嵌入式設備的文件系統

系統需要一種以結構化格式存儲和檢索信息的方法；這就需要文件系統的參與。Ramdisk（請參閱參考資料）是通過將計算機的 RAM 用作設備來創建和掛裝文件系統的一種機制，它通常用于無盤系統（當然包括微型嵌入式設備，它只包含作為永久存儲媒質的閃存芯片）。

用戶可以根據可靠性、健壯性和／或增強的功能的需求來選擇文件系統的類型。
第二版擴展文件系統（Ext2fs）
Ext2fs 是 Linux 事實上的標準文件系統，它已經取代了它的前任 — 擴展文件系統（或 Extfs）。Extfs 支持的文件大小最大為 2 GB，支持的最大文件名稱大小為 255 個字符 — 而且它不支持索引節點（包括數據修改時間標記）。Ext2fs 做得更好；它的優點是：

Ext2fs 支持達 4 TB 的內存。
Ext2fs 文件名稱最長可以到 1012 個字符。
當創建文件系統時，管理員可以選擇邏輯塊的大?。ㄍǔ４笮】蛇x擇 1024、2048 和 4096 字節）。
Ext2fs 了實現快速符號鏈接：不需要為此目的而分配數據塊，并且將目標名稱直接存儲在索引節點（inode）表中。這使性能有所提高，特別是在速度上。



因為 Ext2 文件系統的穩定性、可靠性和健壯性，所以幾乎在所有基于 Linux 的系統（包括臺式機、服務器和工作站 — 并且甚至一些嵌入式設備）上都使用 Ext2 文件系統。然而，當在嵌入式設備中使用 Ext2fs 時，它有一些缺點：

Ext2fs 是為象 IDE 設備那樣的塊設備設計的，這些設備的邏輯塊大小是 512 字節，1 K 字節等這樣的倍數。這不太適合于扇區大小因設備不同而不同的閃存設備。
Ext2 文件系統沒有提供對基于扇區的擦除／寫操作的良好管理。在 Ext2fs 中，為了在一個扇區中擦除單個字節，必須將整個扇區復制到 RAM，然后擦除，然后重寫入?？紤]到閃存設備具有有限的擦除壽命（大約能進行 100,000 次擦除），在此之后就不能使用它們，所以這不是一個特別好的方法。
在出現電源故障時，Ext2fs 不是防崩潰的。
Ext2 文件系統不支持損耗平衡，因此縮短了扇區／閃存的壽命。（損耗平衡確保將地址范圍的不同區域輪流用于寫和／或擦除操作以延長閃存設備的壽命。）
Ext2fs 沒有特別完美的扇區管理，這使設計塊驅動程序十分困難。



由于這些原因，通常相對于 Ext2fs，在嵌入式環境中使用 MTD/JFFS2 組合是更好的選擇。

用 Ramdisk 掛裝 Ext2fs
通過使用 Ramdisk 的概念，可以在嵌入式設備中創建并掛裝 Ext2 文件系統（以及用于這一目的的任何文件系統）。

清單 6. 創建一個簡單的基于 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 是用于在任何設備上創建 ext2 文件系統的實用程序 — 它創建超級塊、索引節點以及索引節點表等等。

在上面的用法中，/dev/ram 是上面構建有 4096 個塊的 ext2 文件系統的設備。然后，將這個設備（/dev/ram）掛裝在名為 /mnt 的臨時目錄上并且復制所有必需的文件。一旦復制完這些文件，就卸裝這個文件系統并且設備（/dev/ram）的內容被轉儲到一個文件（ext2ramdisk）中，它就是所需的 Ramdisk（Ext2 文件系統）。

上面的順序創建了一個 4 MB 的 Ramdisk，并用必需的文件實用程序來填充它。

一些要包含在 Ramdisk 中的重要目錄是：

/bin — 保存大多數象 init、busybox、shell、文件管理實用程序等二進制文件。
/dev — 包含用在設備中的所有設備節點
/etc — 包含系統的所有配置文件
/lib — 包含所有必需的庫，如 libc、libdl 等



日志閃存文件系統，版本 2（JFFS2）
瑞典的 Axis Communications 開發了最初的 JFFS，Red Hat 的 David Woodhouse 對它進行了改進。 第二個版本，JFFS2，作為用于微型嵌入式設備的原始閃存芯片的實際文件系統而出現。JFFS2 文件系統是日志結構化的，這意味著它基本上是一長列節點。每個節點包含有關文件的部分信息 — 可能是文件的名稱、也許是一些數據。相對于 Ext2fs，JFFS2 因為有以下這些優點而在無盤嵌入式設備中越來越受歡迎：

