嵌入式Linux的文件系统

2019-07-12 17:53发布

 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。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)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。  Linux下的文件系统结构如下: 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Linus Torvalds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.Cramfs 在嵌入式的环境之下,内存和外存资源都需要节约使用。如果使用RAMDISK方式来使用文件系统,那么在系统运行之后,首先要把外存(Flash)上的映像文件解压缩到内存中,构造起RAMDISK环境,才可以开始运行程序。但是它也有很致命的弱点。在正常情况下,同样的代码不仅在外存中占据了空间(以压缩后的形式存在),而且还在内存中占用了更大的空间(以解压缩之后的形式存在),这违背了嵌入式环境下尽量节省资源的要求。 使用 cramfs就是一种解决这个问题的方式。cramfs是一个压缩式的文件系统,它并不需要一次性地将文件系统中的所有内容都解压缩到内存之中,而只是在系统需要访问某个位置的数据的时侯,马上计算出该数据在cramfs中的位置,将其实时地解压缩到内存之中,然后通过对内存的访问来获取文件系统中需要读取的数据。cramfs中的解压缩以及解压缩之后的内存中数据存放位置都是由cramfs文件系统本身进行维护的,用户并不需要了解具体的实现过程,因此这种方式增强了透明度,对开发人员来说,既方便,又节省了存储空间。 cramfs拥有以下一些特性: ◎采用实时解压缩方式,但解压缩的时侯有延迟。 ◎cramfs的数据都是经过处理、打包的,对其进先写操作有一定困难。所以cramfs不支持写操作,这个特性刚好适合嵌入式应用中使用Flash存储文件系统的场合。 ◎在cramfs中,文件最大不能超过16MB。 4.Romfs Romfs是一种相对简单、占用空间较少的文件系统。空间的节约来自于两个方面:首先内核支持Romfs文件系统比支持 ext2文件系统需要更少的代码;其次romfs文件系统相对简单,在建立文件系统超级块(Superblock)需要更少的存储空间。Romfs是只读的文件系统,禁止写操作,因此系统同时需要虚拟盘(RAMDISK)支持临时文件和数据文件的存储。 romfs本设计的主要目标是构造一个最小内核,在内核中只链接romfs文件系统,这样就可以使用romfs在稍后加载其他模块。romfs的操作是基于块设备的,它的底层结构非常简单。为了快速访问,每个单元被设计为起始于16字节边界。一个最小的文件为32字节(文件内容为空,并且文件名长度小于16字节)。对于一个非空文件的最大的开销是位于文件内容前面的文件头和其后的16字节的文件名(因为大多数的文件名长度大于3字节并且小于15字节,所以预置文件名长度为16字节)。 ROMFS是一种只读的文件系统,它使用顺序存储方式,所有数据,包括目录,链接等都按目录树的顺序存放。相对于EXT2等较大型的文件系统而言,ROMFS非常节省空间。通常ROMFS用在嵌入式设备中作为根文件系统,或者用于保存boot loader以便引导系统启动。 5.JFFS2      JFFS文件系统最早是由瑞典Axis Communications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 Flash FileSystem 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。      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。 6.YAFFS:Yet Another Flash File System      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。