BusyBox 72 变

Posted 2021-11-22 Li-Yongjun

BusyBox 简介

BusyBox 是一个遵循 GPL 协议、以自由软件形式发行的应用程序。Busybox 在单一的可执行文件中提供了精简的 Unix 工具集，可运行于多款 POSIX 环境的操作系统，例如 Linux（包括android）、Hurd、FreeBSD 等等。

BusyBox 之于嵌入式

由于 BusyBox 可执行文件比较小，使得它非常适用于嵌入式系统。作者将 BusyBox 称为“嵌入式 Linux 的瑞士军刀”。
BusyBox 最初是由布鲁斯·斐伦斯在 1996 年为 Debian GNU/Linux 的软盘安装编写的，其原始构想是希望在一张软盘上能放入一个引导系统，以作为急救盘和安装盘。后来它变成了嵌入式 Linux 设备和系统和 Linux 发行版安装程序的实质标准，因为每个 Linux 可执行文件需要数 KB 的空间，而集成两百多个程序的 BusyBox 可以节省大量空间。例如：Debian GNU/Linux 的安装光盘以 BusyBox 作为Shell 程序。

BusyBox 编译安装

我们可以从 BusyBox 官网下载源码，编译安装也很简单，就是 make && make install。
安装时默认会新建一个 _install 目录，然后安装进此目录。

liyongjun@Box:~/project/c/busybox-1.32.0$ ls _install/bin/ -l
总用量 1048
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 arch -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 ash -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 base64 -> busybox
-rwxr-xr-x 1 liyongjun liyongjun 1071816 10月 12 21:53 busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 cat -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 chattr -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 chgrp -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 chmod -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 chown -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 conspy -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 cp -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 cpio -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 cttyhack -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 date -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 dd -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 df -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 dmesg -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 dnsdomainname -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 dumpkmap -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 echo -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 ed -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 egrep -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 false -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 fatattr -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 fdflush -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 fgrep -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 fsync -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 getopt -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 grep -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 gunzip -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 gzip -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 hostname -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 hush -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 ionice -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 iostat -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 ipcalc -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 kbd_mode -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 kill -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 link -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 linux32 -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 linux64 -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 ln -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 login -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 ls -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 lsattr -> busybox
lrwxrwxrwx 1 liyongjun liyongjun       7 10月 12 21:53 lzop -> busybox
...

BusyBox 72 变

今天讲的重点是，为什么将 busybox 软链接成 ls，运行后就是 ls 的功能；软链接成 cat，运行后就是 cat 的功能？
我们先看看运行 busybox 有几种方式
（1）busybox <命令名>，如

busybox ls
busybox cat

（2）cp busybox <命令名>

cp busybox ls
ls

（3）ls -n busybox <命令名>

ln -n busybox ls
ls

而这三种方式最根本的差异是传递给 busybox 的 argc argv 参数不同。
（1）busybox ls：argc = 2, argv[0] = “busybox”, argv[1] = “ls”
（2）ls：argc = 1，argv[0] = “ls”
（3）ls：argc = 1，argv[0] = “ls”
然后我们看下 busybox 是如何处理 argc argv 的。
busybox 的入口是 appletlib.c 中的 main 函数，main 函数最终调用 run_applet_and_exit()

int main(int argc UNUSED_PARAM, char **argv)
{
...
	run_applet_and_exit(applet_name, argv);
}

我们看下 run_applet_no_and_exit() 的实现

static NORETURN void run_applet_and_exit(const char *name, char **argv)
{
	if (is_prefixed_with(name, "busybox")){
		exit(busybox_main(/*unused:*/ 0, argv));
	}

	/* 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);
	}

	exit(127);
}

其中 is_prefixed_with() 函数就是用来判断第一个参数是否为 busybox，如果是就执行 busybox_main(/*unused:*/ 0, argv)，而在 busybox_main() 中会移除第一个参数 busybox，然后再次调用 run_applet_and_exit()，如此反复，直到第一个参数不为 busybox，然后通过 find_applet_by_name() 找到对应功能的 main 函数去执行。
举个实际的例子说明一下，例如我们运行 busybox busybox ls，源码中函数调用关系如下：

1) main()					// argv[0] = "busybox"; argv[1] = "busybox"; argv[2] = "ls"; 
2) run_applet_and_exit()	// 判断到第一个参数为 busybox, 则调用 busybox_main()
3) busybox_main()			// 去除第一层 busybox，传递给下面 busybox ls
4) run_applet_and_exit()	// 判断到第一个参数为 busybox, 则调用 busybox_main()
5) busybox_main()			// 去除第二层 busybox，传递给下面 ls
6) run_applet_and_exit()	// 判断到第一个参数不为 busybox, 则执行 find_applet_by_name()
7) find_applet_by_name()	// 找到 ls 对应的功能入口函数为 ls_main()
8) run_applet_no_and_exit()	// 执行 ls_main() 然后直接退出

可以看出，前面有多少个 busybox， 就会执行多少次 3) 4) 步骤循环，直到去除前面所有的 busybox，露出真正的命令，然后去执行命令。这就是为什么我们以多种方式运行 busybox 命令，最终都能成功找到命令并运行的原因。

几种执行方式对比

1. 先拷贝或软连接，然后执行
   cp busybox ls
   ls -n busybox ls
   ls

main()
	run_applet_and_exit()
		run_applet_no_and_exit()
			ls_main()

2. busybox 加参数形式执行
   busybox ls

main()
	run_applet_and_exit()
	
		busybox_main()	// 剥掉一层 busybox
			run_applet_and_exit()
			
				run_applet_no_and_exit()
					ls_main()

3. busybox busybox ls

main()
	run_applet_and_exit()
	
		busybox_main()	// 剥掉一层 busybox
			run_applet_and_exit()
			
				busybox_main()	// 再剥掉一层 busybox
					run_applet_and_exit()
					
						run_applet_no_and_exit()
							ls_main()

小结

以不同方式运行 busybox 会导致传递给 busybox 的 argv 参数不同，busybox ls 这种形式递给 busybox 的参数是 busybox、ls; 而将 busybox 拷贝成 ls，或软连接成 ls 后，再执行 ls，则传递给 busybox 的参数就只有 ls。而 busybox 又有能力去除前面多余的 busybox，所以使得我们使用多种形式执行命令时，busybox 能够自动地执行相应命令的功能。