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linux 差分升级简介

news 2025/8/22 7:34:58

好问题 👍
你已经知道了“整包升级”，现在想搞 差分升级。我来给你系统讲解下：

一、什么是差分升级？

👉 定义：
差分升级（Delta Update / Binary Patch）就是：
不传完整固件，而是只传“旧版本和新版本之间的差异”，目标机利用差分包 + 旧版本数据，重构出新版本。

举个形象的例子：

  • 整包升级：直接把 整本书的新版本寄给你。
  • 差分升级：只寄给你一份 “勘误表”，你在旧版书上改一改，就得到了新版。

二、为什么要差分升级？

  1. 节省带宽：
    比如 rootfs 有 1GB，但新版本只改了几十 MB 文件。差分包可能只有 20~50 MB。
  2. 节省升级时间：
    包小 → 下载快 → 升级过程短。
  3. 适合远程 OTA / 弱网环境。

缺点：

  • 生成与应用差分需要额外计算，升级流程比整包复杂。
  • 必须保证“基准版本”一致：设备必须正好是差分包要求的版本，否则 patch 失败（可能直接变砖）。

三、差分升级的实现方式

差分升级分为两大类：

1. 文件级差分

  • 针对文件系统内容，比较 文件 A(old) vs A(new)，生成差分（如 rsync / bsdiff / xdelta）。
  • 应用时逐文件 patch。
  • 特点：更灵活，适合只更新应用层（例如 /usr/bin/xxx 程序）。

工具：

  • rsync 协议（增量同步）
  • bsdiff/bspatch（对单文件做二进制差分）
  • xdelta（对任意文件做差分，效率比 bsdiff 高）

适用：应用升级 / data 分区升级。

2. 镜像级差分

  • 针对整块分区镜像（如 rootfs.img、boot.img），计算二进制差分。

  • 生成差分包 → 设备上应用 patch → 得到完整新镜像 → 写到 rootfs_b。

  • 常用工具：

    • imgdiff（Android OTA 用的工具，对 squashfs/ext4 镜像做差分）
    • xdelta3（通用二进制差分）

适用：系统级升级（rootfs/boot 分区）。

四、在 RK3588S + Buildroot 的场景怎么做？

方案 1：整包升级（最简单）

  • 制作新 rootfs.img，通过 USB/OTA 整包替换。
  • 缺点：包大。

方案 2：镜像差分升级（推荐）

  1. PC 上用 xdelta3 对旧 rootfs.img 和新 rootfs.img 生成差分包：

    xdelta3 -e -s rootfs_old.img rootfs_new.img rootfs.patch

  2. OTA/USB 传输 rootfs.patch（远小于整包）。

  3. 设备端执行：

    xdelta3 -d -s rootfs_old.img rootfs.patch rootfs_new.img

  4. 把 rootfs_new.img 写入 rootfs_b 分区，更新 U-Boot 环境变量，重启。

方案 3：文件级差分（适合应用层）

  • 如果只是应用更新，可以用 bsdiff 生成 app_old → app_new 的 patch，OTA 下发 patch，设备端用 bspatch 更新。
  • 优点：更细粒度，速度快。
  • 缺点：只能解决应用层，无法覆盖整个 rootfs 升级。

五、差分升级的注意事项

  1. 基准版本一致

    • 必须知道设备当前的 rootfs 版本号（比如 hash/版本号），否则 patch 会失败。
    • 通常要在升级包里写明“本 patch 适用于 v1.2 → v1.3”。

  2. 校验

    • 升级前后都要算 hash（SHA256/MD5）校验，保证新 rootfs.img 正确无误。

  3. 回滚机制

    • 差分升级一旦失败，设备要能从旧的 rootfs 分区启动，避免变砖。

  4. 性能问题

    • 生成差分包 → 在 PC 上做，问题不大。
    • 应用差分包 → 设备端 CPU/IO 开销要考虑。RK3588S 性能较强，完全可以。

六、落地建议（你的 Buildroot + USB 升级场景）

  • 如果你们是研发/量产阶段：
    → 推荐整包 USB 线刷（省心，包大无所谓）。

  • 如果你们是最终产品 OTA/远程升级：
    → 推荐 镜像差分升级（用 xdelta3 或 imgdiff），节省流量。

  • 如果你们的需求只是应用程序频繁更新：
    → 推荐 应用层文件级差分，直接更新 /data 下的二进制或资源。

要不要我帮你出一份 基于 Buildroot + RK3588S 的差分升级 Demo（包含 PC 端生成 patch + 设备端应用 patch + USB 传输 + A/B 分区切换的完整流程脚本）？

