在嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建中，Busybox可用于構(gòu)建輕量級(jí)的根文件系統(tǒng)，本文從源碼結(jié)構(gòu)和源碼入口角度分析busybox，了解其背后的運(yùn)作機(jī)制。

busybox版本：1.35.0

Busybox簡介

（1-1）開源項(xiàng)目

Busybox是一個(gè)開源項(xiàng)目，遵循GPL v2協(xié)議。Busybox將眾多的UNIX命令集合進(jìn)了一個(gè)很小的可執(zhí)行程序中，可以用來替代GNU fileutils、shellutils等工具集。Busybox中各種命令與相應(yīng)的GNU工具相比，所能提供的選項(xiàng)比較少，但是對(duì)于一般的應(yīng)用場景也足夠了，特別是在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。

（1-2）程序本體較小

Busybox在設(shè)計(jì)過程中對(duì)文件大小進(jìn)行了優(yōu)化，并考慮了系統(tǒng)資源有限(比如內(nèi)存等)的情況。與一般的GNU工具集動(dòng)輒幾M的體積相比，動(dòng)態(tài)鏈接的Busybox只有幾百K，即使是采用靜態(tài)鏈接也只有1M左右。除此之外，Busybox按模塊設(shè)計(jì)，可以很容易地加入、去除某些命令，或增減命令的某些選項(xiàng)。

（1-3）使用簡單

如果使用Busybox來創(chuàng)建根文件系統(tǒng)，使用起來比較方便，只需要在/dev目錄下創(chuàng)建必要的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，在/etc目錄下增加一些配置文件即可，當(dāng)然如果Busybox是動(dòng)態(tài)鏈接的，那么還需要在/lib目錄下包含相關(guān)的運(yùn)行庫文件。

Busybox源碼目錄結(jié)構(gòu)

在較老版本的Busybox中，對(duì)于Busybox的多個(gè)程序是全部塞進(jìn)了一個(gè)名為utility.c的文件中，后來更改了Busybox的整體源碼結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，將這些程序拆分成了各個(gè)工具模塊。

Busybox程序主體

Busybox是在linux內(nèi)核啟動(dòng)后加載運(yùn)行的用戶空間程序，在源碼設(shè)計(jì)上是基于C語言完成設(shè)計(jì)和開發(fā)的。與常規(guī)程序一樣，Busybox的入口同樣是main()，定義在libbb/appletlib文件的末尾處。在函數(shù)開始處，使用ENABLE_BUILD_LIBBUSYBOX對(duì)函數(shù)名稱進(jìn)行了條件分支處理：如果ENABLE_BUILD_LIBBUSYBOX為真，則表示將Busybox以庫的方式進(jìn)行構(gòu)建。

在函數(shù)體中，以條件宏定義進(jìn)行代碼的編譯邏輯控制：

?

?/*?Tweak?malloc?for?reduced?memory?consumption?*/
#ifdef?M_TRIM_THRESHOLD
?/*?M_TRIM_THRESHOLD是釋放的最頂層內(nèi)存的最大數(shù)量
??*?默認(rèn)值太大，是256k
??*/
?mallopt(M_TRIM_THRESHOLD,?8?*?1024);
#endif
#ifdef?M_MMAP_THRESHOLD
?/* M_MMAP_THRESHOLD是使用mmap()的請(qǐng)求大小閾值。
??*?默認(rèn)值是256k
??*/
?mallopt(M_MMAP_THRESHOLD,?32?*?1024?-?256);
#endif

?

上述代碼都調(diào)用了mallopt()函數(shù)，該函數(shù)用于設(shè)置內(nèi)存的分配參數(shù)，由于默認(rèn)值太大（為256KB），故此處調(diào)整內(nèi)存分配大小，讓出多余的內(nèi)存。

接著，是一個(gè)由#if -- #elif -- #else -- #endif控制的條件宏多分支判斷結(jié)構(gòu)語句，此處以Busybox的一般運(yùn)行情況為例（在Linux內(nèi)核啟動(dòng)后期，加載并運(yùn)行Busybox構(gòu)建出的init程序）。其執(zhí)行邏輯如下：

首先Busybox是一個(gè)linux下的工具集合，本質(zhì)則是一個(gè)個(gè)的命令，例如：ls、mv、cp等，在命令行我們輸入想要執(zhí)行的操作時(shí)，例如：mkdir iriczhao，則會(huì)將參數(shù)傳遞給Busybox，然后由他完成對(duì)應(yīng)的操作。

在源碼中，使用char * applet_name表示工具的名稱（本質(zhì)是字符串），首先會(huì)調(diào)用lbb_prepare()函數(shù)：

?

lbb_prepare("busybox"?IF_FEATURE_INDIVIDUAL(,?argv));

?

