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2 <title>Toybox Roadmap</title>
3
4 <h2>Goals and use cases</h2>
5
6 <p>We have several potential use cases for a new set of command line
7 utilities, and are using those to determine which commands to implement
8 for Toybox's 1.0 release.</p>
9
10 <p>Our current candidate list combines the commands toybox already implements,
11 the development environment command list, the toolbox standard commands,
12 various vendor configurations of busybox, a selected subset of the POSIX/SUSv4
13 standard, a couple of the less-insane bits of LSB, a few outright requests,
14 plus additional to-be-determined shell functionality.</p>
15
16 <p>See the <a href=status.html>status page</a> for the combined list
17 and progress towards implementing it.</p>
18
19 <hr />
20 <a name="standards">
21 <h2>Use case: standards compliance.</h2>
22
23 <h3><a name=susv4 /><a href="#susv4">POSIX-2008/SUSv4</a></h3>
24 <p>The best standards are the kind that describe reality, rather than
25 attempting to impose a new one.  (I.E. a good standard should document, not
26 legislate.)</p>
27
28 <p>The kind of standards which describe existing reality tend to be approved by
29 more than one standards body, such ANSI and ISO both approving C.  That's why
30 the IEEE POSIX committee's 2008 standard, the Single Unix Specification version
31 4, and the Open Group Base Specification edition 7 are all the same standard
32 from three sources.</p>
33
34 <p>The <a href="http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/idx/utilities.html">"utilities"
35 section</a>
36 of these standards is devoted to the unix command line, and are the best such
37 standard for our purposes.  (My earlier work on BusyBox was implemented with
38 regard to SUSv3, an earlier version of this standard.)</p>
39
40 <h3>Problems with the standard</h3>
41
42 <p>Unfortunately, these standards describe a subset of reality, lacking any
43 mention of commands such as init, login, or mount required to actually boot a
44 system. It provides ipcrm and ipcs, but not ipcmk, so you can use System V IPC
45 resources but not create them.</p>
46
47 <p>These standards also contain a large number of commands that are
48 inappropriate for toybox to implement in its 1.0 release.  (Perhaps some of
49 these could be reintroduced in later releases, but not now.)</p>
50
51 <p>Starting with the full "utilities" list, we first remove generally obsolete
52 commands (compess ed ex pr uncompress uccp uustat uux), commands for the
53 pre-CVS "SCCS" source control system (admin delta get prs rmdel sact sccs unget
54 val what), fortran support (asa fort77), and batch processing support (batch
55 qalter qdel qhold qmove qmsg qrerun qrls qselect qsig qstat qsub).</p>
56
57 <p>Some commands are for a compiler toolchain (ar c99 cflow ctags cxref gencat
58 iconv lex m4 make nm strings strip tsort yacc), which is outside of toybox's
59 mandate and should be supplied externally.  (Again, some of these may be
60 revisited later, but not for toybox 1.0.)</p>
61
62 <p>Some commands are part of a command shell, and cannot be implemented as
63 separate executables (alias bg cd command fc fg getopts hash jobs kill read
64 type ulimit umask unalias wait).  These may be revisited as part of a built-in
65 toybox shell, but are not exported into $PATH via symlinks.  (If you fork a
66 child process and have it "cd" then exit, you've accomplished nothing.)</p>
67
68 <p>A few other commands are judgement calls, providing command-line
69 internationalization support (iconv locale localedef), System V inter-process
70 communication (ipcrm ipcs), and cross-tty communication from the minicomputer
71 days (talk mesg write).  The "pax" utility was supplanted by tar, "mailx" is
72 a command line email client, and "lp" submits files for printing to... what