JFFS2 在扇區級別上執行閃存擦除／寫／讀操作要比 Ext2 文件系統好。
JFFS2 提供了比 Ext2fs 更好的崩潰／掉電安全保護。當需要更改少量數據時，Ext2 文件系統將整個扇區復制到內存（DRAM）中，在內存中合并新數據，并寫回整個扇區。這意味著為了更改單個字，必須對整個扇區（64 KB）執行讀／擦除／寫例程 — 這樣做的效率非常低。要是運氣差，當正在 DRAM 中合并數據時，發生了電源故障或其它事故，那么將丟失整個數據集合，因為在將數據讀入 DRAM 后就擦除了閃存扇區。JFFS2 附加文件而不是重寫整個扇區，并且具有崩潰／掉電安全保護這一功能。
這可能是最重要的一點：JFFS2 是專門為象閃存芯片那樣的嵌入式設備創建的，所以它的整個設計提供了更好的閃存管理。



因為本文主要是寫關于閃存設備的使用，所以在嵌入式環境中使用 JFFS2 的缺點很少：

當文件系統已滿或接近滿時，JFFS2 會大大放慢運行速度。這是因為垃圾收集的問題（更多信息，請參閱參考資料）。



創建 JFFS2 文件系統
在 Linux 下，用 mkfs.jffs2 命令創建 JFFS2 文件系統（基本上是使用 JFFS2 的 Ramdisk）。

清單 7. 創建 JFFS2 文件系統 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




上面顯示了 mkfs.jffs2 的典型用法。-e 選項確定閃存的擦除扇區大?。ㄍǔＪ?64 千字節）。-p 選項用來在映像的剩余空間用零填充。-o 選項用于輸出文件，通常是 JFFS2 文件系統映像 — 在本例中是 jffs.image。一旦創建了 JFFS2 文件系統，它就被裝入閃存中適當的位置（引導裝載程序告知內核查找文件系統的地址）以便內核能掛裝它。

tmpfs
當 Linux 運行于嵌入式設備上時，該設備就成為功能齊全的單元，許多守護進程會在后臺運行并生成許多日志消息。另外，所有內核日志記錄機制，象 syslogd、dmesg 和 klogd，會在 /var 和 /tmp 目錄下生成許多消息。由于這些進程產生了大量數據，所以允許將所有這些寫操作都發生在閃存是不可取的。由于在重新引導時這些消息不需要持久存儲，所以這個問題的解決方案是使用 tmpfs。

tmpfs 是基于內存的文件系統，它主要用于減少對系統的不必要的閃存寫操作這一唯一目的。因為 tmpfs 駐留在 RAM 中，所以寫／讀／擦除的操作發生在 RAM 中而不是在閃存中。因此，日志消息寫入 RAM 而不是閃存中，在重新引導時不會保留它們。tmpfs 還使用磁盤交換空間來存儲，并且當為存儲文件而請求頁面時，使用虛擬內存（VM）子系統。

tmpfs 的優點包括：

動態文件系統大小 — 文件系統大小可以根據被復制、創建或刪除的文件或目錄的數量來縮放。使得能夠最理想地使用內存。
速度 — 因為 tmpfs 駐留在 RAM，所以讀和寫幾乎都是瞬時的。即使以交換的形式存儲文件，I/O 操作的速度仍非?？?。



tmpfs 的一個缺點是當系統重新引導時會丟失所有數據。因此，重要的數據不能存儲在 tmpfs 上。

掛裝 tmpfs
諸如 Ext2fs 和 JFFS2 等大多數其它文件系統都駐留在底層塊設備之上，而 tmpfs 與它們不同，它直接位于 VM 上。因而，掛裝 tmpfs 文件系統是很簡單的事：

清單 8. 掛裝 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




上面的命令將在 /var 上創建 tmpfs 并將 tmpfs 的最大大小限制為 512 K。同時，tmp/ 和 log/ 目錄成為 tmpfs 的一部分以便在 RAM 中存儲日志消息。

如果您想將 tmpfs 的一個項添加到 /etc/fstab，那么它可能看起來象這樣：

tmpfs /var tmpfs size=32m 0 0

這將在 /var 上掛裝一個新的 tmpfs 文件系統。

原文轉自：http://www.kjueaiud.com