嵌入式应用Linux裁减的初次尝试

　　前段时间因为嵌入式应用开发的需要，对Linux进行了一次大幅度的裁减。由于是初次接触Linux启动的核心部分，所以基本上还是对网上各种裁减方案的拼凑和整理，包含自己理解的部分实在很少。总的来说效果不算理想，后面还有很长的路要走。

　　这里就大致说说目前这个Linux裁减方案的“雏形”吧。

　　1. 内核裁减

对Linux内核部分的裁减主要根据实际需求进行了重编译，去掉了大部分用不上的特性，以及实际硬件环境之外的设备驱动。这一过程没啥技术含量，就不细说了。

　　2. initrd改造

　　常规的Linux系统启动过程中，initrd仅仅充当一个临时的rootfs，在加载实际的rootfs后即被卸载或转移。出于精简的考虑，我将原rootfs并入了initrd，让它直接充当rootfs，以节省启动时间，并减小体积。（这个改造方案相对来说最简单，也足以满足实际需要）

　　改造的过程主要是基于原make install自动生成的initrd镜像之上，进行以下“手术”：

　　(1) 用BusyBox的linuxrc替代原initrd中的初始化脚本，并将原linuxrc脚本中有用得上的初始化任务都合并至etc/inittab中，以节省启动时间。

　　(2) 因为要充当rootfs，所以还需为initrd添加Linux启动及运行所必须的一些文件夹和文件（主要复制自原rootfs）：

/dev
　　tty3 - tty10 终端会话设备（Console登录使用）
　　ttyS0、ttyS1 串口终端设备（串口登录使用）
　　ptmx、pts 虚拟终端设备（远程登录使用）
/etc
　　fstab 加载设备的配置文件（后面详述）
　　gettydefs 仅保留Virtual Console一项
　　group 仅保留root对应的项
　　hostname 包含本机的主机名
　　inittab 初始化脚本（后面详述）
　　issue 包含本机的全程登录欢迎文字
　　passwd 仅保留root对应的项
　　shadow 仅保留root对应的项
　　termcap 仅保留用于本地console及远程登录的配置项
/etc/init.d
　　rcS 次级初始化脚本（后面详述）
/lib
　　libcrypt.so.1 登录认证（login）所需的库文件
/mnt
/proc
/sys
/tmp
/usr
/var

　　(3) 修改etc/fstab存储设备加载配置文件，只包含下面四行：

sysfs /sys sysfs defaults 0 0
proc /proc proc defaults 0 0
tmpfs /dev/shm tmpfs size=512m 0 0
devpts /dev/pts devpts defaults 0 0

　　由于实际硬件环境的内存比较大，所以给临时文件系统分配的内存上限比较充裕

　　(4) 创建etc/inittab初始化脚本。由于init模块采用了BusyBox的精简版本，而它采用的inittab文件格式较普通版本有一些区别，所以特别按照BusyBox的格式重新编写了。文件较大，下面仅列举其中的关键部分：

::sysinit:/bin/mount -a　加载etc/fstab中配置的所有存储设备
::sysinit:/bin/mkdir /dev/shm/var　在tmpfs中划分用作var的部分
::sysinit:/bin/mkdir /dev/shm/tmp　在tmpfs中划分用作tmp的部分
::sysinit:/bin/chmod 1777 /dev/shm/var　修改var为合适的权限
::sysinit:/bin/chmod 1777 /dev/shm/tmp　修改tmp为合适的权限
::sysinit:/bin/mount --bind /dev/shm/var /var　将/var绑定到tmpfs中
::sysinit:/bin/mount --bind /dev/shm/tmp /tmp　将/tmp绑定到tmpfs中
　
::sysinit:/bin/hostname -F /etc/hostname　从etc/hostname中读取并设置主机名
::sysinit:/sbin/ifconfig lo 127.0.0.1 up　配置IP环回界面
::sysinit:/sbin/telnetd　启动Telnet Daemon
::sysinit:/etc/init.d/rcS　调用次级初始化脚本（完成不能在inittab中进行的初始化任务）
　
::sysinit:/bin/mkdir /var/log　创建日志文件夹
::sysinit:/bin/touch /var/log/messages　创建日志文件
::respawn:/sbin/syslogd -n -m 30 -C　加载循环缓冲模式的系统日志daemon
::respawn:/sbin/klogd -n
　
::askfirst:/bin/login　在console创建登录进程
tty2::askfirst:/bin/login　在tty2-tty6上创建额外的登录进程
tty3::askfirst:/bin/login
...
ttyS0::respawn:/sbin/getty -L ttyS0 115200 vt100　在串口COM1上创建登录进程
tty10::respawn:/sbin/logread -f　将所有日志打印输出到tty10

　　(5) 创建etc/init.d/rcS次级初始化脚本，包含以下内容：

/bin/mount -o remount,rw /　将rootfs重新加载为可读可写方式

注：由于试验的方便，生成的initrd采用了Ext2文件系统。在实际应用中考虑换为CRAMFS（压缩ROM镜像文件系统），以进一步缩减镜像文件体积并提高读取效率。

　　3. Boot Loader修改

　　由于这个裁减方案仅仅使用了内核镜像及initrd，保持了与标准引导方式的高度兼容，因此适用于几乎任何Boot Loader。由于裁减实验中需要频繁替换内核和initrd镜像，因此使用了便于控制的GRUB，以提高实验效率。如果最终方案采取Flash作为镜像载体，则建议使用LILO，以提高兼容性并节省空间。
　　为了与本方案中以initrd作为rootfs保持一致，Boot Loader的配置文件中需要修改引导参数，指定“root=/dev/ram0”，无需其它额外的参数。

　　经过上述裁减，整个Linux的启动时间已经缩短到10s以内。内核+initrd的镜像大小也不足3M，基本达到了预期的目标。后续会针对启动的各个环节作进一步的分析和优化，以期进一步缩短启动时间。

6 comments:  [RSSRSS for comments]   [TrackBack URIURI]

1. 1
   druggo | 2006.9.15 10:06 PM
   
   

   一块学习啊，哈哈
   你的blog字体在我这里看来稍微大了一点

2. 2
   oasisfeng | 2006.9.15 10:09 PM
   
   

   改天把最近作的启动时间优化也整理出来。
   可能因为用LCD的缘故吧，我倒还没感觉出Blog的字体偏大。呵呵，还是调小一点吧。

3. 3
   ray | 2006.9.16 1:16 AM
   
   

   长了好多见识，多谢分享。

   ps: 你的学习研究能力让我佩服

4. 4
   Linux启动时间极限优化 « Oasis Feng
   [PINGBACK] | 2006.9.21 1:50 AM
   
   

   […] 　　在上次完成嵌入式应用的Linux裁减后，Linux的启动时间仍需要7s左右，虽然勉强可以接受，但仍然没有达到我个人所追求的目标——2s以内。况且，在实际的商用环境中，设备可靠性的要求可是“5个9”（99.999%，即OOS时间低于5分钟/年），这就意味着每减少一秒钟Linux启动（设备复位）时间，对可靠性都是一个明显的提升。 […]

5. 5
   weibing | 2007.2.12 10:14 AM
   
   

   十分不错，谢谢大哥的总结。

6. 6
   thomasdu | 2007.4.18 11:03 PM
   
   

   如果你不用压缩内核，启动时间肯定加快很多。
   rootfs使用cramfs也应该提速。