文件系统的分类和制作 ubifs文件系统制作

Linux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(Virtual FileSystem),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。

>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(Memory TechnologyDevice,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。

1. jffs2

JFFS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 (Journalling FlashFileSystem v2)

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。

2. yaffs

yaffs/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(512 Bytes)NAND闪存,后者则可支持大页(2KB)NAND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。

3. Cramfs

Cramfs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。

4. Romfs

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(eXecuteIn Place,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。

>基于RAM的文件系统

1. Ramdisk

Ramdisk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。

2. ramfs/tmpfs

Ramfs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,它统一了文件在内核中的表示方式,并对磁盘文件系统进行缓冲。)

Ramfs/tmpfs文件系统把所有的文件都放在RAM中,所以读/写操作发生在RAM中,可以用ramfs/tmpfs来存储一些临时性或经常要修改的数据,例如/tmp和/var目录,这样既避免了对Flash存储器的读写损耗,也提高了数据读写速度。

Ramfs/tmpfs相对于传统的Ramdisk的不同之处主要在于:不能格式化,文件系统大小可随所含文件内容大小变化。

Tmpfs的一个缺点是当系统重新引导时会丢失所有数据。

3. 网络文件系统NFS (Network FileSystem)

NFS是由Sun开发并发展起来的一项在不同机器、不同操作系统之间通过网络共享文件的技术。在嵌入式Linux系统的开发调试阶段,可以利用该技术在主机上建立基于NFS的根文件系统,挂载到嵌入式设备,可以很方便地修改根文件系统的内容。

以上讨论的都是基于存储设备的文件系统(memory-based filesystem),它们都可用作Linux的根文件系统。实际上,Linux还支持逻辑的或伪文件系统(logical or pseudofilesystem),例如procfs(proc文件系统),用于获取系统信息,以及devfs(设备文件系统)和sysfs,用于维护设备文件。

开发环境

操作系统:Ubuntu 10.4(linuxkernel-v2.6.31)

移植Linux内核版本:2.6.30

交叉编译工具:arm-linux-gcc 4.3.2

文件系统制作工具:Busybox-1.16.1

下载Busybox-1.16.1

Busybox-1.16.1的下载地址:

http://www.busybox.net/

配置Busybox

1.创建制作文件系统的根目录

在提示符后输入:

/opt# mkdir rootfs

2.解压busybox-1.16.1

进入存放busybox-1.16.1压缩包文件的目录,在提示符后输入:

/opt# tar jxvfbusybox-1.16.1.tar.ba2

3.进入busybox-1.16.1根目录,修改Makefile,修改ARCH和CROSS_COMPILE两变量的值

ARCH ?= arm

CROSS_COMPILE ?= arm-linux-

4.通过busybox的配置菜单配置制作的文件系统

在提示符后输入:

/opt/ busybox-1.16.1# makemenuconfig

系统将弹出配置菜单,通过菜单选择需要的选项,如图1所示:

以下选项必须选择:

BusyboxSetting----->

build option-->

[] Build BusyBox as a static binary (no shared libs)

[] Build BusyBox as a positionindependent executable (NEW)

[] Force NOMMU build

[] Build shared libbusybox

[*]Produce a binary for each applet, linked againstlibbusybox

[*]Produce additional busybox binary linked againstlibbusybox

[] Build with Large File Support (for accessing files> 2 GB)

() Cross Compiler prefix

() Additional CFLAGS

BusyboxSetting----->

installationoption-->

[*] Don't use/usr

Applets links (as soft-links)--->

(/opt/rootfs) BusyBox installation prefix(该项输入编译安装路径,在此输入rootfs文件路径)

Busybox Library Tuning--->

MD5: Trade Bytes forSpeed

[*] Faster /proc scanning code (+100bytes)

[*] Support for/etc/networks

[*] Support for/etc/networks

[*] Additional editing keys

[*] vi-style line editingcommands

[*] History saving

[*] Tab completion

[*]Username completion

[*] Fancy shell prompts


文件系统的分类和制作 ubifs文件系统制作

请安装有关编译程序。安装make ,gcc,make-kpkg,运行menuconfig等等和编译内核相关的工具。

有关命令如下:

/opt# sudo apt-get installbuild-essential kernel-package libncurses5- dev

若安装不了,请检查/etc/apt/sources.list 文件。

编译Busybox

在提示符后输入:

/opt/ busybox-1.16.1# makeinstall

在rootfs文件下会多了bin、sbin两个文件夹和一个linuxrc文件,如图3所示:

1.创建文件系统其它目录

进入rootfs目录,在提示符后输入:

/opt/ rootfs# mkdir boot dev etc homelib mnt proc root sys tmp var usr

建立其它基本的目录,如图4所示:

2.建立及复制文件系统所需的文件

1.在/rootfs/dev/目录下建立console和null节点文件 (要root身份)

若缺少这两个文件,在挂载文件系统时将会有报错信息,如图5所示:

进入/rootfs/dev/目录,在提示符后输入:

/opt/rootfs/dev# mknod -m 666 console c5 1

/opt/rootfs/dev# mknod -m 666 null c 13

2.在/rootfs/etc/目录下建立fstab和inittab文件

进入/rootfs/etc/目录,创建fstab文件,其内容如下:

none/procprocdefaults0 0

none/dev/ptsdevptsmode=06220 0

tmpfs/dev/shmtmpfsdefaults0 0

进入/rootfs/etc/目录,创建inittab文件,其内容如下:

#[inittab]

::sysinit:/etc/init.d/rcS

::askfirst:-/bin/sh

::restart:/sbin/init

::ctrlaltdel:/sbin/reboot

::shutdown:/bin/umount -a –r

::shutdown:/sbin/swapoff –a

最后在提示符下输入:

/opt/rootfs/etc# chmod +x fstabinittab

3.在/rootfs/etc/init.d/目录下建立rcS文件

进入/rootfs/etc/目录,创建init.d目录,在该目录下创建rcS文件,其内容如下:

#! /bin/sh

exportPATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin

echo "running/etc/init.d/rcS"

echo " mount -t proc proc/proc"

mount -t proc proc /proc

echo " mount -t sysfs /sys/sys"

mount -t sysfs /sys /sys

# echo " mount -t tmpfs /tmpfs /dev"

#/mount -t tmpfs /tmpfs /dev

#echo "mount ramfs filesystem to/var"

#/mount -t ramfs none /var

#echo "starting udevd..."

#/udevd --daemon

#/udevstart

#ln -s /dev/rtc0 /dev/rtc

#/mount -t yaffs2 /dev/mtdblock1/home/

#hostname SBC6020

#ifconfig lo 127.0.0.1 netmask255.0.0.0

#ifconfig eth1 192.192.192.200 netmask255.255.255.0

#ifconfig eth0 hw ether00:11:22:33:44:55

#ifconfig eth0 192.168.0.1 netmask255.255.255.0

#/opt/apache/bin/apachectlstart

#exec /etc/init.d/rcS.local

最后在提示符下输入:

/opt/rootfs/etc/init.d# chmod +xrcS

4. 复制lib库文件

/opt/rootfs# cp –rfv *.*/usr/local/arm/4.3.2/arm-none-linux-gnueabi/libc/armv4t/lib./

若无动态lib库文件,挂载文件系统时,将会出现如图7所示的错误:


当然,你也可以在配置busybox时,选择如下选择:

BusyboxSetting----->

build option-->

[*] Build BusyBox as a static binary (no shared libs)

使用静态库,这样就不必复制lib库文件了。

至此,一个基本的文件系统制作完毕。如图8所示:

文件历史记录

版本编制日期更改内容

  

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