幾(ji)分(fen)鐘讓(rang)你學通(tong)嵌入(ru)式文件系(xi)統
時間：2018-07-23 來源：未知(zhi)
文件系統的概念
文(wen)件系統(tong)是(shi)操作系統(tong)用于明確存儲設備(bei)或分區上(shang)(shang)的文(wen)件的方法(fa)和數據結構;即(ji)在(zai)存儲設備(bei)上(shang)(shang)組(zu)織文(wen)件的方法(fa)。
操作系統中(zhong)負責管理和存儲文件(jian)信息的軟件(jian)機(ji)構稱(cheng)為文件(jian)管理系統，簡稱(cheng)文件(jian)系統。
文件系(xi)統由三部分組(zu)成(cheng)：
1. 文件系統的(de)接口(kou) 用于管理(li)文件的(de)基(ji)礎編程接口(kou)
2. 對(dui)對(dui)象(xiang)操(cao)縱和管(guan)理的軟件集使用基礎編程接口(kou)實現的具有多種復雜(za)功能的軟件
3. 對(dui)象(xiang)及屬性 文件對(dui)象(xiang)的存(cun)儲結(jie)構以及保存(cun)形(xing)式(shi)(存(cun)儲器的物理(li)介質)
從系(xi)統角度來看，文(wen)(wen)件(jian)系(xi)統是對(dui)文(wen)(wen)件(jian)存(cun)儲(chu)設備的(de)(de)空間(jian)進(jin)行組織和分配，負責文(wen)(wen)件(jian)存(cun)儲(chu)并對(dui)存(cun)入的(de)(de)文(wen)(wen)件(jian)進(jin)行保護(hu)和檢索(suo)的(de)(de)系(xi)統。
具體地說，它(ta)負責為用(yong)戶(hu)(hu)建立(li)文(wen)件，存(cun)入、讀出(chu)、修改、轉儲文(wen)件，控制文(wen)件的存(cun)取(qu)，當用(yong)戶(hu)(hu)不再使用(yong)時(shi)撤銷(xiao)文(wen)件等。
嵌入式文件(jian)系統
嵌(qian)入式(shi)文件系(xi)統(tong)，是嵌(qian)入式(shi)系(xi)統(tong)中(zhong)使用的文件系(xi)統(tong)，功能與(yu)通(tong)用的文件系(xi)統(tong)一(yi)樣。
嵌(qian)入式系統是與(yu)應用緊(jin)密(mi)結合(he)的，它具有很強的專用性(xing)，必須結合(he)實際系統需求(qiu)進行合(he)理(li)的裁減利用。
嵌入式(shi)系統(tong)(tong)具(ju)有(you)一些(xie)通用計(ji)算機所不具(ju)有(you)的(de)一些(xie)特(te)點(dian)(dian)： 嵌入式(shi)系統(tong)(tong)的(de)特(te)點(dian)(dian)包括：系統(tong)(tong)內(nei)核小(xiao)、專用性強、系統(tong)(tong)精簡、實(shi)時性等(deng)。具(ju)體而言，它主(zhu)要有(you)如下八(ba)個特(te)點(dian)(dian)：
1. 可裁剪(jian)性(xing)(xing)。支持開放性(xing)(xing)和可伸縮性(xing)(xing)的體系結構。
2. 強實(shi)時性。EOS實(shi)時性一(yi)般較強，可用于各種設備控制中。
3. 統一(yi)的接口。提供設備統一(yi)的驅(qu)動接口。
4. 操(cao)作方便、簡單、提供友好(hao)的圖形GUI和圖形界面，追求易學易用(yong);提供強大的網絡功能，支持TCP/IP協(xie)議(yi)(yi)及其他協(xie)議(yi)(yi)，提供TCP/UDP/IP/PPP協(xie)議(yi)(yi)支持及統一的MAC訪問(wen)層接口，為各種(zhong)移動計算設備(bei)預留接口。
5. 強穩定性(xing)，弱交互性(xing)。嵌入(ru)式系統(tong)一旦開(kai)始運行就不需要用(yong)戶(hu)過多(duo)的(de)干預、這就要負責系統(tong)管理的(de)EOS具有較強的(de)穩定性(xing)。嵌入(ru)式操作(zuo)系統(tong)的(de)用(yong)戶(hu)接口(kou)一般不提(ti)供操作(zuo)命令(ling)，它通(tong)過系統(tong)的(de)調(diao)用(yong)命令(ling)向用(yong)戶(hu)程序提(ti)供服務。
6. 固(gu)化(hua)代(dai)碼。在嵌入式(shi)系(xi)統中(zhong)，嵌入式(shi)操(cao)作(zuo)系(xi)統和應用(yong)軟件被固(gu)化(hua)在嵌入式(shi)系(xi)統計算機的ROM中(zhong)。
7. 更好(hao)的(de)硬件適應性。也就是良好(hao)的(de)移植性。
8. 嵌入式系統和(he)具(ju)體應用有(you)機地結(jie)合在一起(qi)，它的升(sheng)級換代(dai)也是和(he)具(ju)體產(chan)品(pin)同步進(jin)(jin)行，因(yin)此嵌入式系統產(chan)品(pin)一旦進(jin)(jin)入市場(chang)，具(ju)有(you)較(jiao)長的生命周期。
