IoT中的Linux選擇
在物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備設(shè)計(jì)中，從低成本和低功耗的角度看，Android肯定比不過嵌入式Linux。但在選擇用于部署Linux的發(fā)行版本時(shí)，卻一直飽受困擾。
什么是 Linux 發(fā)行版?
Linux 是一個(gè)操作系統(tǒng)，它是控制計(jì)算機(jī)的核心程序。 它決定如何在所有競(jìng)爭(zhēng)使用的其他程序之間分配可用資源(CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò))。 盡管操作系統(tǒng)非常重要，但它本身并不有用。 它的目的是為其他程序管理計(jì)算資源。 沒有這些程序，操作系統(tǒng)就沒有多大用處。
這就是為什么發(fā)行版會(huì)有的問題。 一個(gè)發(fā)行版提供了大量的其他程序，這些程序可以與 Linux 一起組裝成用于大量目的的工作集。 這些程序的范圍可以從基本的程序編寫工具，如編譯器和連接器的通信庫(kù)，到電子表格和編輯器之間的幾乎所有東西。 一種傾向于擁有一個(gè)超級(jí)集合，其中包含了每個(gè)單獨(dú)的計(jì)算機(jī)或解決方案實(shí)際使用的內(nèi)容。 它還為每一類軟件組件提供了許多選擇，用戶或公司可以將這些組件組裝成他們認(rèn)為的運(yùn)行集。 一個(gè)粗略的比喻是一個(gè)超市，在那里貨架上有許多商品可供選擇，每個(gè)用戶選擇他們認(rèn)為有意義的商品。
基于二進(jìn)制還是基于源代碼的發(fā)行版?
發(fā)行版大體上可以分為兩類: 二進(jìn)制和基于源代碼的發(fā)布。
基于二進(jìn)制的發(fā)行版提供了所有已經(jīng)預(yù)先編譯并準(zhǔn)備安裝的軟件組件。 這些組件使用"足夠好"的構(gòu)建選項(xiàng)進(jìn)行編譯，這些選項(xiàng)對(duì)大多數(shù)用戶都有效。 它們還為需要或希望編制自己的組件的少數(shù)用戶提供這些組件的來源。 按照我們超市的類比，這家超市包含所有預(yù)包裝和預(yù)煮好的食物，但是有明確的說明如何獲得配料和重復(fù)的過程，為那些想要調(diào)整一個(gè)或兩個(gè)食譜。 這種發(fā)行版是 Debian、 Fedora Core、 OpenSUSE、 Ubuntu 和許多其他發(fā)行版的例子。 雖然它們提供相同類型的系統(tǒng)，但是它們都使用不同的方法，不幸的是，這些方法甚至是不兼容的。 它們是通用計(jì)算機(jī)，如服務(wù)器、臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦的主要配置。
另一方面，基于源代碼的發(fā)行版?zhèn)戎赜谔峁┮粋€(gè)框架，在這個(gè)框架中，最終用戶可以從源代碼構(gòu)建所有組件本身。 這些發(fā)行版還提供了一些工具，可以輕松地選擇一個(gè)合理的開始組件集合，并根據(jù)需要調(diào)整每個(gè)組件的構(gòu)建。 這些調(diào)整可以簡(jiǎn)單到添加一個(gè)編譯標(biāo)志來使用不同版本的源代碼，或者以某種方式修改源代碼。 用戶將收集他們想要構(gòu)建的內(nèi)容的菜單，然后開始構(gòu)建。 在幾分鐘或幾小時(shí)后，根據(jù)具體情況，將有一個(gè)結(jié)果鏡像，可以使用在電腦中使用這一。 Gentoo、安卓和 Yocto 就是這種類型的例子。 在超市的類比中，這是一個(gè)更接近散裝食品商店，在那里可以得到預(yù)先衡量的食物與詳細(xì)的機(jī)器可讀的烹飪說明，會(huì)有一個(gè)花哨的炊具，可以讀取這些說明， 并處理一系列食譜的調(diào)整，如調(diào)整為糙米而不是白米。 這個(gè)類比稍微弱了一點(diǎn)。
這些基于源代碼的發(fā)行版通常是基于 linux 的嵌入式設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的***。 雖然很難建立和維護(hù)，但基于源代碼的發(fā)行版有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即能夠根據(jù)確切的目標(biāo)硬件裁剪已安裝的鏡像，以便***限度地利用資源或最小化資源浪費(fèi)。 而對(duì)于嵌入式設(shè)備，這往往是一個(gè)強(qiáng)大的約束。 此外，基于源代碼的發(fā)行版更適合于跨平臺(tái)構(gòu)建(在這里構(gòu)建平臺(tái)的機(jī)器與運(yùn)行平臺(tái)的機(jī)器不同) ，而基于二進(jìn)制的發(fā)行版更適合于自主構(gòu)建(在同一臺(tái)機(jī)器上構(gòu)建和運(yùn)行)。
