[TinyLinux-002] 突破极限：3.4MB 的内核是怎样炼成的？
系列简介：TinyLinux 是由 LabHub 发起的“大道至简” Linux 学习项目。我们通过对内核进行“剔骨”级的物理精简，旨在构建一个 100% 透明、可重现的极简实验室。
公众号：LabHub | 项目仓库：https://gitee.com/lynyujiang/tiny-linux.git
🛠 技术看板
- 实验目标：确立“QEMU 专用”原则，通过物理源码剔除与激进配置，将内核体积从 11MB 压榨至 3.4MB。
- 核心知识点：内核源码树结构 / Kconfig 依赖管理 / Stubbing 技术。
- 涉及脚本：
scripts/prune_kernel_source.sh
1. 知识点详注 (Technical Glossary)
- Kconfig：Linux 内核的配置系统脚本。它定义了内核的功能开关、依赖关系以及在
make menuconfig 中看到的菜单结构。 - **Stubbing (打桩)**：一种软件工程技术。当一个模块被删除，但其他模块仍试图调用它时，我们提供一个同名的“空函数”或“空文件”来欺骗编译器，确保链接不报错。
- Vmlinux：编译出来的原始、未压缩的静态内核二进制文件（通常很大，数百 MB）。
- **XZ (LZMA2)**：一种现代高压缩率算法。相比传统的 GZIP，XZ 能够识别更长的数据重复序列，非常适合压缩具有大量重复指令的内核二进制文件。
2. 理论背景 (Deep Theory)
2.1 为什么 Linux 内核如此庞大？
打开 Linux 6.12 的源码目录，你会发现它占据了近 2GB 的空间。其臃肿源于两个“无奈”：
- **全能性 (Universal)**：它必须同时支持 x86, ARM, RISC-V, MIPS 等几十种 CPU 架构。
- **包容性 (Inclusive)**：它内置了数万种驱动，从 90 年代的声卡到最新的 AI 加速卡。
2.2 “外科手术”的逻辑：物理级精简
仅仅在 make menuconfig 中关闭开关（.config）是不够的。即便你关掉了某个驱动，Makefile 依然会扫描相关目录，Kconfig 依然会解析依赖。物理精简的精髓在于：直接删除不参与编译的代码目录。但这会带来灾难性的依赖报错。我们需要利用 Stubbing 技术：
- 删除
drivers/gpu，但必须保留一个空的 Kconfig，否则内核根目录的 drivers/Kconfig 会因为找不到引用而罢工。
3. 源码与脚本深度走读 (Source Code Dive)
3.1 核心脚本：prune_kernel_source.sh
这是 TinyLinux 的“手术刀”。它的核心逻辑是按需剔除。
# 示例：物理剔除除了 x86 以外的所有架构代码
# 我们只保留 x86 核心逻辑，删除 arm, powerpc, s390 等
for arch in $(ls arch/); do
if [ "$arch" != "x86" ] && [ "$arch" != "Kconfig" ]; then
rm -rf "arch/$arch"
# 关键：创建一个空 Makefile 和最小化 Kconfig 防止构建系统崩溃
echo"obj-y :=" > "arch/$arch/Makefile"
echo"config ARCH_$(echo $arch | tr 'a-z' 'A-Z')" > "arch/$arch/Kconfig"
fi
done
3.2 关键配置：CONFIG_EXPERT=y
这个开关是所有精简操作的“上帝模式”。
- 作用：一旦开启，内核会暴露出许多被隐藏的底层组件开关。例如，你可以选择关闭
BUG() 宏支持、关掉内核符号表、甚至是选择不同的 RCU 实现。这是从“通用系统”迈向“嵌入式实验室”的必经之路。
4. 配置详解 (Config & Engineering)
在本阶段，我们执行了以下“切除手术”：
CONFIG_USB=n: 移除整个 USB 协议栈。虽然这让 QEMU 无法识别模拟优盘，但在串口开发模式下，这能节省约 400KB。CONFIG_DRM=n: 彻底拔掉显卡驱动。我们不再需要显示器，一切交互通过 ttyS0 进行。- 内核压缩切换:
# 将 bzImage 压缩算法改为 XZ
CONFIG_KERNEL_XZ=y
# 放弃 GZIP
# CONFIG_KERNEL_GZIP is not set
5. 工程实验步骤 (Lab Steps)
- 执行源码修剪： 运行项目自带的修剪脚本（注意：此操作不可逆，请确保有备份）。
./scripts/prune_kernel_source.sh
- 应用 Tiny 配置：
cd kernel && make tinylinux_defconfig
- 编译并观察体积：
make -j$(nproc) bzImage
5.1 观察点 (Observation Points)
重点关注编译输出的最后一行。bzImage 的大小应该从之前的 11MB 骤降至 3.4MB 左右。同时，尝试使用 du -sh kernel 查看源码树大小，你会发现它从 1.7GB 缩减到了 600MB 以内。
5.2 避坑指南
- 现象:
make 报错 No rule to make target 'samples/Makefile'。 - 原因: 物理删除了
samples/ 目录，但顶层 Makefile 仍试图进入该目录。 - 对策: 在
samples/ 目录下创建一个内容为空的 Makefile 文件，欺骗构建系统。
6. 验证与重现
- 检出命令:
git checkout 9b0ecf51e
- 预期输出:Success! Kernel: .../output/target/bzImagels -lh ...bzImage -> 3.4MB
7. 总结与延伸
通过本章，我们不仅实现了内核体积的飞跃，更掌握了 Linux 内核构建系统的底层逻辑。思考题： 既然我们可以物理删除源码，那我们能否把内核中所有的 printk 字符串也物理删除来进一步减小体积？这会对系统调试带来什么后果？
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