太好了 — 我把 “Buildroot + RK3588S，走 USB 通道的差分升级（镜像级）” 的 可复现实战 Demo 做成一套你能直接跑的说明和脚本。下面包含：

  • PC 端：如何 生成差分包（xdelta3） + 签名 + 打包成传输用的 .tar（或 .patch）。(thewiki.moe, Cool Fish In Glacier)
  • 设备端：如何 接收（USB Mass Storage / FunctionFS）、验证、合成新镜像、写入非活动槽（A/B）、更新 U-Boot 环境变量并重启（含失败回滚保护）。(opensource.rock-chips.com)
  • 必要的安全/校验步骤（hash 与签名）。
  • 注意事项与调试小技巧。
    如果你想要我把某部分改成“文件级差分（bsdiff）”或改用 imgdiff 的 Android 风格差分，也可以马上给你替换版本。(Android Git Repositories, XDA论坛)

1）设计前提（约定）

  • 设备分区（示例，实际请用你设备的分区表）：

    • boot_a /dev/mmcblk0p5（当前）
    • boot_b /dev/mmcblk0p6（备用）
    • rootfs_a /dev/mmcblk0p7（当前）
    • rootfs_b /dev/mmcblk0p8（备用）

  • 设备当前运行 slot 由 U-Boot 环境变量 boot_slot 标识（a 或 b）。设备上有 fw_setenv/fw_printenv（mtd-utils）可设置 U-Boot env。

  • 差分采用 xdelta3（镜像级差分），因通用且速度/体积较好。也可以换 imgdiff。(thewiki.moe, Cool Fish In Glacier)

2）PC 端：生成差分包（示例脚本）

文件：gen_rootfs_patch.sh（在 PC 上运行，假设已有 rootfs_old.img、rootfs_new.img）

#!/bin/bash
set -eOLD_IMG="$1"
NEW_IMG="$2"
OUT_DIR="$3"   # e.g. ./out
PATCH_NAME="rootfs_${OLD_VER}_to_${NEW_VER}.xdelta"if [ -z "$OLD_IMG" ] || [ -z "$NEW_IMG" ] || [ -z "$OUT_DIR" ]; thenecho "Usage: $0 <rootfs_old.img> <rootfs_new.img> <out_dir>"exit 1
fimkdir -p "$OUT_DIR"
# compute version ids (sha256 short)
OLD_VER=$(sha256sum "$OLD_IMG" | awk '{print $1}' | cut -c1-12)
NEW_VER=$(sha256sum "$NEW_IMG" | awk '{print $1}' | cut -c1-12)PATCH_FILE="$OUT_DIR/rootfs_${OLD_VER}_to_${NEW_VER}.xdelta"
META_FILE="$OUT_DIR/metadata.txt"
BUNDLE="$OUT_DIR/rootfs_patch_${OLD_VER}_to_${NEW_VER}.tar"echo "Generating xdelta3 patch..."
xdelta3 -e -s "$OLD_IMG" "$NEW_IMG" "$PATCH_FILE"echo "Writing metadata..."
cat > "$META_FILE" <<EOF
old_hash=$(sha256sum "$OLD_IMG" | awk '{print $1}')
new_hash=$(sha256sum "$NEW_IMG" | awk '{print $1}')
old_ver=$OLD_VER
new_ver=$NEW_VER
tool=xdelta3
EOF# Sign the patch (optional but recommended)
echo "Signing patch with openssl (use your private key private.pem)"
openssl dgst -sha256 -sign private.pem -out "$PATCH_FILE.sig" "$PATCH_FILE"echo "Bundling..."
tar -cvf "$BUNDLE" -C "$OUT_DIR" "$(basename "$PATCH_FILE")" "$(basename "$PATCH_FILE").sig" "$(basename "$META_FILE")"echo "Done: $BUNDLE"