針對以(yi)上(shang)特點，嵌入式系統中使用的(de)文件系統，需(xu)要專門根據不同情況，進行更加優化的(de)設計(ji)，以(yi)確保文件數據的(de)安全(quan)與可靠(kao)。
嵌入式文(wen)件系統特點
嵌入式文件(jian)(jian)系(xi)統(tong)(tong)雖然繼承了通用文件(jian)(jian)系(xi)統(tong)(tong)的組織結(jie)構(gou)，但由(you)于功能和作(zuo)用與普通桌面操作(zuo)系(xi)統(tong)(tong)的文件(jian)(jian)系(xi)統(tong)(tong)不同，同時又有自己的特點
1. 在嵌入式系統(tong)(tong)中，文(wen)件系統(tong)(tong)是(shi)(shi)(shi)嵌入式系統(tong)(tong)的(de)一個組(zu)成模塊(kuai)。它是(shi)(shi)(shi)作為系統(tong)(tong)的(de)一個可加載選(xuan)項提(ti)供給用(yong)(yong)戶，由用(yong)(yong)戶決(jue)定是(shi)(shi)(shi)否需要加載它。
2. 需要滿足結(jie)構緊湊(cou)、代碼量小的(de)特點，合理(li)(li)地對(dui)文(wen)件(jian)(jian)存儲器進(jin)行管理(li)(li)。嵌入式系統中的(de)文(wen)件(jian)(jian)存儲器空間相對(dui)不(bu)會太大，必須對(dui)其進(jin)行高效的(de)管理(li)(li)，以避(bi)免(mian)對(dui)資源的(de)浪費。
3. 使用簡(jian)單便(bian)捷。用戶只(zhi)要知道(dao)(dao)文(wen)件(jian)名、文(wen)件(jian)路(lu)徑(jing)等簡(jian)單信息特征，就可(ke)以方(fang)便(bian)地對文(wen)件(jian)進(jin)行操作，不必知道(dao)(dao)文(wen)件(jian)在(zai)具體(ti)物(wu)理存儲空間的運(yun)作過程。
4. 安全可靠(kao)。對文(wen)件(jian)(jian)、數(shu)據的(de)(de)保(bao)護是文(wen)件(jian)(jian)系(xi)統(tong)的(de)(de)基(ji)本功能。嵌入式系(xi)統(tong)的(de)(de)應用通常(chang)要求系(xi)統(tong)必(bi)須有(you)較高的(de)(de)可靠(kao)性。
5. 支持多(duo)種存儲設備、可(ke)伸縮、可(ke)剪(jian)裁、可(ke)移植等(deng)特點。嵌入(ru)式應(ying)用(yong)的領域相當廣泛，其采用(yong)的硬件(jian)環(huan)境(jing)和操(cao)作系(xi)統(tong)也各不(bu)相同。為(wei)了(le)適應(ying)這(zhe)種差異性(xing)，文件(jian)系(xi)統(tong)應(ying)降低(di)對具體(ti)硬件(jian)環(huan)境(jing)和操(cao)作系(xi)統(tong)的依(yi)賴(lai)，具備良好的可(ke)移植性(xing)。
#小型Flash文件系統嵌入式文件系統存儲介質一(yi)般(ban)是Flash芯片，常用的嵌入式文件系統比較出名的有Cramfs、JFFS、Yaffs三種文件系統。
Flash芯片是嵌入(ru)式系統中(zhong)廣泛采用(yong)的主流(liu)存(cun)儲器，主要特(te)點(dian)是按(an)整(zheng)體/扇區擦除(chu)和按(an)字節(jie)編程(cheng)、低功耗、高(gao)密度、小體積。
1. JFFS2
JFFS2 是(shi) RedHat 的(de) David Woodhouse 在 JFFS 基(ji)礎上改進的(de)文(wen)件(jian)(jian)系(xi)統，是(shi)用于微型嵌(qian)入(ru)式(shi)設(she)備(bei)的(de)原始(shi)閃存(cun)芯片的(de)實際文(wen)件(jian)(jian)系(xi)統。 JFFS2 文(wen)件(jian)(jian)系(xi)統是(shi)日志結構化(hua)的(de)可讀(du)寫的(de)文(wen)件(jian)(jian)系(xi)統。
JFFS2 的(de)(de)優缺(que)點(dian)(dian)如(ru)下： 1. 優點(dian)(dian)使(shi)用(yong)了(le)壓縮的(de)(de)文(wen)件(jian)(jian)(jian)格式。最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)(de)特性是(shi)(shi)可(ke)讀寫操作。 2. 缺(que)點(dian)(dian) JFFS2 文(wen)件(jian)(jian)(jian)系統(tong)掛載時(shi)(shi)需要(yao)掃描整個 JFFS2 文(wen)件(jian)(jian)(jian)系統(tong)，因(yin)此當(dang)(dang) JFFS2 文(wen)件(jian)(jian)(jian)系統(tong)分區增大(da)時(shi)(shi)，掛載時(shi)(shi)間(jian)也會相(xiang)應(ying)的(de)(de)變長。