1.Linux内核裁剪介绍
Linux内核裁剪是一个优化Linux系统性能和资源使用的过程，通过移除不必要的功能和驱动程序来减小内核大小。这对于嵌入式系统、特定用途的服务器或者想要提高系统性能的用户来说特别有用。以下是关于Linux内核裁剪的详细信息：
1. 裁剪的目的：
- 减小内核大小
- 提高系统启动速度
- 降低内存占用
- 提高系统性能
- 移除不需要的功能，增加安全性
2. 裁剪的方法：
a. 配置内核：
- 使用 `make menuconfig`, `make xconfig`, 或 `make gconfig` 命令进入图形化配置界面
- 选择或取消选择各种内核选项和模块
b. 模块化：
- 将某些功能编译为模块，而不是直接编译进内核
- 使用时才加载模块，节省内存
c. 移除不需要的驱动：
- 去掉不使用的硬件驱动
- 只保留系统所需的驱动程序
3. 裁剪步骤：
a. 获取内核源码
b. 进行内核配置（如使用 `make menuconfig`）
c. 保存配置
d. 编译内核（`make`）
e. 安装模块（`make modules_install`）
f. 安装内核（`make install`）
g. 更新引导加载程序
h. 重启并测试新内核
4. 注意事项：
- 在裁剪之前备份当前的内核配置
- 保留必要的功能，避免系统无法启动
- 逐步进行裁剪，每次小幅度修改并测试
- 保留旧的内核作为备用
5. 常见裁剪项目：
- 文件系统支持
- 网络协议栈
- 设备驱动程序
- 调试和追踪功能
- 电源管理功能
- 虚拟化支持
6. 工具和技巧：
- 使用 `lsmod` 命令查看已加载的模块
- 利用 `modprobe` 手动加载/卸载模块
- 使用 `localmodconfig` 工具自动生成基于当前加载模块的配置
7. 优点：
- 系统更轻量级、启动更快
- 减少潜在的安全漏洞
- 降低资源消耗
8. 缺点：
- 需要专业知识
- 可能导致某些硬件或软件不兼容
- 需要频繁测试以确保系统稳定性
内核裁剪是一个需要谨慎进行的过程，需要对Linux系统有深入的了解。对于生产环境，建议在充分测试后再部署裁剪过的内核。
2 .linux内核裁剪举例
1. 移除不需要的文件系统支持:
假设你的系统只使用 ext4 文件系统,那么可以移除其他文件系统的支持:
```
File systems --->
[ ] Btrfs filesystem support
[ ] Reiserfs support
[ ] JFS filesystem support
[ ] XFS filesystem support
```
只保留:
```
File systems --->
[*] The Extended 4 (ext4) filesystem
```
2. 精简网络协议栈:
如果你的系统不需要 IPv6,可以禁用它:
```
Networking support --->
Networking options --->
[ ] The IPv6 protocol
```
3. 移除不必要的设备驱动:
例如,在一个不使用无线网络的服务器上,可以移除无线驱动:
```
Device Drivers --->
[*] Network device support --->
[ ] Wireless LAN --->
[ ] Intel PRO/Wireless 2100 Network Connection
[ ] Intel PRO/Wireless 2200BG and 2915ABG Network Connection
...
