嵌入式linux根文件系统的建立.

嵌入式linux根文件系统的建立8.1文件系统简介Linux支持多种文件系统，包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、romfs和nfs等，为了对各类文件系统进行统一管理，Linux引入了虚拟文件系统VFS(VirtualFileSystem，为各类文件系统提供一个统一的操作界面和应用编程接口。Linux下的文件系统结构如下：Linux启动时，第一个必须挂载的是根文件系统；若系统不能从指定设备上挂载根文件系统，则系统会出错而退出启动。之后可以自动或手动挂载其他的文件系统。因此，一个系统中可以同时存在不同的文件系统。不同的文件系统类型有不同的特点，因而根据存储设备的硬件特性、系统需求等有不同的应用场合。在嵌入式Linux应用中，主要的存储设备为RAM(DRAM,SDRAM和ROM(常采用FLASH存储器，常用的基于存储设备的文件系统类型包括：jffs2,yaffs,cramfs,romfs,ramdisk,ramfs/tmpfs等。8.2嵌入式Linux根文件系统8.2.1根文件系统简介简单的来说，根文件系统就是一种目录结构,那么根文件系统和普通的文件系统有什么区呢？其实根文件系统就是要包括Linux启动时所必须的目录和关键性的文件，例如Linux启动时都需要有init目录下的相关文件，在Linux挂载分区时Linux一定会找/etc/fstab这个挂载文件等，根文件系统中还包括了许多的应用程序bin目录等，任何包括这些Linux系统启动所必须的文件都可以成为根文件系统。8.2.2基本根文件系统目录构成解析下面列出了linux根文件系统下一些主要目录的功用。/bin二进制可执行命令/dev设备特殊文件/etc系统管理和配置文件/etc/rc.d启动的配置文件和脚本/home用户主目录的基点，比如用户user的主目录就是/home/user，可以用~user表示/lib标准程序设计库，又叫动态链接共享库，作用类似windows里的.dll文件/sbin系统管理命令，这里存放的是系统管理员使用的管理程序/tmp公用的临时文件存储点/root系统管理员的主目录（呵呵，特权阶级）/mnt系统提供这个目录是让用户临时挂载其他的文件系统。/lost+found这个目录平时是空的，系统非正常关机而留下“无家可归”的文件（windows下叫什么.chk）就在这里/proc虚拟的目录，是系统内存的映射。可直接访问这个目录来获取系统信息。/var某些大文件的溢出区，比方说各种服务的日志文件/usr最庞大的目录，要用到的应用程序和文件几乎都在这个目录。其中主要包含：/usr/bin众多的应用程序/usr/sbin超级用户的一些管理程序8.3根文件系统的引导过程一般的系统先启动的是/sbin/init，而如同原始的主流init，BusyBox也可以处理系统的启动工作。BusyBox的init尤其适合在嵌入式系统中使用，因为它可以为嵌入式系统提供所需要的大部分init功能，却不会让嵌入式系统被SystemVinit的额外特性拖累。因为/sbin/init是/bin/busybox的符号链接，所以BusyBox是目标板系统上执行的第一应用程序。当BusyBox知道调用它的目的是要执行init，它会立即跳转到init进程。BusyBox的init进程会依次进行以下工作：1、为init设置信号处理进程。2、初始化控制台。3、剖析inittab文件、/etc/inittab文件。4、执行系统初始化的命令行。BusyBox在缺省情况下会使用/etc/init.d/rcS命令行。5、执行所有会导致init暂停的inittab命令。6、执行所有仅执行一次的inittab命令。一旦完成以上工作，init进程便会循环执行以下工作：1、执行所有终止时必须重新启动的inittab命令。2、执行所有终止时必须重新启动但启动前必须先询问过用户的inittab命令。