鑒于目前英特爾(Intel)架構(gòu)的流行程度，以及在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中使用的ARM 架構(gòu)——交叉構(gòu)建支持對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備非常重要。
以容器為中心的發(fā)行版
傳統(tǒng)的 Linux 方法是運(yùn)行一個(gè)單個(gè)統(tǒng)一的用戶空間，包含了內(nèi)核之外的所有平臺(tái)，這種方式正在發(fā)生變化。 這個(gè)新模型是關(guān)于擁有一個(gè)"容器"集合，使用戶空間成為組件。 容器化模型將用戶空間的一部分轉(zhuǎn)換為每個(gè)組件之間高度獨(dú)立性的組件集合。
容器化裝載帶來了許多好處，從而允許團(tuán)隊(duì)更加獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)粒狀平臺(tái)升級(jí)的可行性。 不利的一面是，它們比非容器化的解決方案有更大的資源占用。 然而，如果技術(shù)的發(fā)展展示了什么，那就是當(dāng)一項(xiàng)新技術(shù)唯一的缺點(diǎn)是尺寸大小時(shí)，那它所擁有的資源往往會(huì)擴(kuò)大。
下面將描述一些早期的選項(xiàng)，以便與現(xiàn)有的發(fā)行版進(jìn)行比較。
物聯(lián)網(wǎng) Linux 發(fā)行版
瀏覽一下有爭(zhēng)議的領(lǐng)域。 許多人都有自己喜歡的 Linux 發(fā)行版，即使他們的需求發(fā)生了巨大的變化(例如從服務(wù)器設(shè)置到嵌入式 IoT 設(shè)備) ，他們?nèi)匀粓?jiān)持這種方式，就像把一個(gè)方形的釘子裝進(jìn)一個(gè)圓形的洞里。
下面是一些已經(jīng)建立的 Linux 發(fā)行版和一些新興的 Linux 發(fā)行版。 還有許多其他用例，可能更適合某些用例。
Yocto
Yocto 是一個(gè)基于源代碼的發(fā)行版，用于許多嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。 它試圖將基于二進(jìn)制發(fā)行版的好處結(jié)合在一起，例如將包和它們的依賴關(guān)系清晰地分離出來，同時(shí)利用基于源代碼的發(fā)行的好處，當(dāng)做出較小的修改時(shí)，可以在很大程度上改變目標(biāo)二進(jìn)制文件。
Yocto 由一系列配方組成，每個(gè)配方都描述了如何構(gòu)建系統(tǒng)的一個(gè)模塊(例如庫(kù)、守護(hù)程序、應(yīng)用程序等)。 然后被分層收集，并配置它們應(yīng)該如何一起使用的各個(gè)方面，從編譯標(biāo)記到功能特性，再到它們?nèi)绾物@示的詳細(xì)信息。 每個(gè)目標(biāo)構(gòu)建將由幾個(gè)這樣的層組成，每個(gè)層從較低的層添加或刪除包，或者修改它們的默認(rèn)行為。 這允許多方調(diào)整自己的分層來影響最終的鏡像。 因此，如果基本層使用一組編譯器標(biāo)志(通常是這樣) ，芯片供應(yīng)商可以添加有利于特定芯片模型的編譯器標(biāo)志，而電路板供應(yīng)商可以刪除他們的電路板可能不支持的芯片功能。
對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品而言，這實(shí)際意味著使用已經(jīng)支持 Yocto 的板子來構(gòu)建一個(gè)解決方案的努力將是添加或修改基本功能之上的附加值。 雖然在當(dāng)今的容器世界中這并不太難做到，但還是需要建立一個(gè)允許為目標(biāo)創(chuàng)建鏡像的構(gòu)建和組態(tài)管理 / 值基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)置。
同樣值得一看的是，Yocto 在開發(fā)項(xiàng)目上的支持程度，進(jìn)而考慮物聯(lián)網(wǎng)的解決方案。
Debian
Debian 是一個(gè)受人尊敬的基于二進(jìn)制的開源發(fā)行版。 它既是發(fā)行版，也是其他知名衍生發(fā)行版(其中***的是 Ubuntu)的基線。
Debian 擁有大量已經(jīng)預(yù)先為 ARM (物聯(lián)網(wǎng)的選擇架構(gòu))構(gòu)建的軟件包，但是這些軟件包的 ARM 二進(jìn)制文件的支持和維護(hù)水平往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于英特爾的同類產(chǎn)品。 因此,"10,000 + 包"等度量標(biāo)準(zhǔn)并不是那么有意，需要了解那些對(duì)用戶來說很重要的軟件包以及它們的支持程度。