```
4. 禁用不需要的声音支持:
在无需音频的服务器上:
```
Device Drivers --->
< > Sound card support
```
5. 移除不必要的处理器特性:
如果你确定系统不需要某些处理器特性,可以禁用它们:
```
Processor type and features --->
[ ] Symmetric multi-processing support
[ ] Support for extended (non-PC) x86 platforms
```
6. 禁用调试和追踪功能:
在生产环境中,可以禁用这些功能以提高性能:
```
Kernel hacking --->
[ ] Kernel debugging
[ ] Tracers --->
[ ] Kernel Function Tracer
[ ] Kernel Function Graph Tracer
```
7. 精简电源管理:
对于不需要高级电源管理的系统:
```
Power management and ACPI options --->
[ ] Suspend to RAM and standby
[ ] Hibernation (aka 'suspend to disk')
```
8. 移除虚拟化支持:
如果系统不需要运行虚拟机:
```
Virtualization --->
[ ] Kernel-based Virtual Machine (KVM) support
```
9. 移除不需要的加密算法:
如果某些加密算法不会被使用:
```
Cryptographic API --->
[ ] Blowfish cipher algorithm
[ ] Twofish cipher algorithm
```
10. 禁用不需要的网络协议:
```
Networking support --->
Networking options --->
[ ] The IPX protocol
[ ] Appletalk protocol support
```
记住,这些只是例子,实际的裁剪应该基于你的具体需求和硬件配置。在进行任何裁剪之前,确保你完全理解每个选项的作用,并在一个安全的环境中进行测试。
高级技巧:
11. 移除多余的输入设备驱动:
对于服务器或嵌入式系统,可能不需要许多输入设备:
```
Device Drivers --->
Input device support --->
[ ] Keyboards --->
[ ] Mice --->
[ ] Joysticks/Gamepads --->
[ ] Touchscreens --->
```
12. 精简 USB 支持:
如果系统不需要支持某些 USB 设备:
```
Device Drivers --->
[*] USB support --->
[ ] USB Modem (CDC ACM) support
[ ] USB Printer support
[ ] USB Mass Storage support
```
13. 移除图形支持:
对于无图形界面的服务器:
```
Device Drivers --->
Graphics support --->
[ ] Direct Rendering Manager (XFree86 4.1.0 and higher DRI support)
[ ] Frame buffer Devices --->
```
14. 禁用不必要的文件系统特性:
```
File systems --->
[ ] Quota support
[ ] Dnotify support
[ ] Inotify support for userspace
```
15. 移除多余的安全选项:
如果不需要某些特定的安全特性:
```
Security options --->
[ ] NSA SELinux Support
[ ] AppArmor support
```
16. 禁用不需要的网络文件系统:
```
File systems --->
Network File Systems --->
[ ] NFS client support
[ ] CIFS support (advanced network filesystem, SMBFS successor)
```
17. 移除多余的内存管理选项:
```
Kernel Features --->
[ ] Transparent Hugepage Support
```
高级裁剪技巧:
1. 使用 `make localmodconfig`:
这个命令会根据当前加载的模块创建一个新的内核配置。它会禁用所有当前未使用的模块,大大减小内核大小。
```
lsmod > /tmp/my-lsmod
make LSMOD=/tmp/my-lsmod localmodconfig
```
2. 使用 `make localyesconfig`:
类似于 `localmodconfig`,但它会将所有当前使用的模块直接编译进内核,而不是作为可加载模块。
3. 使用 `scripts/config` 进行自动化配置:
你可以创建一个脚本来自动化配置过程。例如:
```bash
./scripts/config --disable SOUND
./scripts/config --enable EXT4_FS
./scripts/config --module USB_STORAGE
```
4. 分析启动日志:
查看 `dmesg` 输出,找出哪些模块在启动时被加载,哪些没有被使用。
5. 使用 `make tinyconfig`:
这会创建一个极小的配置,然后你可以在此基础上添加必要的功能。
6. 使用 `sparse` 工具:
这可以帮助你发现潜在的代码问题。
7. 配置文件对比:
使用 `scripts/diffconfig` 来比较两个配置文件的差异:
```
scripts/diffconfig .config old_config
```
8. 模块化与内置权衡:
对于频繁使用的功能,考虑直接编译进内核而不是作为模块,这可能会略微增加内核大小,但可以提高性能。
记住,内核裁剪是一个需要反复试验和测试的过程。每次修改后,都要确保系统能够正常启动和运行所有必要的功能。对于生产系统,建议保留一个已知可用的内核配置作为备份。
内核裁剪技巧和高级概念:
19. 优化调度器:
如果你的系统有特定的调度需求,可以考虑调整或更换调度器:
```
General setup --->
[*] Preemption Model (Voluntary Kernel Preemption (Desktop)) --->
( ) No Forced Preemption (Server)
(X) Voluntary Kernel Preemption (Desktop)
( ) Preemptible Kernel (Low-Latency Desktop)
```
20. 移除热插拔支持:
对于配置固定的系统,可以禁用热插拔:
```
General setup --->
[ ] Support for hot-pluggable devices
```
21. 优化内存管理:
根据系统内存大小和用途,调整内存管理参数:
```
Kernel Features --->
Memory Management options --->
[ ] Allow for memory compaction
[ ] Page migration
```
22. 禁用不必要的文件系统日志:
如果不需要某些文件系统的日志功能:
```
File systems --->
[ ] Ext3 journalling file system support
[ ] Ext4 extended attributes
```
高级裁剪概念和技巧:
1. Kconfig 语法:
了解 Kconfig 文件的语法可以帮助你更好地理解和修改内核配置选项。
2. 使用 `pahole` 工具:
这个工具可以帮助你分析结构体布局,优化内存使用。
3. 内核模块黑名单:
使用 `/etc/modprobe.d/blacklist.conf` 文件来阻止某些模块加载,而不是完全从内核中移除它们。
4. initramfs 优化:
裁剪 initramfs 可以进一步减少启动时间和内存使用。
5. 使用 `objdump` 分析内核:
这可以帮助你了解哪些函数占用了最多的空间。
6. 内核参数优化:
通过修改 `/etc/sysctl.conf` 或使用 `sysctl` 命令来优化运行时的内核参数。
7. 自定义内核补丁:
对于特定需求,可能需要应用自定义补丁来移除或修改某些功能。
8. 使用 `kexec`:
这可以加速内核重启过程,对于需要频繁重启的系统很有用。
9. 编译器优化:
使用适当的 GCC 优化选项可以减小内核大小并提高性能。
10. 内核模块自动加载:
了解和配置模块的自动加载机制,可以更好地控制哪些模块在什么时候被加载。
11. 使用 `kconfiglib`:
这是一个 Python 库,可以帮助你以编程方式分析和修改内核配置。
12. 性能分析工具:
使用 `perf` 等工具来分析系统性能,找出瓶颈,进行针对性优化。
13. 实时补丁:
对于需要低延迟的系统,考虑应用实时补丁(PREEMPT_RT)。
14. 交叉编译:
为不同架构编译内核时,需要正确设置交叉编译工具链。
15. 动态调试:
了解如何使用 `kprobes` 和 `systemtap` 进行动态内核调试。
内核裁剪是一个复杂的过程,需要深入理解Linux内核的工作原理。它不仅仅是删除不需要的部分,还涉及到性能优化、稳定性考虑和安全性权衡。对于特定用途的系统(如嵌入式设备、高性能服务器等),定制内核可以带来显著的性能提升和资源节省。然而,这个过程需要谨慎进行,并进行充分的测试。
3.延迟加载在内核剪裁中的应用
延迟加载（也称为按需加载）是内核裁剪中的一个重要技术，它可以帮助优化系统启动时间和内存使用。这种方法允许将某些功能模块化，并在需要时才加载，而不是在系统启动时就全部加载。以下是延迟加载在内核裁剪中的应用和相关概念：
1. 模块化vs内置：
- 将非必要的功能编译为模块而不是直接编译进内核。
- 使用 `M` 选项而不是 `Y` 选项在内核配置中。
```
Device Drivers --->
[M] USB support --->
```
2. 自动模块加载：
- 利用 udev 和 modprobe 在需要时自动加载模块。
- 配置 `/etc/modules-load.d/` 来控制启动时加载的模块。
3. 按需加载文件系统：
- 将非根文件系统的支持编译为模块，在挂载时自动加载。
```
File systems --->
[M] FUSE (Filesystem in Userspace) support
[M] NTFS file system support
```
4. 网络协议栈优化：
- 将不常用的网络协议编译为模块，需要时再加载。
```