8.4嵌入式文件系统8.4.1嵌入式文件系统的特点和种类文件系统指文件存在的物理空间，linux系统中每个分区都是一个文件系统，都有自己的目录层次结构。linux会将这些分属不同分区的、单独的文件系统按一定的方式形成一个系统的总的目录层次结构。一个操作系统的运行离不开对文件的操作，因此必然要拥有并维护自己的文件系统。linux文件系统使用索引节点来记录文件信息，作用像windows的文件分配表。索引节点是一个结构，它包含了一个文件的长度、创建及修改时间、权限、所属关系、磁盘中的位置等信息。一个文件系统维护了一个索引节点的数组，每个文件或目录都与索引节点数组中的唯一一个元素对应。系统给每个索引节点分配了一个号码，也就是该节点在数组中的索引号，称为索引节点号。linux文件系统将文件索引节点号和文件名同时保存在目录中。所以，目录只是将文件的名称和它的索引节点号结合在一起的一张表，目录中每一对文件名称和索引节点号称为一个连接。对于一个文件来说有唯一的索引节点号与之对应，对于一个索引节点号，却可以有多个文件名与之对应。因此，在磁盘上的同一个文件可以通过不同的路径去访问它。可以用ln命令对一个已经存在的文件再建立一个新的连接，而不复制文件的内容。连接有软连接和硬连接之分，软连接又叫符号连接。不同的文件系统类型有不同的特点，因而根据存储设备的硬件特性、系统需求等有不同的应用场合。在嵌入式Linux应用中，主要的存储设备为RAM(DRAM,SDRAM和ROM(常采用FLASH存储器，常用的基于存储设备的文件系统类型包括：jffs2,yaffs,cramfs,romfs,ramdisk,ramfs/tmpfs等。8.4.2常见的嵌入式文件系统1、基于FLASH的文件系统Flash(闪存作为嵌入式系统的主要存储媒介，有其自身的特性。Flash的写入操作只能把对应位置的1修改为0，而不能把0修改为1(擦除Flash就是把对应存储块的内容恢复为1，因此，一般情况下，向Flash写入内容时，需要先擦除对应的存储区间，这种擦除是以块(block为单位进行的。闪存主要有NOR和NAND两种技术(简单比较见附录。Flash存储器的擦写次数是有限的，NAND闪存还有特殊的硬件接口和读写时序。因此，必须针对Flash的硬件特性设计符合应用要求的文件系统；传统的文件系统如ext2等，用作Flash的文件系统会有诸多弊端。在嵌入式Linux下，MTD(MemoryTechnologyDevice,存储技术设备为底层硬件(闪存和上层(文件系统之间提供一个统一的抽象接口，即Flash的文件系统都是基于MTD驱动层的(参见上面的Linux下的文件系统结构图。使用MTD驱动程序的主要优点在于，它是专门针对各种非易失性存储器(以闪存为主而设计的，因而它对Flash有更好的支持、管理和基于扇区的擦除、读/写操作接口。顺便一提，一块Flash芯片可以被划分为多个分区，各分区可以采用不同的文件系统；两块Flash芯片也可以合并为一个分区使用，采用一个文件系统。即文件系统是针对于存储器分区而言的，而非存储芯片。(1jffs2JFFS文件系统最早是由瑞典AxisCommunications公司基于Linux2.0的内核为嵌入式系统开发的文件系统。JFFS2是RedHat公司基于JFFS开发的闪存文件系统，最初是针对RedHat公司的嵌入式产品eCos开发的嵌入式文件系统，所以JFFS2也可以用在Linux,uCLinux中。Jffs2:日志闪存文件系统版本2(JournallingFlashFileSystemv2主要用于NOR型闪存，基于MTD驱动层，特点是：可读写的、支持数据压缩的、基于哈希表的日志型文件系统，并提供了崩溃/掉电安全保护，提供“写平衡”支持等。缺点主要是当文件系统已满或接近满时，因为垃圾收集的关系而使jffs2的运行速度大大放慢。目前jffs3正在开发中。关于jffs系列文件系统的使用详细文档，可参考MTD补丁包中mtd-jffs-HOWTO.txt。