在自主安裝使用的許多發(fā)行版(例如 Debian)中的一個(gè)缺點(diǎn)是，開發(fā)人員不理解或者不記得最終運(yùn)行在機(jī)器上的包可能無法完成安裝，因此他們不能依賴于目標(biāo)機(jī)器的任何功能。 考慮到這種麻煩對(duì)于 docker 環(huán)境來說也是一個(gè)頭疼的問題，發(fā)行版已經(jīng)花費(fèi)了很大的精力來清理這些依賴項(xiàng)，所以這個(gè)問題比以前要小。
為一小組軟件集建立一個(gè)構(gòu)建環(huán)境的努力是微不足道的，但是為系統(tǒng)構(gòu)建所有軟件包的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可能會(huì)變得非常重要。
正因?yàn)槿绱耍珼ebian 對(duì) IoT 來說是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，在這種情況下，只需要添加或創(chuàng)建一些軟件包來完成您的平臺(tái)。
EdgeX Foundry
在嚴(yán)格意義上，EdgeX Foundry 并不是一個(gè)發(fā)行版，因?yàn)樗鼘?duì)發(fā)行版中的 BSP組成部分沒有任何關(guān)注。 BSP是包含 Linux 內(nèi)核本身的部分，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和庫(kù)使硬件平臺(tái)成為可能。 它從一個(gè)層面開始，需要一個(gè)工作的 Linux 系統(tǒng)和 docker 的支持作為底層基礎(chǔ)。 它提供了各種各樣的容器，為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供豐富的中間件和垂直設(shè)備，特別是邊緣設(shè)備中(在 docker parlance 中，容器是一個(gè)獨(dú)立的模塊，通常提供一個(gè)垂直的功能，如數(shù)據(jù)庫(kù)或 web 服務(wù)，幾乎沒有或根本不依賴主機(jī)操作系統(tǒng)、庫(kù)等)。
Edgex 背后的概念為更大的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，特別是為邊緣設(shè)備指明了前進(jìn)的方向，但是還需要做的工作是定義一個(gè)更有約束的版本，提供一套良好的基線服務(wù)。 在這方面已經(jīng)取得了進(jìn)展，一些服務(wù)從 JVM 轉(zhuǎn)移到了 golang 為基礎(chǔ)的實(shí)現(xiàn)，但是基于 Linux 的中低端物聯(lián)網(wǎng)在不久的將來仍然是遙不可及的。
Foundries.io Microplatform
這種方案使用基于 Yocto 的方法創(chuàng)建了一個(gè) Linux 平臺(tái)，創(chuàng)建了一個(gè)板級(jí)支持層，然后在上面疊加一套集裝箱式的微服務(wù)。 他們的集裝箱是一個(gè)比 EdgeX Foundry 方法更小、更適中的集合，足跡更小。
雖然可以通過訂閱使用自動(dòng)更新和管理的完全訪問 Foundries.io 產(chǎn)品，底層平臺(tái)是開源的。
結(jié)論
基于 linux 的物聯(lián)網(wǎng)正在從傳統(tǒng)的嵌入式模型向更加靈活的模型轉(zhuǎn)變，從單一的團(tuán)隊(duì) / 工具鏈 / 模型轉(zhuǎn)變?yōu)楦屿`活的固件、中間件和應(yīng)用組件的分離。 然而，這種遷移不是沒有成本的，并且對(duì) CPU、內(nèi)存和磁盤需求提出了更高的要求。 為了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目選擇一個(gè) Linux 基準(zhǔn)，需要考慮自己能承受的尺寸大小和產(chǎn)品規(guī)劃的壽命。 更小、更快速的替換產(chǎn)品***能夠緊跟當(dāng)今可靠的解決方案，比如 Yocto。 為了能夠提供更多資源并且需要將新特性作為一種需求推廣到已部署產(chǎn)品的產(chǎn)品，應(yīng)該將更主流的 Linux 發(fā)行版和新的以容器為中心的解決方案作為前進(jìn)的路徑。
【本文來自51CTO專欄作者“老曹”的原創(chuàng)文章，作者微信公眾號(hào)：喔家ArchiSelf,id:wrieless-com】