使(shi)用(yong)JFFS2 格式可(ke)能帶來少量的(de)(de) Flash 空間(jian)的(de)(de)浪費。這主要(yao)是(shi)(shi)由于日志文(wen)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)過度(du)開銷和用(yong)于回收(shou)系統(tong)的(de)(de)無用(yong)存儲單(dan)元，浪費的(de)(de)空間(jian)大(da)小大(da)致(zhi)是(shi)(shi)若(ruo)干個數據(ju)段(duan)。 JFFS2 的(de)(de)另(ling)一缺(que)點(dian)(dian)是(shi)(shi)當(dang)(dang)文(wen)件(jian)(jian)(jian)系統(tong)已滿或接近滿時(shi)(shi)， JFFS2 運行速度(du)會迅速降低。這是(shi)(shi)因(yin)為垃(la)圾(ji)收(shou)集(ji)的(de)(de)問題。加載 JFFS2 文(wen)件(jian)(jian)(jian)系統(tong)時(shi)(shi)的(de)(de)步驟如(ru)下：
1. 掃描整個芯片，對日志(zhi)(zhi)節(jie)點(dian)進行校驗(yan)，并且將日志(zhi)(zhi)節(jie)點(dian)全部裝入內存緩存。
2. 對所有日志節點(dian)進行整(zheng)理，抽取(qu)有效的節點(dian)并整(zheng)理出文件目錄(lu)信息(xi)。
3. 找出(chu)文件系(xi)統中無效節(jie)點并且將它(ta)們刪除。
4. 最后(hou)整理(li)內存中的(de)信息，將加載到緩存中的(de)無效節點釋放。
由此可以看出雖然這樣能有效地提(ti)高系統的可靠性，但是在一定程(cheng)度上降低了系統的速(su)度。尤(you)其對于較大的閃存芯片，加(jia)載過程(cheng)會更慢(man)。所以JFFS2比較適用(yong)于容量(liang)較小的Flash，例如(ru)路由器等容量(liang)在2MB~64MB級別的存儲器中使(shi)用(yong)的比較多
JFFS2 的(de)制作方(fang)法為：
hisilicon$ mkfs.jffs2 -d ./rootfs -l -e 0x20000 -o jffs2-root.img
參數說明
· d：指定根文件系統
· l：little-endian 小端(duan)模式
· e：Flash 的塊大(da)小
· o：輸出(chu)映像文件
2. YAFFS2
YAFFS2 是(shi)專(zhuan)門為 NAND Flash 設計的嵌入(ru)式文件(jian)(jian)系統。它是(shi)日志結構的文件(jian)(jian)系統，提供了(le)損耗平衡和掉電(dian)保(bao)護(hu)，可以有效(xiao)地避免意(yi)外掉電(dian)對文件(jian)(jian)系統一致性(xing)和完整性(xing)的影響。
YAFFS2 的優缺點(dian)如下：
· 優(you)點(dian)
1. 專門針對 NAND Flash，軟件結構得到優化(hua)，速度(du)快(kuai)。
2. 使用硬件(jian)(jian)的 spare area 區域(yu)存儲文件(jian)(jian)組織(zhi)(zhi)信息，啟(qi)動時只需掃描組織(zhi)(zhi)信息，啟(qi)動比較快。
3. 采用多策略(lve)垃圾回收(shou)(shou)算法，能夠提高垃圾回收(shou)(shou)的效率和公平性，達到損耗平衡的目的。
· 缺點 沒有(you)采用壓縮的文(wen)件格式。當(dang)包含的內容相同時， YAFFS2 鏡像(xiang)文(wen)件要比 jffs2 鏡像(xiang)文(wen)件大。
3. SquashFS
SquashFS 是(shi)另一(yi)種(zhong)可用于 flash 設(she)備的 Linux 只(zhi)讀文件系統。 SquashFS 具有極高的壓縮率(lv)，數據(data),節點(inode)和目錄(directories)都被(bei)壓縮。常用于存儲介質很有限的場景。
SquashFS 保存了(le)全部的 32 位 UID/GIDS 和(he)文件(jian)的創建時間，支持(chi)多達 4G 的文件(jian)系統， SquashFS 使用簡單，響應速度快。
SquashFS 是一(yi)種新的(de)文件系統，它(ta)對 CramFS 的(de)特(te)點(dian)作了進(jin)(jin)一(yi)步的(de)改進(jin)(jin)，并(bing)突破了CramFS 的(de)一(yi)些限制。其優點(dian)如下：
1. SquashFS 具有更(geng)高的壓縮率
2. SquashFS 的響應速度更(geng)快
3. CramFS 文件系統(tong)支持的最大(da)文件為 16M，而 SquashFS 多達 4G
4. CramFS 文(wen)件系(xi)統大(da)小(xiao)限制略大(da)于 256M，而 SquashFS 多達 4G