73 exactly?  (cups?)  The standard defines crontab but not crond.</p>
74
75 <p>Removing all of that leaves the following commands, which toybox should
76 implement:</p>
77
78 <blockquote><b>
79 <span id=posix>
80 at awk basename bc cal cat chgrp chmod chown cksum cmp comm cp
81 csplit cut date dd df diff dirname du echo env expand expr false file find
82 fold fuser getconf grep head id join kill link ln logger logname ls man
83 mkdir mkfifo more mv newgrp nice nl nohup od paste patch pathchk printf ps
84 pwd renice rm rmdir sed sh sleep sort split stty tabs tail tee test time
85 touch tput tr true tty uname unexpand uniq unlink uudecode uuencode vi wc
86 who xargs zcat
87 </span>
88 </b></blockquote>
89
90 <h3><a name=sigh /><a href="#sigh">Linux Standard Base</a></h3>
91
92 <p>One attempt to supplement POSIX towards an actual usable system was the
93 Linux Standard Base. Unfortunately, the quality of this "standard" is
94 fairly low.</p>
95
96 <p>POSIX allowed its standards process to be compromised
97 by leaving things out, thus allowing IBM mainframes and Windows NT to drive
98 a truck through the holes and declare themselves compilant. But it means what
99 they DID standardize tends to be respected.</p>
100
101 <p>The Linux Standard Base's failure mode is different, they respond to
102 pressure by including special-case crap, such as allowing Red Hat to shoehorn
103 RPM on the standard even though all sorts of distros (Debian, Slackware, Arch,
104 Gentoo) don't use it and probably never will. This means anything in the LSB is
105 at best a suggestion: arbitrary portions of this standard are widely
106 ignored.</p>
107
108 <p>The LSB does specify a <a href=http://refspecs.linuxfoundation.org/LSB_4.1.0/LSB-Core-generic/LSB-Core-generic/cmdbehav.html>list of command line
109 utilities</a>:</p>
110
111 <blockquote><b>
112 ar at awk batch bc chfn chsh col cpio crontab df dmesg du echo egrep 
113 fgrep file fuser gettext grep groupadd groupdel groupmod groups 
114 gunzip gzip hostname install install_initd ipcrm ipcs killall lpr ls 
115 lsb_release m4 md5sum mknod mktemp more mount msgfmt newgrp od passwd 
116 patch pidof remove_initd renice sed sendmail seq sh shutdown su sync 
117 tar umount useradd userdel usermod xargs zcat
118 </b></blockquote>
119
120 <p>Where posix specifies one of those commands, LSB's deltas tend to be
121 accomodations for broken tool versions which aren't up to date with the
122 standard yet. (See <a href=http://refspecs.linuxfoundation.org/LSB_4.1.0/LSB-Core-generic/LSB-Core-generic/more.html>more</a> and <a href=http://refspecs.linuxfoundation.org/LSB_4.1.0/LSB-Core-generic/LSB-Core-generic/xargs.html>xargs</a>
123 for examples.)</p>
124
125 <p>Since we've already committed to using our own judgement to skip bits of
126 POSIX, and LSB's "judgement" in this regard is purely bug workarounds to declare
127 various legacy tool implementations "compliant", this means we're mostly
128 interested in the set of tools that aren't specified in posix at all.</p>
129
130 <p>Of these, gettext and msgfmt are internationalization, install_initd and
131 remove_initd aren't present on ubuntu 10.04, lpr is out of scope, and
132 lsb_release is a distro issue (it's a nice command, but the output of
133 lsb_release -a is the name and version number of the linux distro you're
134 running, which toybox doesn't know).</p>
135
136 <p>This leaves:</p>
137
138 <blockquote><b>
139 <span id=lsb>
140 chfn chsh dmesg egrep fgrep groupadd groupdel groupmod groups
141 gunzip gzip hostname install killall md5sum
142 mknod mktemp mount passwd pidof sendmail seq shutdown
143 su sync tar umount useradd userdel usermod zcat
144 </span>
145 </b></blockquote>
146
147 <hr />
148 <a name="dev_env">
149 <h2><a href="#dev_env">Use case: provide a self-hosting development environment</a></h2>
150
