姓名：張揚(yáng)
學(xué)號：19020100073
學(xué)院：電子工程學(xué)院
轉(zhuǎn)自：https://blog.csdn.net/li_wen01/article/details/80090624
【牽牛導(dǎo)讀】：嵌入式有著名的一句話：一切皆是文件，下文即對文件系統(tǒng)的理解
【牽牛鼻子】：嵌入式? 文件系統(tǒng)
【牽牛提問】：如何理解嵌入式開發(fā)中的文件系統(tǒng)？
【牽牛正文】：
在嵌入式領(lǐng)域，F(xiàn)LASH是一種常用的存儲設(shè)備，F(xiàn)lash閃存作為嵌入式系統(tǒng)的主要存儲設(shè)備有其自身的特性。Fash的寫入操作只能把對應(yīng)位置的1修改成0,而不能把0修改為1，而擦除Fash就是把對應(yīng)存儲塊的內(nèi)容恢復(fù)為1。因此,一般情況下,向Fash寫入內(nèi)容時,需要先擦除對應(yīng)的存儲區(qū)間,這種擦除是以塊(Bock)為單位進(jìn)行的。閃存主要有NOR和NAND兩種技術(shù)。因?yàn)镕lash存儲器的擦寫次數(shù)是有限的,NAND閃存還有特殊的硬件接口和讀寫時序，于是就出現(xiàn)了專門針對FLASH的文件系統(tǒng)。比較常用的有jffs2,yaffs2,logfs,ubifs。傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)如ext2、ext3、ntfs等都是針對機(jī)械式硬盤設(shè)計(jì)的,用作Fash文件系統(tǒng)會很多的弊端。
? ? 在嵌入式Linux下，MTD(MemoryTechnology Device,存儲技術(shù)設(shè)備)為底層硬件(閃存)和上層(文件系統(tǒng))之間提供一個統(tǒng)一的抽象接口，即Flash的文件系統(tǒng)都是基于MTD驅(qū)動層。使用MTD驅(qū)動程序的主要優(yōu)點(diǎn)在于，它是專門針對各種非易失性存儲器(以閃存為主)而設(shè)計(jì)的，因而它對Flash有更好的支持、管理和基于扇區(qū)的擦除、讀/寫操作接口。另外， 一塊Flash芯片可以被劃分為多個分區(qū)，各分區(qū)可以采用不同的文件系統(tǒng)；兩塊Flash芯片也可以合并為一個分區(qū)使用，采用一個文件系統(tǒng)。 即文件系統(tǒng)是針對于存儲器分區(qū)而言的，而非存儲芯片。根據(jù)存儲設(shè)備的不同，可以將嵌入式文件系統(tǒng)劃分為三大類： 基于flash的文件系統(tǒng)，基于內(nèi)存的文件系統(tǒng)，基于網(wǎng)絡(luò)的文件系統(tǒng)。
(一)基于flash的文件系統(tǒng)
(1) jffs2：Journalling Flash FileSystem
? ? JFFS文件系統(tǒng)最早是由瑞典AxisCommunications公司基于Linux2.0的內(nèi)核為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的文件系統(tǒng)。
? ? JFFS2(Journalling Flash FileSystem 日志閃存文件系統(tǒng)版本2) 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),所以JFFS2也可以用在Linux,uCLinux中。JFFS2 的優(yōu)缺點(diǎn)如下：
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。
缺點(diǎn)：
? ? JFFS2 文件系統(tǒng)掛載時需要掃描整個 JFFS2 文件系統(tǒng)，因此當(dāng) JFFS2 文件系統(tǒng)分區(qū)增大時，掛載時間也會相應(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)的無用存儲單元，浪費(fèi)的空間大小大致是若干個數(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， JFFS2 運(yùn)行速度會迅速降低。這是因?yàn)槔占膯栴}。
注意：
? ? (1)日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)并不采用本地更新的方式,而是采用異步更新的方式,即當(dāng)某個數(shù)據(jù)塊需要更新時,先找一個新塊將新數(shù)據(jù)寫入,再將舊塊擦除。不過舊數(shù)據(jù)并不馬上在閃存中擦除,而是以日志方式作為歷史記錄保存下來,這為文件系統(tǒng)的恢復(fù)操作打下了基礎(chǔ).
