busybox的实现原理分析（C语言实现简易版的busybox）

Posted 2022-12-09 正在起飞的蜗牛

1、linux中实现命令的两种方式

1.1、命令都是单独的可执行程序

aston:~$ ls -l /bin/ls
-rwxr-xr-x 1 root root 138208  2鏈 8  2022 /bin/ls
aston:~$ 
aston:~$ ls -l /bin/mkdir 
-rwxr-xr-x 1 root root 68096  2鏈 8  2022 /bin/mkdir
aston:~$ 
aston:~$ file /bin/ls
/bin/ls: ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=897f49cafa98c11d63e619e7e40352f855249c13, for GNU/Linux 3.2.0, stripped

(1)在linux的根文件系统中，系统自带的命令放在"/bin、/sbin"目录中，用户的命令放在"/usr/bin、/usr/sbin"目录中；
(2)用"ls -l"可知每个命令都是二进制文件，用"file"命令查看可知每个命令都是可执行文件；
(3)命令都是单独的可执行程序，这种方式一般都是Ubuntu、Centos、服务器的linux系统采用，部署在硬件资源比较充足的设备里；

1.2、命令是指向busybox的符号链接

(1)用"ls -l"可知每个命令都是符号链接，指向busybox；
(2)这种方式一般是嵌入式设备采用；

1.3、两种实现方式的对比

(1)每个命令都是单独的可执行程序：这种方式要求的资源更多，但是命令支持的功能也更丰富；
(2)用符号链接和busybox实现命令：busybox占用的空间明显小于所有单独命令可执行程序占用空间之和，节省更多的资源，但是busybox的命令都是裁剪过的，只支持命令中常用的选项；
(3)busybox适合嵌入式设备，支持必要的命令，而且占用的空间小，嵌入式设备flash和内存一般都不富裕；
(4)命令是单独可执行程序的方式：更适合在电脑、服务器上运行的linux系统，flash和内存等硬件资源都比较充裕，更注重性能和命令的完整；

2、busybox介绍

2.1、为什么需要busybox

(1)busybox集成了常用的所有命令，可以很方便的构建文件系统。假设现在要构建文件系统，如果没有busybox，则需要去下载"ls、cd、mkdir······"每个命令的源码再编译，工作量很大且很繁琐；
(2)busybox高度可裁剪，需要支持什么命令就配置busybox编译哪些命令的源码，有效减小busybox的体积，节省空间；

2.2、busybox的源码获取

官网地址：www.busybox.net

2.3、busybox的两种使用方式

(1)符号链接：建立符号链接指向busybox，为每个命令建立一个符号链接；
(2)直接调用busybox，比如："busybox ls"的效果和直接执行"ls"命令是相同的；

3、C语言实现简易版busybox

3.1、源码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

//计算数组的成员个数
#define ARRAY_SIZE(x) ((unsigned)(sizeof(x) / sizeof((x)[0])))

//实现ls命令功能
int my_ls_main(int argc, char * argv[])

	char bufCmd[256] = 0;

	sprintf(bufCmd, "ls %s", argv[1]);

	system(bufCmd);

	return 0;


//实现mkdir命令功能
int my_mkdir_main(int argc, char * argv[])

	char bufCmd[256] = 0;

	sprintf(bufCmd, "mkdir %s", argv[1]);

	system(bufCmd);

	return 0;


//busybox的说明函数
int my_help_main(int argc, char * argv[])

	printf("busybox only support commond:ls and mkdir\\n");
	return 0;


//支持的命令列表
const char *applet_names[] = 

"my_ls",
"my_mkdir",
"--help", 
"-h"
;

//每个命令对应的实现函数，顺序要和applet_names数组的顺序一一对应
int (*const applet_main[])(int argc, char * argv[]) = 

	my_ls_main,	
	my_mkdir_main,
	my_help_main,
	my_help_main,
;

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

	int i = 0;
	char *cmdBuf = malloc(256);
	int start_index = 0;

	memset(cmdBuf, 0, sizeof(cmdBuf));


	//打印接收到的命令
#if 0
	while(i < argc)
	
		printf("argv[%d] = %s \\n", i, argv[i]);
		i++;
	
#endif

	//如果是直接调用的busybox需要特殊处理
	if(strcmp(argv[0], "my_busybox") == 0)
	
		start_index = 1;
	

	//在支持的命令列表里查找是否支持该命令
	for(i = 0; i < ARRAY_SIZE(applet_names); i++)
	
		if (strcmp(argv[start_index], applet_names[i]) == 0)
		
			applet_main[i](argc, argv);
			break;
		
	

	//查找不到输入的命令则不支持该命令
	if(i == ARRAY_SIZE(applet_names))
	
		printf("command not found\\n");
		return -1;
	

	return 0;

3.2、代码的编译和使用

[root#]$ ls -l
total 16
-rwxr-xr-x 1 310793 domain_users 8352 Nov 15 16:25 my_busybox
lrwxrwxrwx 1 310793 domain_users   10 Nov 15 16:25 my_ls -> my_busybox
lrwxrwxrwx 1 310793 domain_users   10 Nov 15 16:26 my_mkdir -> my_busybox
-rwxrw---- 1 310793 domain_users 1857 Nov 15 16:31 test.c

(1)为了避免与系统中的busybox冲突，将可执行程序命名为my_busybox；
(2)本简易版busybox仅支持ls和mkdir命令，所以创建my_ls和my_mkdir命令执行my_busybox；
(3)将代码所在目录导出到环境变量PATH中，可以自动查找到刚才构建的命令(export PATH=命令所在路径:$PATH);

3.3、代码执行效果

[310793@yanfa204_ubuntu18-jk128:weops 222]$ gcc test.c -o my_busybox 
[310793@yanfa204_ubuntu18-jk128:weops 222]$ 
[310793@yanfa204_ubuntu18-jk128:weops 222]$ my_ls ./
my_busybox  my_ls  my_mkdir  test.c
[310793@yanfa204_ubuntu18-jk128:weops 222]$ 
[310793@yanfa204_ubuntu18-jk128:weops 222]$ my_mkdir 112233
[310793@yanfa204_ubuntu18-jk128:weops 222]$ 
[310793@yanfa204_ubuntu18-jk128:weops 222]$ my_ls ./
112233  my_busybox  my_ls  my_mkdir  test.c
[310793@yanfa204_ubuntu18-jk128:weops 222]$ 
[310793@yanfa204_ubuntu18-jk128:weops 222]$ my_busybox my_ls ./
112233  my_busybox  my_ls  my_mkdir  test.c
[310793@yanfa204_ubuntu18-jk128:weops 222]$ 
[310793@yanfa204_ubuntu18-jk128:weops 222]$ my_busybox -h
busybox only support commond:ls and mkdir
[310793@yanfa204_ubuntu18-jk128:weops 222]$ 
[310793@yanfa204_ubuntu18-jk128:weops 222]$ my_busybox --help
busybox only support commond:ls and mkdir

4、busybox实现框架分析

(1)busybox是个可执行程序，程序入口是main函数，在appletlib.c文件中；
(2)在main中只是实现逻辑控制，并不执行具体的功能，会把输入的指令进行解析，查找指令对应的函数去执行；
(3)在代码中有两个重要的数组，applet_main是函数指针数组，里面是每个命令对应的函数的函数指针，applet_names是保存的命令的字符串，两个数组的元素是一一对应的；
(4)将传递进来的命令先和applet_names数组进行比对，如果匹配上就拿数组下标去applet_main数组取的命令对应的函数并执行；
(5)每个命令都有对应的函数，比如：ls对应"ls_main"函数，cd命令对应"cd_main"函数；

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