151 <p>The following commands are enough to build the Aboriginal Linux development
152 environment, boot it to a shell prompt, and build Linux From Scratch 6.8 under
153 it. (Aboriginal Linux currently uses BusyBox for this, thus provides a
154 drop-in test environment for toybox. We install both implementations side
155 by side, redirecting the symlinks a command at a time until the older
156 package is no longer used, and can be removed.)</p>
157
158 <p>This use case includes running init scripts and other shell scripts, running
159 configure, make, and install in each package, and providing basic command line
160 facilities such as a text editor. (It does not include a compiler toolchain or
161 C library, those are outside the scope of this project.)</p>
162
163 <blockquote><b>
164 <span id=development>
165 bzcat cat cp dirname echo env patch rmdir sha1sum sleep sort sync
166 true uname wc which yes zcat
167 awk basename bzip2 chmod chown cmp cut date dd diff
168 egrep expr find grep gzip head hostname id install ln ls
169 mkdir mktemp mv od readlink rm sed sh tail tar touch tr uniq
170 wget whoami xargs chgrp comm gunzip less logname man split
171 tee test time bunzip2 chgrp chroot comm cpio dmesg
172 dnsdomainname ftpd ftpget ftpput gunzip ifconfig init less
173 logname losetup man mdev mount mountpoint nc pgrep pkill 
174 pwd route split stat switch_root tac umount vi
175 </span>
176 </b></blockquote>
177
178 <p>Note: Aboriginal Linux installs bash 2.05b as #!/bin/sh and its scripts
179 require bash extensions not present in shells such as busybox ash.
180 This means that toysh needs to supply several bash extensions _and_ work
181 when called under the name "bash".</p>
182
183 <hr />
184 <h2><a name=android /><a href="#android">Use case: Replacing Android Toolbox</a></h2>
185
186 <p>Android has a policy against GPL in userspace, so even though BusyBox
187 predates Android by many years, they couldn't use it. Instead they grabbed
188 an old version of ash and implemented their own command line utility set
189 called "toolbox".</p>
190
191 <p>Toolbox doesn't have its own repository, instead it's part of Android's
192 <a href=https://android.googlesource.com/platform/system/core>system/core
193 git repository</a> (this analysis looked at commit 51ccef27cab58).</p>
194
195 <h3>Toolbox commands:</h3>
196
197 <p>According to core/toolbox/Android.mk the toolbox directory builds the
198 following commands:</p>
199
200 <blockquote><b>
201 ls mount cat ps kill ln insmod rmmod lsmod ifconfig setconsole
202 rm mkdir rmdir reboot getevent sendevent date wipe sync umount
203 start stop notify cmp dmesg route hd dd df getprop setprop watchprops
204 log sleep renice printenv smd chmod chown newfs_msdos netstat ioctl 
205 mv schedtop top iftop id uptime vmstat nandread ionice touch lsof md5 r
206 </b></blockquote>
207
208 <p>If selinux is enabled, you also get:</p>
209 <blockquote><b>
210 getenforce setenforce chcon restorecon runcon getsebool setsebool load_policy
211 </b></blockquote>
212
213 <p>The Android.mk file also refers to dynarray.c and toolbox.c as library
214 code. This leaves the following apparently unused C files in toolbox/*.c, each
215 of which has a command_main() function and seems to implement a standalone
216 command:</p>
217
218 <blockquote><b>
219 alarm exists lsusb readtty rotatefb setkey syren
220 </b></blockquote>
221
222 <h3>Command shell (ash)</h3>
223
224 <p>The core/sh subdirectory contains a fork of ash 1.17, and sucks in
225 liblinenoise to provide command line history/editing.</p>
226
227 <h3>Other Android core commands</h3>
228
229 <p>Other than the toolbox and sh directories, the currently interesting
230 subdirectories in the core repository are fs_mgr, gpttool, init,
231 logcat, logwrapper, mkbootimg, netcfg, run-as, and sdcard.</p>
232
233 <ul>
234 <li><b>fs_mgr</b> - subset of mount</li>
