busybox 詳解

BusyBox 的誕生

BusyBox 最初是由 Bruce Perens 在 1996 年為 Debian GNU/Linux 安裝盤編寫的。其目標是在一張軟盤上創(chuàng)建一個可引導(dǎo)的 GNU/Linux 系統(tǒng)，這可以用作安裝盤和急救盤。一張軟盤可以保存大約 1.4-1.7MB 的內(nèi)容，因此這里沒有多少空間留給 Linux 內(nèi)核以及相關(guān)的用戶應(yīng)用程序使用。

BusyBox 許可證 BusyBox 是按照 GNU General Public License（GPL）許可證發(fā)行的。這意味著如果我們在一個項目中使用 BusyBox，就必須遵守這個許可證。我們可以在 BusyBox Web 站點（請參看本文后面參考資料一節(jié)的內(nèi)容）上看到這個許可證的內(nèi)容。BusyBox 團隊似乎正忙于監(jiān)視違反這個許可證的情況。實際上，他們維護了一個 “Hall of Shame” 頁面來說明違反者的情況。

BusyBox 揭露了這樣一個事實：很多標準 Linux 工具都可以共享很多共同的元素。例如，很多基于文件的工具（比如grep和find）都需要在目錄中搜索文件的代碼。當這些工具被合并到一個可執(zhí)行程序中時，它們就可以共享這些相同的元素，這樣可以產(chǎn)生更小的可執(zhí)行程序。實際上， BusyBox 可以將大約 3.5MB 的工具包裝成大約 200KB 大小。這就為可引導(dǎo)的磁盤和使用 Linux 的嵌入式設(shè)備提供了更多功能。我們可以對 2.4 和 2.6 版本的 Linux 內(nèi)核使用 BusyBox。

BusyBox 是如何工作的？

為了讓一個可執(zhí)行程序看起來就像是很多可執(zhí)行程序一樣，BusyBox 為傳遞給 C 的 main 函數(shù)的參數(shù)開發(fā)了一個很少使用的特性?；叵胍幌?C 語言的 main 函數(shù)的定義如下：

POSIX 環(huán)境盡管 BusyBox 的目標是提供一個相當完整的 POSIX（可移植操作系統(tǒng)接口）環(huán)境，這是一個期望，而不是一種需求。這些工具雖然并不完整，但是它們提供了我們期望的主要功能。

int main( int argc, char *argv[] )

在這個定義中，argc是傳遞進來的參數(shù)的個數(shù)（參數(shù)數(shù)量），而argv是一個字符串數(shù)組，代表從命令行傳遞進來的參數(shù)（參數(shù)向量）。argv的索引 0 是從命令行調(diào)用的程序名。

清單 2 給出的這個簡單 C 程序展示了 BusyBox 的調(diào)用。它只簡單地打印argv向量的內(nèi)容。

清單 2. BusyBox 使用 argv[0] 來確定調(diào)用哪個應(yīng)用程序

// test.c#include stdio.h>int main( int argc, char *argv[] ){int i;for (i = 0 ; i  argc ; i++) {printf(argv[%d] = %sn, i, argv[i]);}return 0;}

清單 3. 在使用新命令更新 BusyBox 之后的命令測試

$ gcc -Wall -o test test.c$ ./test arg1 arg2argv[0] = ./testargv[1] = arg1argv[2] = arg2$ mv test newtest$ ./newtest arg1argv[0] = ./newtestargv[1] = arg1$ ln -s newtest linktest$ ./linktest argargv[0] = ./linktestargv[1] = arg

配置并編譯 BusyBox

我們可以從 BusyBox 的 Web 站點上下載最新版本的 BusyBox（請參看參考資料一節(jié)的內(nèi)容）。與大部分開放源碼程序一樣，它是以一個壓縮的 tarball 形式發(fā)布的，我們可以使用清單 4 給出的命令將其轉(zhuǎn)換成源代碼樹。（如果我們下載的版本不是 1.1.1，那就請在這個命令中使用適當?shù)陌姹咎栆约疤囟ㄓ谶@個版本號的命令。）

清單 4. 展開 BusyBox

$ tar xvfz busybox-1.1.1.tar.gz$

結(jié)果會生成一個目錄，名為 busybox-1.1.1，其中包含了 BusyBox 的源代碼。要編譯默認的配置（其中包含了幾乎所有的內(nèi)容，并禁用了調(diào)試功能），請使用defconfigmake 目標：

清單 5. 編譯默認的 BusyBox 配置

$ cd busybox-1.1.1$ make defconfig$ make$

結(jié)果是一個相當大的 BusyBox 映像，不過這只是開始使用它的最簡單的方法。我們可以直接調(diào)用這個新映像，這會產(chǎn)生一個簡單的 Help 頁面，里面包括當前配置的命令。要對這個映像進行測試，我們也可以對一個命令調(diào)用 BusyBox 來執(zhí)行，如清單 6 所示。