? ? (2)不適合用于NAND閃存的主要是因?yàn)镹AND閃存的容量一般較大,這樣導(dǎo)致jffs為維護(hù)日志節(jié)點(diǎn)所占用的內(nèi)存空間迅速增大,另外jffs文件系統(tǒng)在掛載時需要掃描整個FLASH的內(nèi)容,以找出所有的日志節(jié)點(diǎn),建立文件結(jié)構(gòu),對于大容量的NAND閃存會耗費(fèi)大量時間.
(2)yaffs：Yet Another Flash File System
? ? yaffs/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，。與jffs2相比，它減少了一些功能(例如不支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮)，所以速度更快，掛載時間很短，對內(nèi)存的占用較小。它是跨平臺的文件系統(tǒng)，除了Linux和eCos，還支持WinCE, pSOS和ThreadX等。
yaffs/yaffs2 的優(yōu)缺點(diǎn)如下：
優(yōu)點(diǎn):
? ? 專門針對 NAND Flash，軟件結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，速度快。
? ? 使用硬件的 spare area 區(qū)域存儲文件組織信息，啟動時只需掃描組織信息，啟動比較快。
? ? 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， yaffs2 鏡像文件要比 jffs2 鏡像文件大。
注意：
? ? yaffs與yaffs2的主要區(qū)別在于，前者僅支持小頁(512 Bytes)NAND閃存，后者則可支持大頁(2KB) NAND閃存。同時，yaffs2在內(nèi)存空間占用、垃圾回收速度、讀/寫速度等方面均有大幅提升。與jffs2相比，它減少了一些功能(例如不支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮)，所以速度更快，掛載時間很短，對內(nèi)存的占用較小。
(3)Cramfs：Compressed ROM File System
? ? Cramfs是Linux的創(chuàng)始人 LinusTorvalds參與開發(fā)的一種只讀的壓縮文件系統(tǒng)。它也基于MTD驅(qū)動程序。在cramfs文件系統(tǒng)中，每一頁(4KB)被單獨(dú)壓縮，可以隨機(jī)頁訪問，其壓縮比高達(dá)2:1,為嵌入式系統(tǒng)節(jié)省大量的Flash存儲空間，使系統(tǒng)可通過更低容量的FLASH存儲相同的文件，從而降低系統(tǒng)成本。
? ? Cramfs文件系統(tǒng)以壓縮方式存儲，在運(yùn)行時解壓縮，所以不支持應(yīng)用程序以XIP方式運(yùn)行，所有的應(yīng)用程序要求被拷到RAM里去運(yùn)行，但這并不代表比Ramfs需求的RAM空間要大一點(diǎn)，因?yàn)镃ramfs是采用分頁壓縮的方式存放檔案，在讀取檔案時，不會一下子就耗用過多的內(nèi)存空間，只針對目前實(shí)際讀取的部分分配內(nèi)存，尚沒有讀取的部分不分配內(nèi)存空間，當(dāng)我們讀取的檔案不在內(nèi)存時，Cramfs文件系統(tǒng)自動計(jì)算壓縮后的資料所存的位置，再即時解壓縮到RAM中。另外，它的速度快，效率高，其只讀的特點(diǎn)有利于保護(hù)文件系統(tǒng)免受破壞，提高了系統(tǒng)的可靠性。? ?
