实验九根文件系统构建实验1107.docx

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实验九根文件系统构建实验1107

实验九根文件系统构建实验

一、实验目的

1）了解嵌入式操作系统中文件系统的类型和作用。

2）了解yaffs2文件系统的优点及其在嵌入式系统中的作用。

3）掌握利用BusyBox软件制作嵌入式文件系统的方法。

4）掌握嵌入式Linux文件系统的的挂载过程。

二、实验工具

1）操作系统：

ubantu10

2）交叉编译工具：

3）文件系统制作工具：

busybox-1.17.2-20101120.tgz

4）文件系统镜像制作工具：

mkyaffs2image-128M

三、实验要求

利用BusyBox构建简单的根文件系统，并将其制作成为yaffs格式的文件系统镜像，并

下载到A8实验板，要求如下：

1）kernel能够成功挂载根文件系统，

2）通过串口终端查看所建立的根目录，

3）在自己建立的根文件系统中运行简单的“helloworld”程序。

四、实验讲解

文件系统是操作系统中组织、存储和命名文件的一种基本结构，是操作系统中统一管理信息资源的一种方式，可以管理文件的存储、检索、更新，提供安全可靠的共享和保护手段，方便用户使用。

它的存储媒质包括磁盘、光盘、FLASH等，FAT（文件分配表）是最常用的一种文件系统格式，主要优点是可以允许多种操作系统访问。

Linux的一个最重要特点就是它能同时支持多种文件系统。

在加载根文件系统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多个不同的文件系统。

这使Linux非常灵活，能够与许多其他的操作系统共存。

Linux支持的常见的文件系统有：

JFS、ReiserFS、ext、ext2、ext3、ISO9660、XFS、Minx、MSDOS、UMSDOS、VFAT、NTFS、HPFS、NFS、SMB、SysV、PROC等。

随着时间的推移，Linux支持的文件系统数还会增加。

每台机器都有根文件系统，它包含系统引导和使其他文件系统得以mount（挂载）所必要的文件，根文件系统应该有单用户状态所必须的足够的内容。

还应该包括修复损坏系统、恢复备份等的工具。

根文件系统或者可以认为是一组特定的目录结构，不同的目录里面存放了不同名称，不同用途的文件，方便系统及用户应用程序查找及调用。

根文件系统中各顶层目录，均有其特殊的用法和目的。

下表提供了Linux根文件系统各顶层目录的完整清单。

表9-1linux根目录介绍

内容

bin

必要的用户命令（二进制文件）

boot

引导加载程序所使用的静态文件

dev

设备文件和其他特殊文件

etc

系统配置文件，包括启动文件

home 

用户主目录

lib 

必要的程序库（例如C程序库）以及内核模块

media 

挂载点，用于可移除媒体

mnt 

挂载点，用于临时挂载的文件系统

opt 

附加的软件套件

proc 

用于提供内核与进程信息的虚拟文件系统

root 

root用户的主目录

sbin 

必要的系统管理员命令（二进制文件）

sys 

系统信息与控制（总线、设备以及驱动程序）的虚拟文件系统

tmp 

临时文件

usr 

在第二层包含了对大多数用户有用的大量应用程序和文件，包括X服务器

var 

用于存放服务程序和工具程序的可变资料

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 Technology Device,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。

JFFS

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。

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。

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。

Cramfs 

Cramfs是Linux的创始人 Linus Torvalds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

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（eXecute In 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.网络文件系统NFS （Network File System） 

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 file system），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 pseudo file system），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。

补充知识点1

Øinittab

在创建这个文件之前先了解一下它的作