说明：

  • xdelta3 -e -s old new patch 生成 patch。应用用 xdelta3 -d -s old patch new。(thewiki.moe, Reddit)
  • 我用 SHA256 做版本识别（在 metadata.txt 内），设备端会比对 old_hash 与本地实际镜像一致才应用。

3）PC → 设备 的 USB 传输方式（两种选项）

A）USB Mass Storage（虚拟 U 盘）：把 .tar 放到设备暴露的 U 盘里（用户拖拽），设备端守护进程检测到文件并启动升级。优点简单。

B）USB FunctionFS + 自定义协议：PC 端写一个小工具（libusb 或 pyusb）把文件上传，设备端通过 FunctionFS 收包（更自动/可加速）。

你之前有兴趣做 FunctionFS 文件传输，这一步可以直接沿用。两者设备端接收后的后续处理相同。

4）设备端：接收后自动化脚本（核心部分）

文件：apply_rootfs_patch.sh（设备 /usr/local/bin，需可执行）

#!/bin/bash
set -eWORK_DIR="/tmp/upgrade"
BUNDLE="$1"   # /mnt/usb/rootfs_patch_abc.tar
OLD_IMG="/tmp/rootfs_old.img"
NEW_IMG="/tmp/rootfs_new.img"
PATCH="/tmp/rootfs.patch"
META="/tmp/metadata.txt"
SIG="/tmp/rootfs.patch.sig"mkdir -p "$WORK_DIR"
cd "$WORK_DIR"# 1. extract bundle
tar -xvf "$BUNDLE"# 2. read metadata
source metadata.txt   # defines old_hash/new_hash# 3. locate current active slot and extract its image to compare
CURRENT_SLOT=$(fw_printenv -n boot_slot)
if [ "$CURRENT_SLOT" = "a" ]; thenCURRENT_ROOT="/dev/mmcblk0p7"   # rootfs_aINACTIVE_ROOT="/dev/mmcblk0p8"  # rootfs_b
elseCURRENT_ROOT="/dev/mmcblk0p8"INACTIVE_ROOT="/dev/mmcblk0p7"
fi# Optional: dump current partition to file for patch base (may need space)
echo "Dumping current rootfs for patch base (this may take time)..."
dd if="$CURRENT_ROOT" of="$OLD_IMG" bs=4M conv=sync status=progress# 4. verify old hash matches
CALC_OLD_HASH=$(sha256sum "$OLD_IMG" | awk '{print $1}')
if [ "$CALC_OLD_HASH" != "$old_hash" ]; thenecho "Base image mismatch: expected $old_hash got $CALC_OLD_HASH"exit 2
fi# 5. verify signature (optional)
openssl dgst -sha256 -verify public.pem -signature "$SIG" "$PATCH" || { echo "signature invalid"; exit 3; }# 6. apply xdelta3 patch to produce new image
xdelta3 -d -s "$OLD_IMG" "$PATCH" "$NEW_IMG"# 7. verify new hash
CALC_NEW_HASH=$(sha256sum "$NEW_IMG" | awk '{print $1}')
if [ "$CALC_NEW_HASH" != "$new_hash" ]; thenecho "New image hash mismatch"exit 4
fi# 8. write new image to inactive partition
echo "Writing new image to inactive partition $INACTIVE_ROOT"
# Ideally use block-level tools; dd with sync is used here
dd if="$NEW_IMG" of="$INACTIVE_ROOT" bs=4M conv=fsync status=progress# 9. set U-Boot env to boot inactive slot next
if [ "$CURRENT_SLOT" = "a" ]; thenfw_setenv boot_slot b
elsefw_setenv boot_slot a
fi
fw_setenv upgrade_available 1
fw_setenv bootcount 0# 10. reboot
echo "Rebooting to new slot..."
reboot