清單 6. 展示 BusyBox 命令的執(zhí)行和 BusyBox 中的 ash shell

$ ./busybox pwd/usr/local/src/busybox-1.1.1$ ./busybox ash/usr/local/src/busybox-1.1.1 $ pwd/usr/local/src/busybox-1.1.1/usr/local/src/busybox-1.1.1 $ exit$

在這個例子中，我們調(diào)用了pwd（打印工作目錄）命令，使用 BusyBox 進入了ashshell，并在ash中調(diào)用了pwd。

手工配置

如果您正在構(gòu)建一個具有特殊需求的嵌入式設(shè)備，那就可以手工使用menuconfigmake 目標來配置 BusyBox 的內(nèi)容。如果您熟悉 Linux 內(nèi)核的編譯過程，就會注意到menuconfig與配置 Linux 內(nèi)核的內(nèi)容所使用的目標相同。實際上，它們都采用了相同的基于 ncurses 的應(yīng)用程序。

使用手工配置，我們可以指定在最終的 BusyBox 映像中包含的命令。我們也可以對 BusyBox 環(huán)境進行配置，例如包括對 NSA（美國國家安全代理）的安全增強 Linux（SELinux），指定要使用的編譯器（用來在嵌入式環(huán)境中進行交叉編譯）以及 BusyBox 應(yīng)該靜態(tài)編譯還是動態(tài)編譯。圖 1 給出了menuconfig的主界面。在這里我們應(yīng)該可以看到可以為 BusyBox 配置的不同類型的應(yīng)用程序（applet）。

圖 1. 使用 menuconfig 配置 BusyBox

多體系結(jié)構(gòu)支持 8f`~.S'q ^0可以簡單地為 BusyBox 指定交叉編譯器意味著我們可以為很多體系結(jié)構(gòu)編譯 BusyBox。要為您的目標體系結(jié)構(gòu)編譯 BusyBox，我們需要一個交叉編譯器和一個已經(jīng)為特定目標體系結(jié)構(gòu)編譯好的 C 庫（uClibc 或 glibc）。

要手工配置 BusyBox，請使用下面的命令：

清單 7. 手工配置 BusyBox

$ make menuconfig$ make$

這為我們提供了可以調(diào)用的 BusyBox 的二進制文件。下一個步驟是圍繞 BusyBox 構(gòu)建一個環(huán)境，包括將標準 Linux 命令重定向到 BusyBox 二進制文件的符號鏈接。我們可以使用下面的命令簡單地完成這個過程：

清單 8. 構(gòu)建 BusyBox 環(huán)境

$ make install$

默認情況下，這會創(chuàng)建一個新的本地子目錄 _install，其中包含了基本的 Linux 環(huán)境。在這個根目錄中，您會找到一個鏈接到 BusyBox 的linuxrc程序。這個linuxrc程序在構(gòu)建安裝盤或急救盤（允許提前進行模塊化的引導(dǎo)）時非常有用。同樣是在這個根目錄中，還有一個包含操作系統(tǒng)二進制文件的 /sbin 子目錄。還有一個包含用戶二進制文件的 /bin 目錄。在構(gòu)建軟盤發(fā)行版或嵌入式初始 RAM 磁盤時，我們可以將這個 _install 目錄遷移到目標環(huán)境中。我們還可以使用 make 程序的PREFIX選項將安裝目錄重定向到其他位置。例如，下面的代碼就使用 /tmp/newtarget 根目錄來安裝這些符號鏈接，而不是使用 ./_install 目錄：

清單 9. 將符號鏈接安裝到另外一個目錄中

$ make PREFIX=/tmp/newtarget install$

使用installmake 目標創(chuàng)建的符號鏈接都來自于 busybox.links 文件。這個文件是在編譯 BusyBox 時創(chuàng)建的，它包含了已經(jīng)配置的命令清單。在執(zhí)行install時，就會檢查 busybox.links 文件確定要創(chuàng)建的符號鏈接。

到 BusyBox 的命令行鏈接也可以使用 BusyBox 在運行時動態(tài)創(chuàng)建。CONFIG_FEATURE_INSTALLER選項就可以啟用這個特性，在運行時可以這樣執(zhí)行：

清單 10. 在運行時創(chuàng)建命令鏈接

$ ./busybox --install -s$

-s選項強制創(chuàng)建這些符號鏈接（否則就創(chuàng)建硬鏈接）。這個選項要求系統(tǒng)中存在 /proc 文件系統(tǒng)。

BusyBox 編譯選項

BusyBox 包括了幾個編譯選項，可以幫助為我們編譯和調(diào)試正確的 BusyBox。

表 1. 為 BusyBox 提供的幾個 make 選項

在定義配置時，我們只需要輸入make就可以真正編譯 BusyBox 二進制文件。例如，要為所有的應(yīng)用程序編譯 BusyBox，我們可以執(zhí)行下面的命令：

