嵌入式设备的文件系统

系统需要一种以结构化格式存储和检索信息的方法；这就需要文件系统的参与。Ramdisk（请参阅参考资料）是通过将计算机的 RAM 用作设备来创建和挂装文件系统的一种机制，它通常用于无盘系统（当然包括微型嵌入式设备，它只包含作为永久存储媒质的闪存芯片）。

用户可以根据可靠性、健壮性和／或增强的功能的需求来选择文件系统的类型。
第二版扩展文件系统（Ext2fs）
Ext2fs 是 Linux 事实上的标准文件系统，它已经取代了它的前任 — 扩展文件系统（或 Extfs）。Extfs 支持的文件大小最大为 2 GB，支持的最大文件名称大小为 255 个字符 — 而且它不支持索引节点（包括数据修改时间标记）。Ext2fs 做得更好；它的优点是：

Ext2fs 支持达 4 TB 的内存。
Ext2fs 文件名称最长可以到 1012 个字符。
当创建文件系统时，管理员可以选择逻辑块的大小（通常大小可选择 1024、2048 和 4096 字节）。
Ext2fs 了实现快速符号链接：不需要为此目的而分配数据块，并且将目标名称直接存储在索引节点（inode）表中。这使性能有所提高，特别是在速度上。



因为 Ext2 文件系统的稳定性、可靠性和健壮性，所以几乎在所有基于 Linux 的系统（包括台式机、服务器和工作站 — 并且甚至一些嵌入式设备）上都使用 Ext2 文件系统。然而，当在嵌入式设备中使用 Ext2fs 时，它有一些缺点：

Ext2fs 是为象 IDE 设备那样的块设备设计的，这些设备的逻辑块大小是 512 字节，1 K 字节等这样的倍数。这不太适合于扇区大小因设备不同而不同的闪存设备。
Ext2 文件系统没有提供对基于扇区的擦除／写操作的良好管理。在 Ext2fs 中，为了在一个扇区中擦除单个字节，必须将整个扇区复制到 RAM，然后擦除，然后重写入。考虑到闪存设备具有有限的擦除寿命（大约能进行 100,000 次擦除），在此之后就不能使用它们，所以这不是一个特别好的方法。
在出现电源故障时，Ext2fs 不是防崩溃的。
Ext2 文件系统不支持损耗平衡，因此缩短了扇区／闪存的寿命。（损耗平衡确保将地址范围的不同区域轮流用于写和／或擦除操作以延长闪存设备的寿命。）
Ext2fs 没有特别完美的扇区管理，这使设计块驱动程序十分困难。



由于这些原因，通常相对于 Ext2fs，在嵌入式环境中使用 MTD/JFFS2 组合是更好的选择。

用 Ramdisk 挂装 Ext2fs
通过使用 Ramdisk 的概念，可以在嵌入式设备中创建并挂装 Ext2 文件系统（以及用于这一目的的任何文件系统）。

清单 6. 创建一个简单的基于 Ext2fs 的 Ramdisk mke2fs -vm0 /dev/ram 4096
mount -t ext2 /dev/ram /mnt
cd /mnt
cp /bin, /sbin, /etc, /dev ... files in mnt
cd ../
umount /mnt
dd if=/dev/ram bs=1k count=4096 of=ext2ramdisk




mke2fs 是用于在任何设备上创建 ext2 文件系统的实用程序 — 它创建超级块、索引节点以及索引节点表等等。

在上面的用法中，/dev/ram 是上面构建有 4096 个块的 ext2 文件系统的设备。然后，将这个设备（/dev/ram）挂装在名为 /mnt 的临时目录上并且复制所有必需的文件。一旦复制完这些文件，就卸装这个文件系统并且设备（/dev/ram）的内容被转储到一个文件（ext2ramdisk）中，它就是所需的 Ramdisk（Ext2 文件系统）。

上面的顺序创建了一个 4 MB 的 Ramdisk，并用必需的文件实用程序来填充它。

一些要包含在 Ramdisk 中的重要目录是：

/bin — 保存大多数象 init、busybox、shell、文件管理实用程序等二进制文件。
/dev — 包含用在设备中的所有设备节点
/etc — 包含系统的所有配置文件
/lib — 包含所有必需的库，如 libc、libdl 等



日志闪存文件系统，版本 2（JFFS2）
瑞典的 Axis Communications 开发了最初的 JFFS，Red Hat 的 David Woodhouse 对它进行了改进。 第二个版本，JFFS2，作为用于微型嵌入式设备的原始闪存芯片的实际文件系统而出现。JFFS2 文件系统是日志结构化的，这意味着它基本上是一长列节点。每个节点包含有关文件的部分信息 — 可能是文件的名称、也许是一些数据。相对于 Ext2fs，JFFS2 因为有以下这些优点而在无盘嵌入式设备中越来越受欢迎：

