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幾分鐘讓你學(xué)通嵌入式文件系統(tǒng)
時(shí)間：2018-07-23 來源：未知
文件系統(tǒng)的概念
文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)用于明確存儲(chǔ)設(shè)備或分區(qū)上的文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);即在存儲(chǔ)設(shè)備上組織文件的方法。
操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理和存儲(chǔ)文件信息的軟件機(jī)構(gòu)稱為文件管理系統(tǒng)，簡稱文件系統(tǒng)。
文件系統(tǒng)由三部分組成：
1. 文件系統(tǒng)的接口 用于管理文件的基礎(chǔ)編程接口
2. 對對象操縱和管理的軟件集使用基礎(chǔ)編程接口實(shí)現(xiàn)的具有多種復(fù)雜功能的軟件
3. 對象及屬性 文件對象的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)以及保存形式(存儲(chǔ)器的物理介質(zhì))
從系統(tǒng)角度來看，文件系統(tǒng)是對文件存儲(chǔ)設(shè)備的空間進(jìn)行組織和分配，負(fù)責(zé)文件存儲(chǔ)并對存入的文件進(jìn)行保護(hù)和檢索的系統(tǒng)。
具體地說，它負(fù)責(zé)為用戶建立文件，存入、讀出、修改、轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件，控制文件的存取，當(dāng)用戶不再使用時(shí)撤銷文件等。
嵌入式文件系統(tǒng)
嵌入式文件系統(tǒng)，是嵌入式系統(tǒng)中使用的文件系統(tǒng)，功能與通用的文件系統(tǒng)一樣。
嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁減利用。
嵌入式系統(tǒng)具有一些通用計(jì)算機(jī)所不具有的一些特點(diǎn)： 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)包括：系統(tǒng)內(nèi)核小、專用性強(qiáng)、系統(tǒng)精簡、實(shí)時(shí)性等。具體而言，它主要有如下八個(gè)特點(diǎn)：
1. 可裁剪性。支持開放性和可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)。
2. 強(qiáng)實(shí)時(shí)性。EOS實(shí)時(shí)性一般較強(qiáng)，可用于各種設(shè)備控制中。
3. 統(tǒng)一的接口。提供設(shè)備統(tǒng)一的驅(qū)動(dòng)接口。
4. 操作方便、簡單、提供友好的圖形GUI和圖形界面，追求易學(xué)易用;提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP協(xié)議及其他協(xié)議，提供TCP/UDP/IP/PPP協(xié)議支持及統(tǒng)一的MAC訪問層接口，為各種移動(dòng)計(jì)算設(shè)備預(yù)留接口。
5. 強(qiáng)穩(wěn)定性，弱交互性。嵌入式系統(tǒng)一旦開始運(yùn)行就不需要用戶過多的干預(yù)、這就要負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理的EOS具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接口一般不提供操作命令，它通過系統(tǒng)的調(diào)用命令向用戶程序提供服務(wù)。
6. 固化代碼。在嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的ROM中。
7. 更好的硬件適應(yīng)性。也就是良好的移植性。
8. 嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場，具有較長的生命周期。
針對以上特點(diǎn)，嵌入式系統(tǒng)中使用的文件系統(tǒng)，需要專門根據(jù)不同情況，進(jìn)行更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)，以確保文件數(shù)據(jù)的安全與可靠。
嵌入式文件系統(tǒng)特點(diǎn)
嵌入式文件系統(tǒng)雖然繼承了通用文件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)，但由于功能和作用與普通桌面操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)不同，同時(shí)又有自己的特點(diǎn)
1. 在嵌入式系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)組成模塊。它是作為系統(tǒng)的一個(gè)可加載選項(xiàng)提供給用戶，由用戶決定是否需要加載它。
2. 需要滿足結(jié)構(gòu)緊湊、代碼量小的特點(diǎn)，合理地對文件存儲(chǔ)器進(jìn)行管理。嵌入式系統(tǒng)中的文件存儲(chǔ)器空間相對不會(huì)太大，必須對其進(jìn)行高效的管理，以避免對資源的浪費(fèi)。
3. 使用簡單便捷。用戶只要知道文件名、文件路徑等簡單信息特征，就可以方便地對文件進(jìn)行操作，不必知道文件在具體物理存儲(chǔ)空間的運(yùn)作過程。