清單 11. 編譯 BusyBox 二進制程序

$ make allyesconfig$ make$

壓縮 BusyBox

如果您非常關(guān)心對 BusyBox 映像的壓縮，就需要記住兩件事情：

1. 永遠不要編譯為靜態(tài)二進制文件（這會將所有需要的庫都包含到映像文件中）。相反，如果我們是編譯為一個共享映像，那么它會使用其他應(yīng)用程序使用的庫（例如/lib/libc.so.X）。
2. 使用 uClibc 進行編譯，這是一個對大小進行過優(yōu)化的 C 庫，它是為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的；而不要使用標準的 glibc （GNU C 庫）來編譯。

BusyBox 命令中支持的選項

BusyBox 中的命令并不支持所有可用選項，不過這些命令都包含了常用的選項。如果我們需要知道一個命令可以支持哪些選項，可以使用--help選項來調(diào)用這個命令，如清單 12 所示。

清單 12. 使用 --help 選項調(diào)用命令

$ ./busybox wc --helpBusyBox v1.1.1 (2006.04.09-15:27+0000) multi-call binaryUsage: wc [OPTION]... [FILE]...Print line, word, and byte counts for each FILE, and a total line ifmore than one FILE is specified. With no FILE, read standard input.Options:-c	print the byte counts-l	print the newline counts-L	print the length of the longest line-w	print the word counts$

向 BusyBox 中添加新命令

向 BusyBox 添加一個新命令非常簡單，這是因為它具有良好定義的體系結(jié)構(gòu)。第一個步驟是為新命令的源代碼選擇一個位置。我們要根據(jù)命令的類型（網(wǎng)絡(luò)，shell 等）來選擇位置，并與其他命令保持一致。這一點非常重要，因為這個新命令最終會在 menuconfig 的配置菜單中出現(xiàn)（在下面的例子中，是 Miscellaneous Utilities 菜單）。

對于這個例子來說，我將這個新命令稱為newcmd，并將它放到了 ./miscutils 目錄中。這個新命令的源代碼如清單 13 所示。

清單 13. 集成到 BusyBox 中的新命令的源代碼

MISCUTILS-$(CONFIG_MT)          += mt.oMISCUTILS-$(CONFIG_NEWCMD)   += newcmd.oMISCUTILS-$(CONFIG_RUNLEVEL)    += runlevel.o

接下來再次更新 ./miscutils 目錄中的配置文件，以便讓新命令在配置過程中是可見的。這個文件名為 Config.in，新命令是按照字母順序添加的：

清單 15. 將命令添加到 Config.in 中

config CONFIG_NEWCMDbool newcmddefault nhelpnewcmd is a new test command.

這個結(jié)構(gòu)定義了一個新配置項（通過config關(guān)鍵字）以及一個配置選項（CONFIG_NEWCMD）。新命令可以啟用，也可以禁用，因此我們對配置的菜單屬性使用了bool（Boolean）值。這個命令默認是禁用的（n表示 No），我們可以最后放上一個簡短的 Help 描述。在源代碼樹的 ./scripts/config/Kconfig-language.txt 文件中，我們可以看到配置語法的完整文法。

接下來需要更新 ./include/applets.h 文件，使其包含這個新命令。將下面這行內(nèi)容添加到這個文件中，記住要按照字母順序。維護這個次序非常重要，否則我們的命令就會找不到。

清單 16. 將命令添加到 applets.h 中

USE_NEWCMD(APPLET(newcmd, newcmd_main, _BB_DIR_USER_BIN, _BB_SUID_NEVER))

倒數(shù)第二個步驟是向 ./include/usage.h 文件中添加詳細的幫助信息。正如您可以從這個文件的例子中看到的一樣，使用信息可能非常詳細。在本例中，我只添加了一點信息，這樣就可以編譯這個新命令了：

清單 17. 向 usage.h 添加幫助信息

">#000000">#define newcmd_trivial_usage	None#define newcmd_full_usage	None

最后一個步驟是啟用新命令（通過make menuconfig，然后在 Miscellaneous Utilities 菜單中啟用這個選項）然后使用make來編譯 BusyBox。

使用新的 BusyBox，我們可以對這個新命令進行測試，如清單 18 所示。

清單 18. 測試新命令

$ ./busybox newcmd arg1newcmd called:arg[0] = newcmdarg[1] = arg1$ ./busybox newcmd --helpBusyBox v1.1.1 (2006.04.12-13:47+0000) multi-call binaryUsage: newcmd NoneNone

就是這樣！BusyBox 開發(fā)人員開發(fā)了一個優(yōu)秀但非常容易擴展的工具。

結(jié)束語

BusyBox 是為構(gòu)建內(nèi)存有限的嵌入式系統(tǒng)和基于軟盤系統(tǒng)的一個優(yōu)秀工具。BusyBox 通過將很多必需的工具放入一個可執(zhí)行程序，并讓它們可以共享代碼中相同的部分，從而對它們的大小進行了很大程度的縮減，BusyBox 對于嵌入式系統(tǒng)來說是一個非常有用的工具，因此值得我們花一些時間進行探索。