JFFS2 在扇区级别上执行闪存擦除／写／读操作要比 Ext2 文件系统好。
JFFS2 提供了比 Ext2fs 更好的崩溃／掉电安全保护。当需要更改少量数据时，Ext2 文件系统将整个扇区复制到内存（DRAM）中，在内存中合并新数据，并写回整个扇区。这意味着为了更改单个字，必须对整个扇区（64 KB）执行读／擦除／写例程 — 这样做的效率非常低。要是运气差，当正在 DRAM 中合并数据时，发生了电源故障或其它事故，那么将丢失整个数据集合，因为在将数据读入 DRAM 后就擦除了闪存扇区。JFFS2 附加文件而不是重写整个扇区，并且具有崩溃／掉电安全保护这一功能。
这可能是最重要的一点：JFFS2 是专门为象闪存芯片那样的嵌入式设备创建的，所以它的整个设计提供了更好的闪存管理。



因为本文主要是写关于闪存设备的使用，所以在嵌入式环境中使用 JFFS2 的缺点很少：

当文件系统已满或接近满时，JFFS2 会大大放慢运行速度。这是因为垃圾收集的问题（更多信息，请参阅参考资料）。



创建 JFFS2 文件系统
在 Linux 下，用 mkfs.jffs2 命令创建 JFFS2 文件系统（基本上是使用 JFFS2 的 Ramdisk）。

清单 7. 创建 JFFS2 文件系统 mkdir jffsfile
cd jffsfile

/* copy all the /bin, /etc, /usr/bin, /sbin/ binaries and /dev entries
that are needed for the filesystem here */

/* Type the following command under jffsfile directory to create the JFFS2 Image */

./mkfs.jffs2 -e 0x40000 -p -o ../jffs.image




上面显示了 mkfs.jffs2 的典型用法。-e 选项确定闪存的擦除扇区大小（通常是 64 千字节）。-p 选项用来在映像的剩余空间用零填充。-o 选项用于输出文件，通常是 JFFS2 文件系统映像 — 在本例中是 jffs.image。一旦创建了 JFFS2 文件系统，它就被装入闪存中适当的位置（引导装载程序告知内核查找文件系统的地址）以便内核能挂装它。

tmpfs
当 Linux 运行于嵌入式设备上时，该设备就成为功能齐全的单元，许多守护进程会在后台运行并生成许多日志消息。另外，所有内核日志记录机制，象 syslogd、dmesg 和 klogd，会在 /var 和 /tmp 目录下生成许多消息。由于这些进程产生了大量数据，所以允许将所有这些写操作都发生在闪存是不可取的。由于在重新引导时这些消息不需要持久存储，所以这个问题的解决方案是使用 tmpfs。

tmpfs 是基于内存的文件系统，它主要用于减少对系统的不必要的闪存写操作这一唯一目的。因为 tmpfs 驻留在 RAM 中，所以写／读／擦除的操作发生在 RAM 中而不是在闪存中。因此，日志消息写入 RAM 而不是闪存中，在重新引导时不会保留它们。tmpfs 还使用磁盘交换空间来存储，并且当为存储文件而请求页面时，使用虚拟内存（VM）子系统。

tmpfs 的优点包括：

动态文件系统大小 — 文件系统大小可以根据被复制、创建或删除的文件或目录的数量来缩放。使得能够最理想地使用内存。
速度 — 因为 tmpfs 驻留在 RAM，所以读和写几乎都是瞬时的。即使以交换的形式存储文件，I/O 操作的速度仍非常快。



tmpfs 的一个缺点是当系统重新引导时会丢失所有数据。因此，重要的数据不能存储在 tmpfs 上。

挂装 tmpfs
诸如 Ext2fs 和 JFFS2 等大多数其它文件系统都驻留在底层块设备之上，而 tmpfs 与它们不同，它直接位于 VM 上。因而，挂装 tmpfs 文件系统是很简单的事：

清单 8. 挂装 tmpfs /* Entries in /etc/rc.d/rc.sysinit for creating/using tmpfs */

# mount -t tmpfs tmpfs /var -o size=512k
# mkdir -p /var/tmp
# mkdir -p /var/log
# ln -s /var/tmp /tmp




上面的命令将在 /var 上创建 tmpfs 并将 tmpfs 的最大大小限制为 512 K。同时，tmp/ 和 log/ 目录成为 tmpfs 的一部分以便在 RAM 中存储日志消息。

如果您想将 tmpfs 的一个项添加到 /etc/fstab，那么它可能看起来象这样：

tmpfs /var tmpfs size=32m 0 0

这将在 /var 上挂装一个新的 tmpfs 文件系统。

原文转自：http://www.ltesting.net