIP}.h或者configs/${CHIP}*defconfig。

刪除不需要的uboot命令。

2.3 內核裁剪

通常關于Linux內核裁剪主要有如下方法：

刪除不使用的功能。如符號表、打印、調試等功能。

刪除不使用的驅動。

修改內核源代碼。

內核壓縮。

2.3.1 刪除不使用的功能

下表中列出了一些內核選項，包含選項的描述，默認值以及推薦值（減小內核鏡像尺寸）。

表2-2:內核選項及描述

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 *"-表示開發的時候設置成Y，發布的時候可以設置成N。

"N +"-表示基于應用需要來判斷是否設置成N。

"Y -"-表示可能需要，可以設置N嘗試一下。

在Tina中，集成了CONFIG_REDUCE_KERNEL_SIZE宏。一旦使能該宏后，將會采用部分上面的裁剪措施來減小kernel鏡像尺寸，主要思路是關閉與log/debug等相關的配置，然后對kernel進行xz壓縮，可參考tina/scripts/reduce-kernel-size.sh。

執行make menuconfig，開啟如下選項：

Tina Configuration Target Images ---> [*] downsize the kernel size (EXPERIMENTAL)

說明：此功能當前是 EXPERIMENTAL 的。建議直接執行 make kernel_menuconfig ，然后按照上述表格來配置。

2.3.2 刪除不使用的驅動

方案明確之后，所需的內核驅動也明確了。可以執行make kernel_menuconfig，將沒有用到的驅動關閉。

2.3.3 修改內核源代碼

內核源碼龐大，直接修改往往難度很大，可借助相關工具來評估模塊以及符號的大小，然后進行針對性的裁剪。

2.3.3.1 size工具.

size命令可查看內核鏡像的text、data、bss等段的大小。如執行"size vmlinux"，將會得到：

text data bss dec hex filename

5818117 1378944 168972 7366033 706591 vmlinux

2.3.3.2 ksize.py腳本

在tina/lichee/linux-4.9/scripts目錄下有一個ksize腳本，可以對內核目錄下的built-in.o進行解析，并將解析的內容按照尺寸進行排序，顯示出來。執行結果如下所示：

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

可以對各個模塊的代碼段數據段的統計信息進行確認，對占用空間大的進行針對性優化。

2.3.3.3 nm命令

nm命令可查看內核模塊中各個符號的尺寸。如執行"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

說明，一共有三列數據，分別表示大小、符號類型、符號名。其中符號類型：

b/B -符號位于bss段。

t/T -符號位于text段。

d/D -符號位于data段。

如果某些函數或者全局變量占用較大，可以進行針對性的優化。

2.3.3.4 kernel壓縮方式.

tina環境提供了幾種壓縮格式方式，選擇方式為make kernel_menuconfig:

General setup --->

Kernel compression mode (Gzip) --->

(X) Gzip

( ) LZMA

( ) XZ

( ) LZO

( ) LZ

同一個kernel鏡像使用不同的壓縮方式，鏡像大小如下表所示：

壓縮方式	鏡像大小	加載內核時間（從falsh加載到dram的時間）	解壓時間	總時間
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 文件系統裁剪.

