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做一个最小的Linux Kernel

  Linux 能有多小呢 ? 每一个做 embedded 系统的人都把小看成第一要务,其实这是不对的。小当然不会比较坏,但不一定比较好。如果系统使用 4MB 和 5MB 没有价格或性能上的差别,那 4MB 和 5MB 是一样好的。

  到底有多小

  废话说了一堆,那到底 Linux 有多小呢? 好吧,各位这么有小牛顿的精神。我也只好想办法生一个答案出来了。

  首先我必须声明,我的不一定最小。不要说我在欺骗世人,你的核心比我小。我无意比较,我的数据只是给大家一个参考而己。不过我欢迎大家提出自己的心得,告诉大家怎么样做出更小的核心。

  我使用的是 Mandrake 内付的 2.2.15,我没有修改任何一行程序码,完全只靠修改组态档得到这些数据。

  首先,使用 make xconfig 把所有可以拿掉的选项都拿得。

  不要 floppy;

  不要 SMP,MTRR;

  不要 networking,SCSI;

  把所有的 block device 移除,只留下 old IDE device;

  把所有的 character device 移除;

  把所有的 filesystem 移除,只留下 minix;

  不要 sound 支援。

  相信我,我己经把所有的选项都移除了。这样做之后,我得到了一个 188K 的核心。 还不够小吗? OK,再加上一招,请把下列二个档案中的 -O3,-O2 用 -Os 取代。

  ./Makefile

  ./arch/i386/kernel/Makefile

  这样一来,整个核心水小了 9K,成为 179K.不过这个核心恐怕很难发挥 Linux 的功能,因此我决定把网络加回去。把 General 中的 network support 加回去,重新编译,核心变成 189 K.10K 换个 TCP/IP stack,似乎是很上算的生意。不过有 stack 没有 driver 也是惘然,所以我把 embedded board 常用的 RTL8139 的 driver 加回去,195K.

  如果你需要 DOS 档案系统,那大小成为 213K.如果 minix 用 ext2 换代,则大小成长至 222K.不过大家要注意,那里的大小指的是核心档的大小。那和所需要的随取记忆体是二回事。这个数字代表的意义是你需要多小的 ROM 来存放你的核心。

  Linux 所需的记忆体大约在 600~800 K 之间。1MB 可能可以开机了,但可能不太有用。因为可能连载入 C 程序库都有困难。2MB 应该就可以做点事了,但可能要到 4MB 以上才可以执行一个比较完整的系统。

  到底谁占了这些空间

  看到这里,是不是觉得 Linux 真的有点大。好吧! 那我们就来看看谁占用了这些空间,下面这个列表是从 222K 这个核心做出来的。

  # wc \

  arch/i386/kernel/kernel.o arch/i386/mm/mm.o kernel/kernel.o mm/mm.o fs/fs.o \

  ipc/ipc.o \

  fs/filesystems.a \

  net/network.a \

  drivers/block/block.a \

  drivers/char/char.a \

  drivers/misc/misc.a \

  drivers/net/net.a drivers/pnp/pnp.a \

  /usr/src/smalllinux/arch/i386/lib/lib.a \

  /usr/src/smalllinux/lib/lib.a \

  /usr/src/smalllinux/arch/i386/lib/lib.a

  结果如下 :

  243 2250 81946 arch/i386/kernel/kernel.o

  42 316 10569 arch/i386/mm/mm.o

  173 1541 74660 kernel/kernel.o

  266 2307 68053 mm/mm.o

  222 3139 123193 fs/fs.o

  49 602 21600 ipc/ipc.o

  263 2940 106504 fs/filesystems.a

  137 1510 65512 net/network.a

  92 719 39178 drivers/block/block.a

  230 2308 87556 drivers/char/char.a

  1 1 8 drivers/misc/misc.a

  83 721 25680 drivers/net/net.a

  1 1 8 drivers/pnp/pnp.a

  20 187 9526 /usr/src/smalllinux/arch/i386/lib/lib.a

  23 150 7714 /usr/src/smalllinux/lib/lib.a

  20 187 9526 /usr/src/smalllinux/arch/i386/lib/lib.a

  1865 18879 731233 total

  先说明一下,这里的大小和最终的大小有点差别,但大致还是可以做个参考。这边显示 730K 实际上大约在 600K 左右。

  很显然的,filesystem 相当的大。大约在 230K 左右,占了 1/3 的体积。记忆体管理占了 80K,和核心其它部份的总合差不多。TCP/IP stack 占了 65K,驱动程序占了 120K.SysV IPC 占了 21K,必要的话可以拿掉,核心档应该可以再小个 10K 左右。

  所以如果要减核心大小,应该动那里呢? 答案应该很明显,当然是档案系统。Linux 的 VFS 减化了档案系统的设计,buffer cache, directory cache 增加了系统的效率。但这些对整个系统都在 flash 上的 embedded 系统而言根本就用处不大。如果可以把它们对拿掉,核心可以马上缩小 20K 左右。如果跳过整个 VFS,直接将档案系统写成一个 driver 的型式,应该可以将 230K 缩减至 50K左右。整个核心缩到 100K 左右。

  从上面的数据来看,ucLinux 所减小的 mm 部份反到省的不多,主要是 mm 除了 virtual memory 之外,也要处理 memory allocation 的部份,这部份是省不得的。如果二者齐做,则 100K 以下的 Linux 核心不是不可能的事。

  结语

  如果有人有闲的话,不妨拿 2.0 或 1.0 的核心来试试。看能做出多小的核心。看完本文后,143K 的核心不再是技术上的挑战了,是吗? 也许明天就有人宣称做了 120K 的核心了。不过,所为何来,省那几十K.不如好好想想 compressed filesystem 等更有用的技术吧!

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