jffsx不适合用于NAND闪存主要是因为NAND闪存的容量一般较大，这样导致jffs为维护日志节点所占用的内存空间迅速增大，另外，jffsx文件系统在挂载时需要扫描整个FLASH的内容，以找出所有的日志节点，建立文件结构，对于大容量的NAND闪存会耗费大量时间。(2yaffs：YetAnotherFlashFileSystemyaffs/yaffs2是专为嵌入式系统使用NAND型闪存而设计的一种日志型文件系统。与jffs2相比，它减少了一些功能(例如不支持数据压缩，所以速度更快，挂载时间很短，对内存的占用较小。另外，它还是跨平台的文件系统，除了Linux和eCos，还支持WinCE,pSOS和ThreadX等。yaffs/yaffs2自带NAND芯片的驱动，并且为嵌入式系统提供了直接访问文件系统的API，用户可以不使用Linux中的MTD与VFS，直接对文件系统操作。当然，yaffs也可与MTD驱动程序配合使用。yaffs与yaffs2的主要区别在于，前者仅支持小页(512BytesNAND闪存，后者则可支持大页(2KBNAND闪存。同时，yaffs2在内存空间占用、垃圾回收速度、读/写速度等方面均有大幅提升。(3Cramfs：CompressedROMFileSystemCramfs是Linux的创始人LinusTorvalds参与开发的一种只读的压缩文件系统。它也基于MTD驱动程序。在cramfs文件系统中，每一页(4KB被单独压缩，可以随机页访问，其压缩比高达2:1,为嵌入式系统节省大量的Flash存储空间，使系统可通过更低容量的FLASH存储相同的文件，从而降低系统成本。Cramfs文件系统以压缩方式存储，在运行时解压缩，所以不支持应用程序以XIP方式运行，所有的应用程序要求被拷到RAM里去运行，但这并不代表比Ramfs需求的RAM空间要大一点，因为Cramfs是采用分页压缩的方式存放档案，在读取档案时，不会一下子就耗用过多的内存空间，只针对目前实际读取的部分分配内存，尚没有读取的部分不分配内存空间，当我们读取的档案不在内存时，Cramfs文件系统自动计算压缩后的资料所存的位置，再即时解压缩到RAM中。另外，它的速度快，效率高，其只读的特点有利于保护文件系统免受破坏，提高了系统的可靠性。由于以上特性，Cramfs在嵌入式系统中应用广泛。但是它的只读属性同时又是它的一大缺陷，使得用户无法对其内容对进扩充。Cramfs映像通常是放在Flash中，但是也能放在别的文件系统里，使用loopback设备可以把它安装别的文件系统里。(4Romfs传统型的Romfs文件系统是一种简单的、紧凑的、只读的文件系统，不支持动态擦写保存，按顺序存放数据，因而支持应用程序以XIP(eXecuteInPlace，片内运行方式运行，在系统运行时，节省RAM空间。uClinux系统通常采用Romfs文件系统。其他文件系统：fat/fat32也可用于实际嵌入式系统的扩展存储器(例如PDA,Smartphone,数码相机等的SD卡，这主要是为了更好的与最流行的Windows桌面操作系统相兼容。ext2也可以作为嵌入式Linux的文件系统，不过将它用于FLASH闪存会有诸多弊端。2、基于RAM的文件系统(1RamdiskRamdisk是将一部分固定大小的内存当作分区来使用。它并非一个实际的文件系统，而是一种将实际的文件系统装入内存的机制，并且可以作为根文件系统。将一些经常被访问而又不会更改的文件(如只读的根文件系统通过Ramdisk放在内存中，可以明显地提高系统的性能。在Linux的启动阶段，initrd提供了一套机制，可以将内核映像和根文件系统一起载入内存。(2ramfs/tmpfsRamfs是LinusTorvalds开发的一种基于内存的文件系统，工作于虚拟文件系统(VFS层，不能格式化，可以创建多个，在创建时可以指定其最大能使用的内存大小。(实际上，VFS本质上可看成一种内存文件系统