對于文件系統裁剪來說，主要思路是刪、換、壓。

刪。刪除不需要的內容。如幫助文檔、沒用到的庫、調試程序等。

換。使用小尺寸的實現替換大尺寸的實現。如使用musl libc庫替換glibc庫等。

壓。使用合適的壓縮算法。

2.4.1 應用程序及冗余文件裁剪

在不影響整體功能的情況下，一些應用程序或冗余文件往往可以刪除：

調試工具。比如tcpdump、mpstat、strace等等。

性能測試工具。比如lmbench、sysstat、tiobench等等。

冗余文件。幫助文檔、輔助程序、配置文件和數據模塊等，又比如很多應用有相同的共能，只留其一。

采用具有通用功能的替代軟件包。Linux上有許多具有相似功能的軟件包，可以選擇其中占存儲空間較小的軟件包并移植到嵌入式設備上。

資源文件。一些音視頻以及UI資源往往占用很大空間，如果沒有用到，也需要刪除。

2.4.2 庫的裁剪

關于庫的裁剪主要有兩個思路：

使用較小的C庫，如musl libc，uclibc等來替換glibc。

刪除沒有用到的庫。

2.4.2.1 C庫的選擇.

下表列出了當前一些通用的C庫及其特征。

表2-4:常用C庫及其特征

C庫	環境	大小	優點	缺點
glibc	Distribution	大	強大穩定，支持最多的cpu架構	占用空間大
uclibc	Embedded	小	為嵌入式設計，可配置性好	不支持libdb與libnss
bionic	Android	小	提供了Android特性的函數	不提供libthread_db/libm
musl	Embedded	小	更小，高效靜態鏈接，穩定	支持較少的cpu arch

當前Tina環境下可支持glibc與musl libc兩種C庫。具體可通過menuconfig的方式來配置

使用哪一套。

[*] Advanced configuration options (for developers) --->

Select external toolchain C library (Use glibc) --->

注意，更換C庫后，需要清除方案編譯產物(可執行make distclean)，重新編譯。

2.4.2.2 刪除沒用到的庫

嵌入式產品通常應用程序有限，因此可能存在很多庫不會被用到，可以進行刪除。

當前Tina環境提供了一種刪除方法，執行make menuconfig，打開如下選項：

Tina Configuration

Target Images --->

[*] downsize the root filesystem or initramfs

打開之后，在生成rootfs/initramfs之前會對其中沒有用到的庫進行刪除。

具體可參考scripts/reduce-rootfs-size.sh文件，其主要思路是：

分析rootfs下的應用程序所依賴的庫。

分析“應用程序依賴庫”所依賴的庫，一直遞歸下去，直到完全找出所有依賴的庫。

根據上述查找結果，刪除沒有被依賴的庫。

說明：此方法有一定的限制：

當前只分析/lib，/usr/lib下的庫，其他目錄不會處理。

對于部分使用dlopen的應用程序，解析庫可能會出現問題。

2.4.3 應用程序與庫strip

strip會去掉應用程序與庫的符號信息和調試信息，大大減少空間占用。

當前Tina環境下默認開啟了strip功能，如果沒開啟，請確保開啟以減少空間占用。

Tina Configuration

Global build settings --->

Binary stripping method (strip) --->

說明：Tina 上還支持 sstrip ，即 super strip ，相對于 strip 來說，更能減少應用與庫的大小。

2.4.4 文件系統壓縮.

有些文件系統支持壓縮，有些不支持。下表列出了常見的文件系統類型：

表2-5:常用文件系統類型

FS	使用	壓縮	讀寫	備注
ext2	block device	無	RW	突然斷電或當機時可能導致數據丟失
ext3	block device	無	RW	向前兼容ext3，日志式文件系統，非常成熟穩定
ext4	block device	無	RW	向前兼容ext2和ext3，擴展存儲限制，提升性能
btrfs	block device	有	RW	著重于容錯、修復及易管理
FAT	block device	無	RW	Windows，長期使用速度變慢，不支持>4G文件
NTFS	block device	有	RW	Windows，基于FAT做若干改進，日志文件系統
Cramfs	NAND Flash	無	RO	2013停用，使用Squashfs
Squashfs	Raw Flash	有	RO	壓縮度更高，沒有大小限制
UBIFS	Raw Flash	有	RW	基于JFFS2，Linux3.7之后
JFFS2	Raw Flash	有	RW	mount時間很慢，讀寫性能不好
YAFFS2	NAND Flash	無	RW	沒有透明壓縮，不在Linux主線

當前Tina環境下比較常用的是squahfs、ext4、jfss2三種文件系統。具體可執行makemenu-

config進行選擇：

Tina Configuration

Target Images --->

*** Root filesystem images ***

[ ] ext4 ----

[ ] jffs

[*] squashfs --->

常見的壓縮有lzop，gzip，xz等，壓縮率最高的是xz。但是xz壓縮解壓最慢，非常影響啟動速度。實際在選擇壓縮方式時應綜合考慮。

審核編輯黃宇

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