IoT中的Linux選擇

在物聯網的裝置設計中，從低成本和低功耗的角度看，Android肯定比不過嵌入式Linux。但在選擇用於部署Linux的發行版本時，卻一直飽受困擾。

什麼是 Linux 發行版？

Linux 是一個作業系統，它是控制計算機的核心程式。 它決定如何在所有競爭使用的其他程式之間分配可用資源(CPU、記憶體、磁碟、網路)。 儘管作業系統非常重要，但它本身並不有用。 它的目的是為其他程式管理計算資源。 沒有這些程式，作業系統就沒有多大用處。

這就是為什麼發行版會有的問題。 一個發行版提供了大量的其他程式，這些程式可以與 Linux 一起組裝成用於大量目的的工作集。 這些程式的範圍可以從基本的程式編寫工具，如編譯器和聯結器的通訊庫，到電子表格和編輯器之間的幾乎所有東西。 一種傾向於擁有一個超級集合，其中包含了每個單獨的計算機或解決方案實際使用的內容。 它還為每一類軟體元件提供了許多選擇，使用者或公司可以將這些元件組裝成他們認為的執行集。 一個粗略的比喻是一個超市，在那裡貨架上有許多商品可供選擇，每個使用者選擇他們認為有意義的商品。

基於二進位制還是基於原始碼的發行版？

發行版大體上可以分為兩類: 二進位制和基於原始碼的釋出。

基於二進位制的發行版提供了所有已經預先編譯並準備安裝的軟體元件。 這些元件使用”足夠好”的構建選項進行編譯，這些選項對大多數使用者都有效。 它們還為需要或希望編制自己的元件的少數使用者提供這些元件的來源。 按照我們超市的類比，這家超市包含所有預包裝和預煮好的食物，但是有明確的說明如何獲得配料和重複的過程，為那些想要調整一個或兩個食譜。 這種發行版是 Debian、 Fedora Core、 OpenSUSE、 Ubuntu 和許多其他發行版的例子。 雖然它們提供相同型別的系統，但是它們都使用不同的方法，不幸的是，這些方法甚至是不相容的。 它們是通用計算機，如伺服器、桌上型電腦和膝上型電腦的主要配置。

另一方面，基於原始碼的發行版側重於提供一個框架，在這個框架中，終端使用者可以從原始碼構建所有元件本身。 這些發行版還提供了一些工具，可以輕鬆地選擇一個合理的開始元件集合，並根據需要調整每個元件的構建。 這些調整可以簡單到新增一個編譯標誌來使用不同版本的原始碼，或者以某種方式修改原始碼。 使用者將收集他們想要構建的內容的選單，然後開始構建。 在幾分鐘或幾小時後，根據具體情況，將有一個結果映象，可以使用在電腦中使用這一。 Gentoo、安卓和 Yocto 就是這種型別的例子。 在超市的類比中，這是一個更接近散裝食品商店，在那裡可以得到預先衡量的食物與詳細的機器可讀的烹飪說明，會有一個花哨的炊具，可以讀取這些說明， 並處理一系列食譜的調整，如調整為糙米而不是白米。 這個類比稍微弱了一點。

這些基於原始碼的發行版通常是基於 linux 的嵌入式裝置和物聯網裝置的首選。 雖然很難建立和維護，但基於原始碼的發行版有一個獨特的優勢，即能夠根據確切的目標硬體裁剪已安裝的映象，以便最大限度地利用資源或最小化資源浪費。 而對於嵌入式裝置，這往往是一個強大的約束。 此外，基於原始碼的發行版更適合於跨平臺構建(在這裡構建平臺的機器與執行平臺的機器不同) ，而基於二進位制的發行版更適合於自主構建(在同一臺機器上構建和執行)。

鑑於目前英特爾(Intel)架構的流行程度，以及在物聯網產品中使用的ARM 架構——交叉構建支援對物聯網裝置非常重要。

以容器為中心的發行版

傳統的 Linux 方法是執行一個單個統一的使用者空間，包含了核心之外的所有平臺，這種方式正在發生變化。 這個新模型是關於擁有一個”容器”集合，使使用者空間成為元件。 容器化模型將使用者空間的一部分轉換為每個元件之間高度獨立性的元件集合。

容器化裝載帶來了許多好處，從而允許團隊更加獨立地實現粒狀平臺升級的可行性。 不利的一面是，它們比非容器化的解決方案有更大的資源佔用。 然而，如果技術的發展展示了什麼，那就是當一項新技術唯一的缺點是尺寸大小時，那它所擁有的資源往往會擴大。

下面將描述一些早期的選項，以便與現有的發行版進行比較。

物聯網 Linux 發行版

瀏覽一下有爭議的領域。 許多人都有自己喜歡的 Linux 發行版，即使他們的需求發生了巨大的變化(例如從伺服器設定到嵌入式 IoT 裝置) ，他們仍然堅持這種方式，就像把一個方形的釘子裝進一個圓形的洞裡。