Networking support --->
[M] Bluetooth subsystem support
[M] Wireless --->
```
5. 设备驱动延迟加载：
- 将非关键设备的驱动编译为模块，通过 udev 规则在设备插入时加载。
6. initramfs 优化：
- 只在 initramfs 中包含启动必需的模块，其他模块留待系统完全启动后按需加载。
7. 使用 `modprobe.d` 配置：
- 通过 `/etc/modprobe.d/` 目录下的配置文件控制模块的加载选项和依赖关系。
8. 内核命令行参数：
- 使用内核启动参数如 `module_blacklist` 来防止某些模块自动加载。
9. 动态设备树：
- 在支持设备树的系统上，使用动态设备树覆盖来按需启用硬件功能。
10. kexec 和快速重启：
- 使用 kexec 来快速切换内核，避免完整的启动过程。
11. 用户空间驱动：
- 将某些设备驱动移至用户空间（如 FUSE 文件系统），实现更灵活的加载策略。
12. Systemd 集成：
- 利用 systemd 的 device 单元和 mount 单元来管理设备和文件系统的按需加载。
13. 热插拔支持：
- 确保系统支持热插拔，以便在运行时动态加载和卸载模块。
14. 模块依赖管理：
- 使用 `depmod` 生成模块依赖关系，确保按需加载时所有依赖都能正确加载。
15. 性能监控和优化：
- 使用 `systemd-analyze` 和 `bootchart` 等工具分析启动过程，找出可以延迟加载的组件。
实施延迟加载策略时，需要权衡启动速度、运行时性能和系统复杂性。虽然延迟加载可以显著改善启动时间和初始内存占用，但也可能导致首次使用某些功能时出现短暂延迟。因此，在应用这些技术时，需要根据系统的具体用途和性能要求进行仔细的规划和测试。
4.Linux设备树裁剪
裁剪Linux设备树是优化嵌入式系统和特定硬件平台的重要步骤。设备树描述了系统的硬件配置，通过裁剪可以删除不必要的节点，优化内存使用并可能提高启动速度。以下是裁剪设备树的几种方法和技巧：
1. 手动编辑设备树源文件（.dts）：
- 直接编辑 .dts 文件，删除不需要的节点。
- 例如，移除未使用的外设、接口或功能的节点。
```dts
/delete-node/ &unused_peripheral;
```
2. 使用设备树覆盖（Overlays）：
- 创建一个单独的覆盖文件来修改主设备树。
- 这允许在不更改原始设备树的情况下进行定制。
```dts
/dts-v1/;
/plugin/;
/ {
fragment@0 {
target = <&some_node>;
__overlay__ {
status = "disabled";
};
};
};
```
3. 条件编译：
- 在设备树源文件中使用预处理指令进行条件编译。
```dts
#ifdef CONFIG_FEATURE_X
feature_x_node: feature_x {
/* 节点定义 */
};
#endif
```
4. 使用设备树预处理器（cpp）：
- 利用 C 预处理器的功能来条件性包含或排除设备树的部分。
```dts
#if defined(BOARD_VERSION_A)
#include "board-version-a.dtsi"
#elif defined(BOARD_VERSION_B)
#include "board-version-b.dtsi"
#endif
```
5. 使用 status 属性：
- 将不需要的节点的 status 属性设置为 "disabled"。
```dts
unused_node: unused {
status = "disabled";
};
```
6. 删除未使用的别名：
- 检查并删除设备树中未使用的别名定义。
```dts
/ {
aliases {
/delete-property/ unused-alias;
};
};
```
7. 优化内存节点：
- 根据实际硬件配置调整内存节点。
```dts
memory {
reg = <0x80000000 0x20000000>; /* 调整为实际大小 */
};
```
8. 使用设备树编译器（dtc）选项：
- 使用 dtc 的 `-@` 选项来删除带有特定标签的节点。
```bash
dtc -@ -I dts -O dtb input.dts -o output.dtb
```
9. 脚本自动化：
- 编写脚本来分析和裁剪设备树，特别是对于大型或复杂的设备树。
10. 使用设备树叠加（Flattened Device Tree，FDT）：
- 在运行时修改设备树，允许动态裁剪或修改。
11. 移除未使用的 pin 配置：
- 检查并删除未使用的引脚复用和配置。
12. 优化时钟树：
- 删除未使用的时钟节点和配置。
13. 合并相似节点：
- 如果有多个相似的节点，考虑使用数组或循环来简化描述。
14. 使用设备树包含文件：
- 将通用配置放在单独的 .dtsi 文件中，仅包含需要的部分。
15. 审查和删除调试相关节点：
- 在生产版本中移除仅用于调试的节点。
裁剪设备树时，需要注意以下几点：
- 确保裁剪后的设备树仍然准确描述硬件配置。
- 测试所有功能以确保裁剪没有移除必要的节点。
- 考虑未来的可扩展性和维护性。
- 记录所做的更改，以便于后续维护和更新。
- 使用版本控制系统管理设备树文件的变更。
通过谨慎和系统的裁剪，可以显著优化设备树，使其更加精简和高效，同时保持对硬件的准确描述。