235 <li><b>gpttool</b> - subset of fdisk</li>
236 <li><b>init</b> - Android's PID 1</li>
237 <li><b>logcat</b> - read android log format</li>
238 <li><b>logwrapper</b> - redirect stdio to android log</li>
239 <li><b>mkbootimg</b> - create signed boot image</li>
240 <li><b>netcfg</b> - network configuration (sucks in libnetutils)</li>
241 <li><b>run-as</b> - subset of sudo</li>
242 <li><b>sdcard</b> - FUSE wrapper to squash UID/GID/permissions to what FAT supports.</li>
243 </ul>
244
245 <p>Almost all of these reinvent an existing wheel with less functionality and a
246 different user interface. We may want to provide that interface, but
247 implementing the full commands (mount, fdisk, init, ifconfig with dhcp,
248 and sudo) come first.</p>
249
250 <p>Although logcat/logwrapper also reinvent a wheel, Android did so in the
251 kernel and these provide an interface to that.</p>
252
253 <p>Also, gpttool and mkbootimg are install tools, and sdcard looks like a
254 testing tool. These aren't a priority if android wants to use its own
255 bespoke code to install itself.</p>
256
257 <h3>Analysis</h3>
258
259 <p>For reference, combining everything listed above, we get:</p>
260
261 <blockquote><b>
262 alarm ash cat chcon chmod chown cmp date dd df dmesg exists fs_mgr getenforce
263 getevent getprop getsebool gpttool hd id ifconfig iftop init insmod ioctl
264 ionice kill ln load_policy log logcat logwrapper ls lsmod lsof lsusb md5
265 mkbootimg mkdir mount mv nandread netcfg netstat newfs_msdos notify printenv
266 ps r readtty reboot renice restorecon rm rmdir rmmod rotatefb route run-as
267 runcon schedtop sdcard sendevent setconsole setenforce setkey setprop setsebool
268 sleep smd start stop sync syren top touch umount uptime vmstat watchprops wipe
269 </b></blockquote>
270
271 <p>We may eventually implement all of that, but for toybox 1.0 we need to
272 focus a bit. For our first pass, let's ignore selinux, strip out the "unlisted"
273 commands except lsusb, and grab just logcat and logwrapper from the "core"
274 commands (since the rest have some full/standard version providing that
275 functionality, which we can implement a shim interface for later).</p>
276
277 <p>This means toybox should implement:</p>
278 <blockquote><b>
279 <span id=toolbox>
280 cat chmod chown cmp date dd df dmesg getevent getprop hd id ifconfig iftop
281 insmod ioctl ionice kill ln log logcat logwrapper ls lsmod lsof lsusb md5 mkdir
282 mount mv nandread
283 netstat newfs_msdos notify printenv ps r reboot renice rm rmdir rmmod route
284 schedtop sendevent setconsole setprop sleep smd start stop sync top touch
285 umount uptime vmstat watchprops wipe
286 </span>
287 </b></blockquote>
288
289 <p>The following Toolbox commands are already covered in previous
290 sections of this analysis:</p>
291
292 <blockquote><b>
293 cat chmod chown cmp date dd df dmesg id ifconfig insmod kill ln ls lsmod
294 mkdir mount mv ps renice rm rmdir rmmod route sleep sync top touch umount
295 </b></blockquote>
296
297 <p>Which leaves the following commands as new from Toolbox:</p>
298
299 <blockquote><b>
300 getevent getprop hd iftop ioctl ionice log lsof nandread netstat
301 newfs_msdos notify printenv r reboot schedtop sendevent setconsole
302 setprop smd start stop top uptime vmstat watchprops wipe
303 </b></blockquote>
304
305 <hr />
306 <h2>Requests:</h2>
307
308 <p>The following additional commands have been requested by various users:</p>
309 <blockquote><b>
310 <span id=request>
311 freeramdisk getty halt hexdump hwclock klogd modprobe ping ping6 pivot_root
312 poweroff rev sfdisk sudo syslogd taskset telnet telnetd tracepath traceroute
313 unzip usleep vconfig zip free login modinfo unshare netcat help w
314 </span>
315 </b></blockquote>
316
317 <!-- #include "footer.html" -->
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