下面是一些已經建立的 Linux 發行版和一些新興的 Linux 發行版。 還有許多其他用例，可能更適合某些用例。

Yocto

Yocto 是一個基於原始碼的發行版，用於許多嵌入式和物聯網裝置。 它試圖將基於二進位制發行版的好處結合在一起，例如將包和它們的依賴關係清晰地分離出來，同時利用基於原始碼的發行的好處，當做出較小的修改時，可以在很大程度上改變目標二進位制檔案。

Yocto 由一系列配方組成，每個配方都描述瞭如何構建系統的一個模組(例如庫、守護程式、應用程式等)。 然後被分層收集，並配置它們應該如何一起使用的各個方面，從編譯標記到功能特性，再到它們如何顯示的詳細資訊。 每個目標構建將由幾個這樣的層組成，每個層從較低的層新增或刪除包，或者修改它們的預設行為。 這允許多方調整自己的分層來影響最終的映象。 因此，如果基本層使用一組編譯器標誌(通常是這樣) ，晶片供應商可以新增有利於特定晶片模型的編譯器標誌，而電路板供應商可以刪除他們的電路板可能不支援的晶片功能。

對於物聯網產品而言，這實際意味著使用已經支援 Yocto 的板子來構建一個解決方案的努力將是新增或修改基本功能之上的附加值。 雖然在當今的容器世界中這並不太難做到，但還是需要建立一個允許為目標建立映象的構建和組態管理 / 值基礎設施設定。

 同樣值得一看的是，Yocto 在開發專案上的支援程度，進而考慮物聯網的解決方案。

Debian

Debian 是一個受人尊敬的基於二進位制的開源發行版。 它既是發行版，也是其他知名衍生髮行版(其中最著名的是 Ubuntu)的基線。

Debian 擁有大量已經預先為 ARM (物聯網的選擇架構)構建的軟體包，但是這些軟體包的 ARM 二進位制檔案的支援和維護水平往往遠遠低於英特爾的同類產品。 因此,”10,000 + 包”等度量標準並不是那麼有意，需要了解那些對使用者來說很重要的軟體包以及它們的支援程度。

在自主安裝使用的許多發行版(例如 Debian)中的一個缺點是，開發人員不理解或者不記得最終執行在機器上的包可能無法完成安裝，因此他們不能依賴於目標機器的任何功能。 考慮到這種麻煩對於 docker 環境來說也是一個頭疼的問題，發行版已經花費了很大的精力來清理這些依賴項，所以這個問題比以前要小。

為一小組軟體集建立一個構建環境的努力是微不足道的，但是為系統構建所有軟體包的基礎結構可能會變得非常重要。

正因為如此，Debian 對 IoT 來說是一個不錯的選擇，在這種情況下，只需要新增或建立一些軟體包來完成您的平臺。

EdgeX Foundry

在嚴格意義上，EdgeX Foundry 並不是一個發行版，因為它對發行版中的 BSP組成部分沒有任何關注。 BSP是包含 Linux 核心本身的部分，裝置驅動程式和庫使硬體平臺成為可能。 它從一個層面開始，需要一個工作的 Linux 系統和 docker 的支援作為底層基礎。 它提供了各種各樣的容器，為物聯網裝置提供豐富的中介軟體和垂直裝置，特別是邊緣裝置中(在 docker parlance 中，容器是一個獨立的模組，通常提供一個垂直的功能，如資料庫或 web 服務，幾乎沒有或根本不依賴主機作業系統、庫等)。

Edgex 背後的概念為更大的物聯網裝置，特別是為邊緣裝置指明瞭前進的方向，但是還需要做的工作是定義一個更有約束的版本，提供一套良好的基線服務。 在這方面已經取得了進展，一些服務從 JVM 轉移到了 golang 為基礎的實現，但是基於 Linux 的中低端物聯網在不久的將來仍然是遙不可及的。

Foundries.io Microplatform

這種方案使用基於 Yocto 的方法建立了一個 Linux 平臺，建立了一個板級支援層，然後在上面疊加一套集裝箱式的微服務。 他們的集裝箱是一個比 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更新和管理的完全訪問 Foundries.io 產品，底層平臺是開源的。

結論

基於 linux 的物聯網正在從傳統的嵌入式模型向更加靈活的模型轉變，從單一的團隊 / 工具鏈 / 模型轉變為更加靈活的韌體、中介軟體和應用元件的分離。 然而，這種遷移不是沒有成本的，並且對 CPU、記憶體和磁碟需求提出了更高的要求。 為了一個物聯網專案選擇一個 Linux 基準，需要考慮自己能承受的尺寸大小和產品規劃的壽命。 更小、更快速的替換產品最好能夠緊跟當今可靠的解決方案，比如 Yocto。 為了能夠提供更多資源並且需要將新特性作為一種需求推廣到已部署產品的產品，應該將更主流的 Linux 發行版和新的以容器為中心的解決方案作為前進的路徑。