將會(huì)設(shè)置applet_name的值為“busybox“，用于執(zhí)行ENABLE_FEATURE_INDIVIDUAL為真時(shí)的邏輯操作：

?

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
}

?

接著，會(huì)解析命令行傳遞的第一個(gè)參數(shù)：

?

?applet_name?=?argv[0];
?if?(applet_name[0]?==?'-')
??applet_name++;
?applet_name?=?bb_basename(applet_name);

?

例如，在命令行輸入mkdir iriczhao命令，則會(huì)解析到mkdir命令傳遞給applet_name，至于后面的參數(shù)（此處是iriczhao）是如何傳遞的，后文會(huì)描述到。

如果配置了FEATURE_SUID_CONFIG宏定義，在parse_config_file()函數(shù)中還將從/etc/busybox.conf文件中解析關(guān)于busybox的配置參數(shù)。

在最后，則是busybox的重要函數(shù)：run_applet_and_exit()，該函數(shù)定義如下：

?

static?NORETURN?void?run_applet_and_exit(const?char?*name,?char?**argv)
{
#if?ENABLE_BUSYBOX
??//檢查是否是帶有busybox前綴的字符串，如果不是，則返回NULL。
??//如果在命令行下輸入具體的命令，則不是帶有busybox前綴的命令字符串，則不會(huì)執(zhí)行該條件下的語句
?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，則會(huì)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的命令操作，并退出；否則，busybox將會(huì)報(bào)錯(cuò)：

?

#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
??
??//正常情況下（NUM_APPLETS >?0），不會(huì)執(zhí)行下述代碼。
?/*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);
??

?

從上述代碼可知，在命令行鍵入命令后，實(shí)則起關(guān)鍵作者的函數(shù)是：find_applet_by_name()和run_applet_no_and_exit()。下文將繼續(xù)分析。

Busybox程序運(yùn)行剖析

在上一小節(jié)中，已經(jīng)知道當(dāng)我們?cè)赽usybox的命令行下，鍵入命令后，執(zhí)行具體操作的函數(shù)是：find_applet_by_name()和run_applet_no_and_exit()。

在編譯構(gòu)建源碼并安裝busybox后，在安裝目錄下的文件結(jié)構(gòu)則是一個(gè)名為busybox的可執(zhí)行程序和很多的鏈接，這些鏈接實(shí)則是我們?cè)诿钚墟I入的命令名稱。如下圖所示：

從源碼角度看，busybox中的命令都有一一對(duì)應(yīng)的執(zhí)行函數(shù)，其函數(shù)命名格式為xxx_main()，在源碼設(shè)計(jì)上，其內(nèi)部在/include/applet_tabls.h頭文件中維護(hù)了一張命令表，定義如下（代碼太長，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,
//省略大量內(nèi)容
//...
}

?

上述函數(shù)指針數(shù)組中的元素則是分布于busybox源碼各個(gè)目錄下命令入口函數(shù)。在代碼執(zhí)行邏輯中，首先會(huì)調(diào)用find_applet_by_name()函數(shù)，通過傳入的命令名稱獲取在命令表中的數(shù)組下標(biāo)。并將命令對(duì)應(yīng)的下標(biāo)applet、命令名稱name和命令行參數(shù)字符串a(chǎn)rgv傳遞給run_applet_no_and_exit()函數(shù)（注：解釋了上一小節(jié)中，命令行對(duì)應(yīng)命令后面的參數(shù)是如何傳遞的），該函數(shù)定義如下：

?

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

?

在上述代碼中，執(zhí)行命令下的對(duì)應(yīng)具體操作函數(shù)的語句是：

?

xfunc_error_retval?=?applet_main[applet_no](argc,?argv);

?

applet_main是命令表數(shù)組，applet_no是對(duì)應(yīng)命令的數(shù)組下標(biāo)，本質(zhì)則是調(diào)用對(duì)應(yīng)的applet_main命令表數(shù)組中的元素（函數(shù)指針），并將argc和argv作為參數(shù)給了對(duì)應(yīng)的命令執(zhí)行函數(shù)。

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