4. 安全可靠。對文件、數(shù)據(jù)的保護(hù)是文件系統(tǒng)的基本功能。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用通常要求系統(tǒng)必須有較高的可靠性。
5. 支持多種存儲(chǔ)設(shè)備、可伸縮、可剪裁、可移植等特點(diǎn)。嵌入式應(yīng)用的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，其采用的硬件環(huán)境和操作系統(tǒng)也各不相同。為了適應(yīng)這種差異性，文件系統(tǒng)應(yīng)降低對具體硬件環(huán)境和操作系統(tǒng)的依賴，具備良好的可移植性。
#小型Flash文件系統(tǒng)嵌入式文件系統(tǒng)存儲(chǔ)介質(zhì)一般是Flash芯片，常用的嵌入式文件系統(tǒng)比較出名的有Cramfs、JFFS、Yaffs三種文件系統(tǒng)。
Flash芯片是嵌入式系統(tǒng)中廣泛采用的主流存儲(chǔ)器，主要特點(diǎn)是按整體/扇區(qū)擦除和按字節(jié)編程、低功耗、高密度、小體積。
1. JFFS2
JFFS2 是 RedHat 的 David Woodhouse 在 JFFS 基礎(chǔ)上改進(jìn)的文件系統(tǒng)，是用于微型嵌入式設(shè)備的原始閃存芯片的實(shí)際文件系統(tǒng)。 JFFS2 文件系統(tǒng)是日志結(jié)構(gòu)化的可讀寫的文件系統(tǒng)。
JFFS2 的優(yōu)缺點(diǎn)如下： 1. 優(yōu)點(diǎn)使用了壓縮的文件格式。最重要的特性是可讀寫操作。 2. 缺點(diǎn) JFFS2 文件系統(tǒng)掛載時(shí)需要掃描整個(gè) JFFS2 文件系統(tǒng)，因此當(dāng) JFFS2 文件系統(tǒng)分區(qū)增大時(shí)，掛載時(shí)間也會(huì)相應(yīng)的變長。使用JFFS2 格式可能帶來少量的 Flash 空間的浪費(fèi)。這主要是由于日志文件的過度開銷和用于回收系統(tǒng)的無用存儲(chǔ)單元，浪費(fèi)的空間大小大致是若干個(gè)數(shù)據(jù)段。 JFFS2 的另一缺點(diǎn)是當(dāng)文件系統(tǒng)已滿或接近滿時(shí)， JFFS2 運(yùn)行速度會(huì)迅速降低。這是因?yàn)槔占膯栴}。加載 JFFS2 文件系統(tǒng)時(shí)的步驟如下：
1. 掃描整個(gè)芯片，對日志節(jié)點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)，并且將日志節(jié)點(diǎn)全部裝入內(nèi)存緩存。
2. 對所有日志節(jié)點(diǎn)進(jìn)行整理，抽取有效的節(jié)點(diǎn)并整理出文件目錄信息。
3. 找出文件系統(tǒng)中無效節(jié)點(diǎn)并且將它們刪除。
4. 最后整理內(nèi)存中的信息，將加載到緩存中的無效節(jié)點(diǎn)釋放。
由此可以看出雖然這樣能有效地提高系統(tǒng)的可靠性，但是在一定程度上降低了系統(tǒng)的速度。尤其對于較大的閃存芯片，加載過程會(huì)更慢。所以JFFS2比較適用于容量較小的Flash，例如路由器等容量在2MB~64MB級別的存儲(chǔ)器中使用的比較多
JFFS2 的制作方法為：
hisilicon$ mkfs.jffs2 -d ./rootfs -l -e 0x20000 -o jffs2-root.img
參數(shù)說明
· d：指定根文件系統(tǒng)
· l：little-endian 小端模式
· e：Flash 的塊大小
· o：輸出映像文件
2. YAFFS2
YAFFS2 是專門為 NAND Flash 設(shè)計(jì)的嵌入式文件系統(tǒng)。它是日志結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)，提供了損耗平衡和掉電保護(hù)，可以有效地避免意外掉電對文件系統(tǒng)一致性和完整性的影響。
YAFFS2 的優(yōu)缺點(diǎn)如下：
· 優(yōu)點(diǎn)
1. 專門針對 NAND Flash，軟件結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，速度快。
2. 使用硬件的 spare area 區(qū)域存儲(chǔ)文件組織信息，啟動(dòng)時(shí)只需掃描組織信息，啟動(dòng)比較快。
3. 采用多策略垃圾回收算法，能夠提高垃圾回收的效率和公平性，達(dá)到損耗平衡的目的。
· 缺點(diǎn) 沒有采用壓縮的文件格式。當(dāng)包含的內(nèi)容相同時(shí)， YAFFS2 鏡像文件要比 jffs2 鏡像文件大。
3. SquashFS
SquashFS 是另一種可用于 flash 設(shè)備的 Linux 只讀文件系統(tǒng)。 SquashFS 具有極高的壓縮率，數(shù)據(jù)(data),節(jié)點(diǎn)(inode)和目錄(directories)都被壓縮。常用于存儲(chǔ)介質(zhì)很有限的場景。
SquashFS 保存了全部的 32 位 UID/GIDS 和文件的創(chuàng)建時(shí)間，支持多達(dá) 4G 的文件系統(tǒng)， SquashFS 使用簡單，響應(yīng)速度快。
SquashFS 是一種新的文件系統(tǒng)，它對 CramFS 的特點(diǎn)作了進(jìn)一步的改進(jìn)，并突破了CramFS 的一些限制。其優(yōu)點(diǎn)如下：
1. SquashFS 具有更高的壓縮率
2. SquashFS 的響應(yīng)速度更快
3. CramFS 文件系統(tǒng)支持的最大文件為 16M，而 SquashFS 多達(dá) 4G
4. CramFS 文件系統(tǒng)大小限制略大于 256M，而 SquashFS 多達(dá) 4G
