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嵌入式開發基礎知識:Linux支持的多種文件系統類型

Linux支持多種文件系統類型,在嵌入式開發中上常用有:ROMFS、JFFS2、NFS、CRAMFS、YAFFS、UBIFS等。

JFFS文件系統

JFFS文件系統最早是由瑞典Axis Communications公司基於Linux2.0的內核為嵌入式系統開發的文件系統。JFFS2是RedHat公司基於JFFS開發的閃存文件系統,最初是針對RedHat公司的嵌入式產品eCos開發的嵌入式文件系統,所以JFFS2也可以用在Linux, uCLinux中。

Jffs2: 日誌閃存文件系統版本2 (Journalling Flash FileSystem v2)

主要用於NOR型閃存,基於MTD驅動層,特點是:可讀寫的、支持數據壓縮的、基於哈希表的日誌型文件系統,並提供了崩潰/掉電安全保護,提供“寫平衡”支持等。缺點主要是當文件系統已滿或接近滿時,因為垃圾收集的關系而使jffs2的運行速度大大放慢。

目前jffs3正在開發中。關於jffs系列文件系統的使用詳細文檔,可參考MTD補丁包中mtd-jffs-HOWTO.txt。

jffsx不適合用於NAND閃存主要是因為NAND閃存的容量一般較大,這樣導致jffs為維護日誌節點所占用的內存空間迅速增大,另外,jffsx文件系統在掛載時需要掃描整個FLASH的內容,以找出所有的日誌節點,建立文件結構,對於大容量的NAND閃存會耗費大量時間。

yaffs:Yet Another Flash file System

yaffs/yaffs2是專為嵌入式系統使用NAND型閃存而設計的一種日誌型文件系統。與jffs2相比,它減少了一些功能(例如不支持數據壓縮),所以速度更快,掛載時間很短,對內存的占用較小。另外,它還是跨平臺的文件系統,除了Linux和eCos,還支持WinCE, pSOS和ThreadX等。

yaffs/yaffs2自帶NAND芯片的驅動,並且為嵌入式系統提供了直接訪問文件系統的API,用戶可以不使用Linux中的MTD與VFS,直接對文件系統操作。當然,yaffs也可與MTD驅動程序配合使用。

yaffs與yaffs2的主要區別在於,前者僅支持小頁(512 Bytes) NAND閃存,後者則可支持大頁(2KB) NAND閃存。同時,yaffs2在內存空間占用、垃圾回收速度、讀/寫速度等方面均有大幅提升。

Cramfs:Compressed ROM File System

Cramfs是Linux的創始人 Linus Torvalds參與開發的一種只讀的壓縮文件系統。它也基於MTD驅動程序。

在cramfs文件系統中,每一頁(4KB)被單獨壓縮,可以隨機頁訪問,其壓縮比高達2:1,為嵌入式系統節省大量的Flash存儲空間,使系統可通過更低容量的FLASH存儲相同的文件,從而降低系統成本。

Cramfs文件系統以壓縮方式存儲,在運行時解壓縮,所以不支持應用程序以XIP方式運行,所有的應用程序要求被拷到RAM裏去運行,但這並不代表比Ramfs需求的RAM空間要大一點,因為Cramfs是采用分頁壓縮的方式存放檔案,在讀取檔案時,不會一下子就耗用過多的內存空間,只針對目前實際讀取的部分分配內存,尚沒有讀取的部分不分配內存空間,當我們讀取的檔案不在內存時,Cramfs文件系統自動計算壓縮後的資料所存的位置,再即時解壓縮到RAM中。

另外,它的速度快,效率高,其只讀的特點有利於保護文件系統免受破壞,提高了系統的可靠性。

由於以上特性,Cramfs在嵌入式系統中應用廣泛。

但是它的只讀屬性同時又是它的一大缺陷,使得用戶無法對其內容對進擴充。

Cramfs映像通常是放在Flash中,但是也能放在別的文件系統裏,使用loopback 設備可以把它安裝別的文件系統裏。

Romfs

傳統型的Romfs文件系統是一種簡單的、緊湊的、只讀的文件系統,不支持動態擦寫保存,按順序存放數據,因而支持應用程序以XIP(eXecute In Place,片內運行)方式運行,在系統運行時,節省RAM空間。uClinux系統通常采用Romfs文件系統。

其他文件系統:fat/fat32也可用於實際嵌入式系統的擴展存儲器(例如PDA, Smartphone, 數碼相機等的SD卡),這主要是為了更好的與最流行的Windows桌面操作系統相兼容。ext2也可以作為嵌入式Linux的文件系統,不過將它用於FLASH閃存會有諸多弊端。

基於RAM的文件系統
(1) Ramdisk

Ramdisk是將一部分固定大小的內存當作分區來使用。它並非一個實際的文件系統,而是一種將實際的文件系統裝入內存的機制,並且可以作為根文件系統。將一些經常被訪問而又不會更改的文件(如只讀的根文件系統)通過Ramdisk放在內存中,可以明顯地提高系統的性能。

在Linux的啟動階段,initrd提供了一套機制,可以將內核映像和根文件系統一起載入內存。

(2)ramfs/tmpfs

Ramfs是Linus Torvalds開發的一種基於內存的文件系統,工作於虛擬文件系統(VFS)層,不能格式化,可以創建多個,在創建時可以指定其最大能使用的內存大小。(實際上,VFS本質上可看成一種內存文件系統,它統一了文件在內核中的表示方式,並對磁盤文件系統進行緩沖。)

Ramfs/tmpfs文件系統把所有的文件都放在RAM中,所以讀/寫操作發生在RAM中,可以用ramfs/tmpfs來存儲一些臨時性或經常要修改的數據,例如/tmp和/var目錄,這樣既避免了對Flash存儲器的讀寫損耗,也提高了數據讀寫速度。

Ramfs/tmpfs相對於傳統的Ramdisk的不同之處主要在於:不能格式化,文件系統大小可隨所含文件內容大小變化。

Tmpfs的一個缺點是當系統重新引導時會丟失所有數據。

網絡文件系統NFS (Network File System)
NFS是由Sun開發並發展起來的一項在不同機器、不同操作系統之間通過網絡共享文件的技術。在嵌入式Linux系統的開發調試階段,可以利用該技術在主機上建立基於NFS的根文件系統,掛載到嵌入式設備,可以很方便地修改根文件系統的內容。

以上討論的都是基於存儲設備的文件系統(memory-based file system),它們都可用作Linux的根文件系統。實際上,Linux還支持邏輯的或偽文件系統(logical or pseudo file system),例如procfs(proc文件系統),用於獲取系統信息,以及devfs(設備文件系統)和sysfs,用於維護設備文件。

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