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1、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：ubantu102) 交叉编译工具：3) 文件系统制作工具：busybox-1.17.2-20101120.tgz4) 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：
2、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“hello world”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
3、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
4、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9-1 linux根目录介绍目录内容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rootroot 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
5、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jff
6、s2,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
7、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(MemoryTechnologyDevice,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
8、。即文件系统是针对于存储器分区而言的，而非存储芯片。JFFSJFFS文件系统最早是由瑞典AxisCommunications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(JournallingFlashFileSystemv2)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
9、”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。yaffsyaffs/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，
10、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(512Bytes)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。
11、CramfsCramfs是Linux的创始人LinusTorvalds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
12、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
13、而支持应用程序以XIP(eXecuteInPlace，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1RamdiskRamdisk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
14、。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2ramfs/tmpfsRamfs是LinusTorvalds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ram
15、fs/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(NetworkFileSystem)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-basedfilesystem)，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(logicalorpseudofilesystem)，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 inittab在创建这个文件之前先了解一下它的作用：Linux内核引导完成以后，
