嵌入式文件系统

                                                               嵌入式文件系统

>>基本概念              

一、文件

文件是一个抽象概念，它是存放数据和信息的仓库。

文件的载体通常是磁盘。

二、文件系统

文件系统是磁盘文件的管理系统，根据用户提供的逻辑地址（路径和文件名）查找文件的物理地址。

包括了所有磁盘分区、目录、存储设备和文件的一个集合体。

功能：1、用户通过文件系统可直接与操作系统交互，是操作系统的一部分，负责即时检索、读写、操作等。

2、文件的即时存储、访问数据和程序。

 

 >>虚拟文件系统VFS

一、功能

为了在不同文件系统之间可以方便地交换数据和管理，支持任意地挂载不同现代操作系统，大多都在系统内核和文件系统之间提供一个叫做虚拟文件系统VFS的标准接口。

1、        Linux虚拟文件系统是各逻辑文件系统的管理者。

2、        Linux虚拟文件系统是一组内核函数，是用户程序的系统调用接口或操作界面。

二、基本概念

1、文件：是文件描述符，存放打开的文件与进程之间进程交互的有关信息的对象，此对象仅当进程访问文件期间存在于内存中。

2、索引节点：是文件系统中的基本对象，存放关于磁盘上具体存在的文件一般信息。每个文件都有此对象，每个对象对应一个索引节点号，此号唯一地标示着一个文件。

3、超级块：是存放系统中已安装的文件系统有关信息的对象，对于基于磁盘的文件系统，这类对象通常对应于存放在磁盘上的文件系统控制块（FCB），也就是说，每个文件系统都对应一个超级块对象，此对象也称作文件系统是索引节点的集合，其中有一个节点被称作根节点。（root）

二、ext2文件系统

1、是Linux默认的文件系统类型。

普通文件是三级索引结构

目录文件是树型结构

设备是特殊文件。

3、        磁盘的空间结构

引导块

超级块

索引节点位图

索引节点表

……

Linux文件系统用位图来管理磁盘和索引节点，位图分为块位图和索引节点位图，占用一个磁盘块，用“1，0”表示磁盘空闲、占用。

三、Linux支持的文件系统

除了安装Linux可选择ext3\reiserfs\ext2外，还支持苹果的HFS，也支持其它UNIX操作系统的文件系统，比如：XFS、JFS、minixfs、UFS，也支持windows文件系统NTFS和FAT，还支持网络文件系统NFS。

 

>>嵌入式文件系统

一、设计原则

使用便捷

安全性、可靠性高

及时响应

开放的体系结构：开放性、可移植性

二、嵌入式系统中的数据存储和管理

嵌入式系统的存储器是常用的FLASH

FLASH分为：

1、        NOR FLASH，一般小于16M，文件系统通常是JFFS（日志闪存文件系统）

2、        NAND FLASH，一般大于16M，文件系统通常是YAFFS文件系统。

三、YAFFS文件系统

类似于JFFS/JFFS2，是专门为NAND闪存设计的嵌入式文件系统，适用于大容量的存储设备，是日志结构的文件系统，提供了损耗平衡和掉电保护，可以有效地避免意外掉电对文件系统一致性和完整性的影响。

YAFFS是按层次结构设计的，分为文件系统管理层接口、YAFFS内部实现层和NAND接口层，简化了其它系统的接口设计，可以方便地集成到系统中。

1、        YAFFS文件组织结构

将文件组织成固定大小（512B）的数据段，每个文件都有一个页面专门存放文件头。

2、        YAFFS物理数据组织

YAFFS利用NAND闪存提供的每个页面16B的备用空间，备用空间中6B被用作页面数据的ECC（Error Correction code）。2B用作块状态字和数据状态字，其余8B有来存放文件系统的组织信息，即元数据。

3、        YAFFS擦除块和页面分配

用数据结构来描述每个擦除块的状态。该数据结构记录了块状态，并用一个32b的位图来表示块内各个页面的使用情况。

4、        YAFFS垃圾收集机制

是一种多策略混合的算法来进行垃圾回收，将贪心策略和随机选择策略按一定比例混合使用：当满足特定的小概率条件时，垃圾回收器会试图随机选择一个可回收的页面，而在其它情况下，则使用贪心策略回收“赃”块。

 

>>构建Linux根文件系统

一、Linux根文件系统包含内容

内核启动的最后一步：挂载根文件系统

包含内容：init进程

Shell

文件系统、网络系统等等的工具集

系统配置文件

链接库

二、Linux根文件系统目录结构

Bin：必要的用户命令（二进制文件）

Sbin:必要的系统管理员命令

Dev:设备文件及其它特殊文件

Etc：系统配置文件

Lib:必要的系统链接库

Mnt:临时挂载的文件系统的挂载点

Proc：提供内核和进程信息

Tmp:临时文件目录

Usr：多数用户使用的应用程序和目录

Var:监控程序和工具程序存放的可变数据

*boot:引导加载程序的静态文件

*home：用户主目录

*opt：附加软件的安装目录

*root：root管理员主目录

*嵌入式Linux可选的目录

三、BusyBox工具集

Busy Box在嵌入式Linux中有“瑞士军刀”，是一个很小的应用软件，但提供完整的工具集。

http://www.busybox.net

BusyBox配置和交叉编译步骤：

1、        下载BusyBox,例busy-box.tar.bz2

2、        解压该压缩文件

Tar xvfj busy-box.tar.bz2

3、        进入解压目录

Cd busy-box

4、        进行配置，选择配置菜单

Make menuconfig

5、        选择BusyBox的编译方式

Build options

Build BusyBox as a static binary(no shared libs)缺省配置为使用链接库

6、        配置交叉编译器

Build Options

Do you want to build BusyBox with a cross compile?(/usr/local/arm/3.4.1/bin/arm-linux-)

7、        配置安装路径

(./_install)BusyBox installation prefix

8、        配置其他工具集

Init Utilities

[]init

[]support reading an inittab file

[]support runnig init from within an initrd?

9、        编译BosyBox

Make dep

Make

Make install

四、根文件系统的启动流程

内核启动之后，执行第一个进程init，实际上执行的就是BusyBox的/sbin/init

Init的工作是根据/etc/inittab脚本来进行系统的初始化

：：sysinit:/etc/init.d/rc.S指定运行的第一个程序/脚本

::respawn:/bin/bash若该进程结束，init会启动下面脚本

:ctraltdel:/bin/umount –a –r 指定用户按下ctrl-alt-del后执行的命令

/etc/init.d/rc.S在rcS中挂载文件系统，并且执行脚本/usr/etc/rc.local

/usr/etc/rc.local继续设置，并运行用户的启动运行脚本init.sh

五、根文件系统烧写流程

一、下载根文件系统yaffs文件系统挂载目录/mnt/yaffs

二、设置vivi的启动参数

Root=/dev/mtdblock/1

实验：构建根文件系统映像

1、        进入BusyBox，make menuconfig

2、        Make

3、        Make install

生成./_install目录

4、        cp –af ./_instll root

5、        mkcramfs root root.cramfs