用现代 C++23 实现的 BusyBox 替代品 —— 单二进制、123 applet、399 测试。可在 i.MX6ULL 上作为 PID 1 运行,替代 BusyBox。
上图:cfbox 作为 PID 1 启动 imx-forge rootfs —— 跑
rcS(mount/mdev),打印Please press Enter to activate this console.(askfirst),回车进入 cfboxsh。
CFBox 是一个单一可执行文件的 Unix 工具集,通过符号链接分发。123 个 applet 已实现并通过测试,CI 流水线覆盖原生构建、交叉编译(armhf/aarch64)、QEMU 用户/系统模式测试。支持 CMake 配置化构建(per-applet 开关)、GNU 风格长选项、彩色帮助输出。并且希望在后续，可以慢慢追赶甚至超越常见的 coreutils。
设计理念: 简洁优先 — 现代 C++(std::expected,无异常/无 RTTI)— 嵌入式友好(交叉编译、静态链接、当 PID 1 init)。
cfbox 在 NXP i.MX6ULL(armhf,Cortex-A7)上替代 BusyBox,作为 imx-forge rootfs 的 PID 1 + 工具集,撑起完整启动闭环:
| 启动阶段 | cfbox 承担 |
|---|---|
| PID 1 | init —— 解析 busybox 格式 /etc/inittab,支持 sysinit/askfirst/respawn/ctrlaltdel/shutdown |
| rcS | mount -a / mount -t devpts devpts /dev/pts / mdev -s(冷启动扫 /sys 建 /dev 节点) |
| console | askfirst → Please press Enter to activate this console. → 回车 → cfbox sh |
| 关机 | umount -a -r / swapoff -a / reboot |
实测:/proc/cpuinfo 显示 ARMv7 Processor rev 5 (v7l)(i.MX6ULL),cfbox sh 交互,ls/cat/df/ps/uname/free 等正常 dispatch。
armhf 静态构建(自包含,直接当 PID 1 跑):
cmake -B build-armhf-static \ -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=cmake/toolchain/Toolchain-armhf.cmake \ -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release \ -DCFBOX_OPTIMIZE_FOR_SIZE=ON \ -DCFBOX_STATIC_LINK=ON cmake --build build-armhf-static -j$(nproc) # 产物 ~1.2 MB
我们简单地统计了一下，以下表格由项目内的 scripts/gen_size_table.sh 自动生成。
| 项目 | 语言 | 体积 | Applets | 体积/Applet |
|---|---|---|---|---|
| CFBox (size-opt) | C++23 | 418 KB | 123 | ~3.4 KB |
| CFBox (armhf static) | C++23 | ~1.2 MB | 123 | — |
| Toybox | C | ~500 KB | 238 | ~2.1 KB |
| BusyBox (full) | C | ~1.7 MB | 274 | ~9 KB |
| uutils/coreutils | Rust | ~11 MB | ~100 | ~110 KB |
CFBox 比 BusyBox 小 3-4x,在相似体积下提供了完整 awk 解释器、归档工具集(tar/cpio/ar/unzip/gzip)、diff/patch(Myers O(ND) 算法)、进程工具集(ps/top/pstree/pgrep/pmap)以及内置 TUI 框架。
我们仍然在尝试使用 C++ 逼近主流 box 工具(BusyBox/Toybox)的性能。
| 操作 | 数据规模 | 耗时 |
|---|---|---|
| grep -c | 10 MB | 54 ms |
| cat | 10 MB | 63 ms |
| wc | 10 MB | 17 ms |
| sort | 100K 行 | 32 ms |
| diff | 100K 行(相似文件) | 79 ms |
- grep/cat/wc 均为流式处理,读取
/dev/urandom不会内存爆炸 - diff 使用 Myers O(ND) 算法,sort 预计算排序 key 避免重复分配
- 零外部依赖:手写轻量 deflate/inflate 替代 zlib
# 构建
cmake -B build
cmake --build build
# 测试
ctest --test-dir build --output-on-failure # 399 个 GTest 单元测试
bash tests/integration/run_all.sh # 54 套集成测试脚本
# 通过子命令运行
./build/cfbox echo "Hello, World!"
# 或安装符号链接
./scripts/gen_links.sh /usr/local/bin
echo "Hello, World!" # 通过符号链接调用 cfboxecho, printf, cat, head, tail, wc, sort, uniq, grep, sed, fold, expand, cut, paste, nl, comm, tr, tac, rev, shuf, factor, od, split, seq, tsort, expr, awk, diff, patch, cmp, ed
mkdir, rm, cp, mv, ls, find, ln, touch, stat, install, mktemp, truncate, du, df, readlink, realpath, rmdir, link, unlink, chmod, chown, chgrp
tar(ustar 格式), cpio(newc 格式), ar(静态库), unzip, gzip, gunzip
sh(POSIX shell:管道、重定向、变量展开、命令替换、if/while/for、15 个内置命令), xargs
pwd, basename, dirname, uname, hostname, whoami, id, tty, date, nproc, logname, hostid, printenv, env, uptime, free, cal, dmesg, who, test, [
ps, top, kill, pgrep/pkill, pidof, pstree, pmap, fuser, pwdx, sysctl, iostat, watch, nice, renice, timeout
mount(-a/-t/-o,读 fstab), umount(-a/-r/-f), mdev(-s 冷启动扫描), mountpoint, init(PID 1,解析 inittab + askfirst), reboot, poweroff, swapoff, sync, mkfifo, mknod, clear
true, false, yes, sleep, usleep, nohup, cksum, md5sum, sum, hexdump, more, tee, which
所有 applet 均支持
--help/--version
- 编译器: GCC 13+ / Clang 17+(需 C++23 支持)
- CMake: 3.26+
- 平台: Linux(x86_64 / aarch64 / armhf,支持静态链接当 PID 1 init)
| 文档 | 说明 |
|---|---|
| 架构与设计 | 分发机制、核心基础设施、错误处理、测试体系 |
| 生产化升级路线图 | Phase 4.5 到 v1.0 的生产化治理文档集、优先级、发布标准 |
| 交叉编译与嵌入式 | 工具链、CMake 选项、构建示例、二进制大小对比 |
| QEMU 测试 | 用户模式 / 系统模式测试、init applet、内核配置 |
| 持续集成 | CI 流水线阶段说明 |
| 贡献指南 | 构建、测试、编码规范、提交方式 |
当前版本 v0.3.0。Phase 1.5 代码质量审查 + L2 rootfs 启动骨架已完成(cfbox 已上 i.MX6ULL),进入 Phase 2 核心命令深化:
补齐 cfbox 替代 BusyBox 当 PID 1 的全部缺口:init(askfirst)、mount、mdev、umount、swapoff、reboot/poweroff —— 在 i.MX6ULL + imx-forge rootfs 实测启动到 console。
将现有命令功能深度提升,按运维频率分批推进:
| 批次 | 命令 | 关键补充 |
|---|---|---|
| 第一批 | tail、cp、test、ls |
tail -f、cp -a、全面 POSIX test、ls -R/--color |
| 第二批 | grep、tar、sed、sort |
grep -A/-B/-C、tar -z/-v、sed -i、sort -k |
| 第三批 | find、sh、ps、df、du |
find 布尔表达式、sh case/heredoc/函数/行编辑 |
详细路线图见 document/todo/README.md。
MIT 许可证 — 详见 LICENSE。