说明要点：

  • 先 dd 把当前分区导出为 rootfs_old.img（作为 xdelta 的基线）。如果你的系统保存中了原始镜像（比如 /opt/images/rootfs_v1.img），就可以用它而不用再 dd。这样更快、也省空间。
  • 一定要做 old_hash 检查，避免把错的基线去 patch 导致产出垃圾镜像。
  • 写入 inactive partition 后用 fw_setenv 切槽并设置 upgrade_available 标志，设备下一次启动从新槽引导并做健康检测。U-Boot 的 bootcount/bootlimit 可配合实现失败回滚。(opensource.rock-chips.com)

5）U-Boot & 回滚策略（设备上）

U-Boot env 建议字段（示例）：

boot_slot=a
upgrade_available=0
bootcount=0
bootlimit=3

引导流程（简述）：

  1. U-Boot 读取 boot_slot，尝试从对应 slot 启动内核/根。
  2. 内核 / init 程序启动后负责做“健康自检”（比如关键服务能启动、应用返回 OK）并在成功时运行 fw_setenv upgrade_available 0; fw_setenv bootcount 0。
  3. 如果内核没确认成功，下一次 U-Boot 会增加 bootcount；当 bootcount>=bootlimit 时，U-Boot 或启动脚本会把 boot_slot 切回另一槽，清 bootcount 并启动旧系统（回滚）。

该机制在很多嵌入式 OTA 系统常用（RAUC 也实现类似行为）。(RAUC)

6）安全性（必须做）

  • 签名：补丁包签名（示例用 openssl），设备端用公钥验证。
  • 双重 hash 校验：校验 old_hash（防误用）、校验 new_hash（防传输损坏）。
  • 写入前检查空间：确保设备有足够临时空间（xdelta 需要输出完整 new.img，可能临时占用与镜像相近空间）。
  • 保障救砖通道：始终保留 loader / maskrom 可刷写接口（用于无法回滚/救砖时）。(opensource.rock-chips.com, wiki.t-firefly.com)

7）性能与优化建议

  • 避免全量 dd 导出：如果设备上保存了“当前镜像的原始副本”，用它当基线会快很多。
  • 分块差分：若镜像很大，可把镜像分成固定大小 chunk（如 64MB），对每个 chunk 做 xdelta 差分并只更新变更的 chunk（复杂度高但流量更低）。Android 的 imgdiff 思路类似。(Cool Fish In Glacier, Android Git Repositories)
  • 并行写入：RK3588S 性能强，可在写入阶段尽量使用 bs=4M 并 conv=fsync 确保写入完整性。

8）调试流程（常见问题与排查）

  • old_hash 不匹配 → 检查你对基线的定位：是否设备已被改动？是否你拿到的基线版本不是设备当前版本？
  • xdelta 解包失败 → 确认 xdelta3 版本一致（不同版本产生的 patch 兼容性问题极少但可能）并确保没有传输损坏（用 sha256sum）。(thewiki.moe)
  • 写入后无法启动 → 先不要擦除旧槽，使用 loader 模式（rkdeveloptool）线刷来救砖；或使用 UART 查看内核日志定位问题。(opensource.rock-chips.com, Android Git Repositories)

9）如果你要我把 Demo 做成可直接运行的“整套工程”

我可以直接给你（一次性交付）：

  1. gen_rootfs_patch.sh（PC 端生成与签名脚本）
  2. usb_send.sh（PC 端：把 bundle 复制到设备的 MassStorage 或通过 libusb 上传的示例）
  3. apply_rootfs_patch.sh（设备端自动化脚本，上面已给出核心）
  4. u-boot env 推荐模板与 fw_setenv 使用示例。
  5. 一个小 README，包含测试步骤（如何在开发板上做 end-to-end 测试）和常见失败恢复方法（如何用 rkdeveloptool 线刷回出厂镜像）。

你要不要我现在就把这些脚本整理成一个压缩包（把脚本全部写好并显示在这里），还是先只要 apply_rootfs_patch.sh 的可改进版本（比如支持 chunked patch / 进度显示）？另外告诉我你偏好哪种 USB 传输方式：Mass Storage（拖拽） 还是 FunctionFS（自动化 + 自写 PC 工具）？

http://www.xdnf.cn/news/1337941.html

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