在嵌入式系統構建中，Busybox可用于構建輕量級的根文件系統，本文從源碼結構和源碼入口角度分析busybox，了解其背后的運作機制。

busybox版本：1.35.0

Busybox簡介

（1-1）開源項目

Busybox是一個開源項目，遵循GPL v2協議。Busybox將眾多的UNIX命令集合進了一個很小的可執行程序中，可以用來替代GNU fileutils、shellutils等工具集。Busybox中各種命令與相應的GNU工具相比，所能提供的選項比較少，但是對于一般的應用場景也足夠了，特別是在嵌入式系統的設計中。

（1-2）程序本體較小

Busybox在設計過程中對文件大小進行了優化，并考慮了系統資源有限(比如內存等)的情況。與一般的GNU工具集動輒幾M的體積相比，動態鏈接的Busybox只有幾百K，即使是采用靜態鏈接也只有1M左右。除此之外，Busybox按模塊設計，可以很容易地加入、去除某些命令，或增減命令的某些選項。

（1-3）使用簡單

如果使用Busybox來創建根文件系統，使用起來比較方便，只需要在/dev目錄下創建必要的設備節點，在/etc目錄下增加一些配置文件即可，當然如果Busybox是動態鏈接的，那么還需要在/lib目錄下包含相關的運行庫文件。

Busybox源碼目錄結構

在較老版本的Busybox中，對于Busybox的多個程序是全部塞進了一個名為utility.c的文件中，后來更改了Busybox的整體源碼結構和設計，將這些程序拆分成了各個工具模塊。

Busybox程序主體

Busybox是在linux內核啟動后加載運行的用戶空間程序，在源碼設計上是基于C語言完成設計和開發的。與常規程序一樣，Busybox的入口同樣是main()，定義在libbb/appletlib文件的末尾處。在函數開始處，使用ENABLE_BUILD_LIBBUSYBOX對函數名稱進行了條件分支處理：如果ENABLE_BUILD_LIBBUSYBOX為真，則表示將Busybox以庫的方式進行構建。

在函數體中，以條件宏定義進行代碼的編譯邏輯控制：

?

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

?

上述代碼都調用了mallopt()函數，該函數用于設置內存的分配參數，由于默認值太大（為256KB），故此處調整內存分配大小，讓出多余的內存。

接著，是一個由#if -- #elif -- #else -- #endif控制的條件宏多分支判斷結構語句，此處以Busybox的一般運行情況為例（在Linux內核啟動后期，加載并運行Busybox構建出的init程序）。其執行邏輯如下：

首先Busybox是一個linux下的工具集合，本質則是一個個的命令，例如：ls、mv、cp等，在命令行我們輸入想要執行的操作時，例如：mkdir iriczhao，則會將參數傳遞給Busybox，然后由他完成對應的操作。

在源碼中，使用char * applet_name表示工具的名稱（本質是字符串），首先會調用lbb_prepare()函數：

?

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

?

將會設置applet_name的值為“busybox“，用于執行ENABLE_FEATURE_INDIVIDUAL為真時的邏輯操作：

?

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，會解析命令行傳遞的第一個參數：

?

?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，則會解析到mkdir命令傳遞給applet_name，至于后面的參數（此處是iriczhao）是如何傳遞的，后文會描述到。

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

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

?

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，則不會執行該條件下的語句
?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，則會執行對應的命令操作，并退出；否則，busybox將會報錯：

?

#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），不會執行下述代碼。
?/*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，實則起關鍵作者的函數是：find_applet_by_name()和run_applet_no_and_exit()。下文將繼續分析。

Busybox程序運行剖析

在上一小節中，已經知道當我們在busybox的命令行下，鍵入命令后，執行具體操作的函數是：find_applet_by_name()和run_applet_no_and_exit()。

在編譯構建源碼并安裝busybox后，在安裝目錄下的文件結構則是一個名為busybox的可執行程序和很多的鏈接，這些鏈接實則是我們在命令行鍵入的命令名稱。如下圖所示：

從源碼角度看，busybox中的命令都有一一對應的執行函數，其函數命名格式為xxx_main()，在源碼設計上，其內部在/include/applet_tabls.h頭文件中維護了一張命令表，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,
//省略大量內容
//...
}

?

上述函數指針數組中的元素則是分布于busybox源碼各個目錄下命令入口函數。在代碼執行邏輯中，首先會調用find_applet_by_name()函數，通過傳入的命令名稱獲取在命令表中的數組下標。并將命令對應的下標applet、命令名稱name和命令行參數字符串argv傳遞給run_applet_no_and_exit()函數（注：解釋了上一小節中，命令行對應命令后面的參數是如何傳遞的），該函數定義如下：

?

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，執行命令下的對應具體操作函數的語句是：

?

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

?

applet_main是命令表數組，applet_no是對應命令的數組下標，本質則是調用對應的applet_main命令表數組中的元素（函數指針），并將argc和argv作為參數給了對應的命令執行函數。

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