? ? 由于以上特性，Cramfs在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 但是它的只讀屬性同時又是它的一大缺陷，使得用戶無法對其內(nèi)容對進(jìn)擴(kuò)充。Cramfs映像通常是放在Flash中，但是也能放在別的文件系統(tǒng)里，使用loopback 設(shè)備可以把它安裝別的文件系統(tǒng)里。
(4)Romfs
? ? 傳統(tǒng)型的Romfs文件系統(tǒng)是一種簡單的、緊湊的、只讀的文件系統(tǒng)，不支持動態(tài)擦寫保存，按順序存放數(shù)據(jù)，因而支持應(yīng)用程序以XIP(eXecute In Place，片內(nèi)運(yùn)行)方式運(yùn)行，在系統(tǒng)運(yùn)行時，節(jié)省RAM空間。uClinux系統(tǒng)通常采用Romfs文件系統(tǒng)。
? ? 其他文件系統(tǒng)：fat/fat32也可用于實(shí)際嵌入式系統(tǒng)的擴(kuò)展存儲器(例如PDA,Smartphone, 數(shù)碼相機(jī)等的SD卡)，這主要是為了更好的與Windows桌面操作系統(tǒng)相兼容。ext2也可以作為嵌入式Linux的文件系統(tǒng)，不過將它用于 FLASH閃存會有諸多弊端。
(二)基于RAM的文件系統(tǒng)
(1)Ramdisk
? ? Ramdisk是將一部分固定大小的內(nèi)存當(dāng)作分區(qū)來使用。它并非一個實(shí)際的文件系統(tǒng)，而是一種將實(shí)際的文件系統(tǒng)裝入內(nèi)存的機(jī)制，并且可以作為根文件系統(tǒng)。將一些經(jīng)常被訪問而又不會更改的文件（如只讀的根文件系統(tǒng)）通過Ramdisk放在內(nèi)存中，可以明顯地提高系統(tǒng)的性能。
? ? 在Linux的啟動階段，initrd提供了一套機(jī)制，可以將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)一起載入內(nèi)存。
(2)ramfs/tmpfs
? ? Ramfs是LinusTorvalds開發(fā)的一種基于內(nèi)存的文件系統(tǒng)，工作于虛擬文件系統(tǒng)(VFS)層，不能格式化，可以創(chuàng)建多個，在創(chuàng)建時可以指定其最大能使用的內(nèi)存大小。(實(shí)際上，VFS本質(zhì)上可看成一種內(nèi)存文件系統(tǒng)，它統(tǒng)一了文件在內(nèi)核中的表示方式，并對磁盤文件系統(tǒng)進(jìn)行緩沖。)
? ? Ramfs/tmpfs文件系統(tǒng)把所有的文件都放在RAM中，所以讀/寫操作發(fā)生在RAM中，可以用ramfs/tmpfs來存儲一些臨時性或經(jīng)常要修改的數(shù)據(jù)，例如/tmp和/var目錄，這樣既避免了對Flash存儲器的讀寫損耗，也提高了數(shù)據(jù)讀寫速度。
? ? R amfs/tmpfs相對于傳統(tǒng)的Ramdisk的不同之處主要在于：不能格式化，文件系統(tǒng)大小可隨所含文件內(nèi)容大小變化。
? ? Tmpfs的一個缺點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)重新引導(dǎo)時會丟失所有數(shù)據(jù)。
(三)網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS (Network File System)
? ? NFS是由Sun開發(fā)并發(fā)展起來的一項(xiàng)在不同機(jī)器、不同操作系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)共享文件的技術(shù)。在嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試階段，可以利用該技術(shù)在主機(jī)上建立基于NFS的根文件系統(tǒng)，掛載到嵌入式設(shè)備，可以很方便地修改根文件系統(tǒng)的內(nèi)容。
? ? 以上討論的都是基于存儲設(shè)備的文件系統(tǒng)(memory-basedfile system)，它們都可用作Linux的根文件系統(tǒng)。實(shí)際上，Linux還支持邏輯的或偽文件系統(tǒng)(logical orpseudo file system)，例如procfs(proc文件系統(tǒng))，用于獲取系統(tǒng)信息，以及devfs(設(shè)備文件系統(tǒng))和sysfs，用于維護(hù)設(shè)備文件。
