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嵌入式系統(tǒng)文件系統(tǒng)比較

作者: 時(shí)間:2010-06-01 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

支持多種文件系統(tǒng),包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、romfs和nfs等,為了對(duì)各類文件系統(tǒng) 進(jìn)行統(tǒng)一管理,引入了虛擬文件系統(tǒng)(Virtual File System),為各類文件系統(tǒng)提供一個(gè)統(tǒng)一的操作界面和應(yīng)用編程接口。
  
啟動(dòng)時(shí),第一個(gè)必須掛載的是根文件系統(tǒng);若系統(tǒng)不能從指定設(shè)備上掛載根文件系統(tǒng),則系統(tǒng)會(huì)出錯(cuò)而退出啟動(dòng)。之后可以自動(dòng)或手動(dòng)掛載其他的文件系統(tǒng)。因此,一個(gè)系統(tǒng)中可以同時(shí)存在不同的文件系統(tǒng)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/257954.htm

  不同的文件系統(tǒng)類型有不同的特點(diǎn),因而根據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的硬件特性、系統(tǒng)需求等有不同的應(yīng)用場(chǎng)合。在嵌入式Linux應(yīng)用中,主要的存儲(chǔ)設(shè)備為 RAM(DRAM, SDRAM)和ROM(常采用FLASH存儲(chǔ)器),常用的基于存儲(chǔ)設(shè)備的文件系統(tǒng)類型包括:jffs2, yaffs, cramfs, romfs, ramdisk, ramfs/tmpfs等。

  
1. 基于FLASH的文件系統(tǒng)

  Flash(閃存)作為嵌入式系統(tǒng)的主要存儲(chǔ)媒介,有其自身的特性。Flash的寫(xiě)入操作只能把對(duì)應(yīng)位置的1修改為0,而不能把0修改為1(擦 除Flash就是把對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)塊的內(nèi)容恢復(fù)為1),因此,一般情況下,向Flash寫(xiě)入內(nèi)容時(shí),需要先擦除對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)間,這種擦除是以塊(block)為 單位進(jìn)行的。

  閃存主要有NOR和NAND兩種技術(shù)(簡(jiǎn)單比較見(jiàn)附錄)。Flash存儲(chǔ)器的擦寫(xiě)次數(shù)是有限的,NAND閃存還有特殊的硬件接口和讀寫(xiě)時(shí)序。因 此,必須針對(duì)Flash的硬件特性設(shè)計(jì)符合應(yīng)用要求的文件系統(tǒng);傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)如ext2等,用作Flash的文件系統(tǒng)會(huì)有諸多弊端。

  在嵌入式Linux下,MTD(Memory Technology Device,存儲(chǔ)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(gè)統(tǒng)一的抽象接口,即Flash的文件系統(tǒng)都是基于MTD驅(qū)動(dòng)層的(參見(jiàn)上 面的Linux下的文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖)。使用MTD驅(qū)動(dòng)程序的主要優(yōu)點(diǎn)在于,它是專門(mén)針對(duì)各種非易失性存儲(chǔ)器(以閃存為主)而設(shè)計(jì)的,因而它對(duì)Flash有 更好的支持、管理和基于扇區(qū)的擦除、讀/寫(xiě)操作接口。

  順便一提,一塊Flash芯片可以被劃分為多個(gè)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(gè)分區(qū)使用,采用一個(gè)文件系統(tǒng)。即文件系統(tǒng)是針對(duì)于存儲(chǔ)器分區(qū)而言的,而非存儲(chǔ)芯片。

  (1) jffs2

  JFFS文件系統(tǒng)最早是由瑞典Axis Communications公司基于Linux2.0的內(nèi)核為嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的文件系統(tǒng)。JFFS2是RedHat公司基于JFFS開(kāi)發(fā)的閃存文件系 統(tǒng),最初是針對(duì)RedHat公司的嵌入式產(chǎn)品eCos開(kāi)發(fā)的嵌入式文件系統(tǒng),所以JFFS2也可以用在Linux, uCLinux中。

  Jffs2: 日志閃存文件系統(tǒng)版本2 (Journalling Flash FileSystem v2)

  主要用于NOR型閃存,基于MTD驅(qū)動(dòng)層,特點(diǎn)是:可讀寫(xiě)的、支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮的、基于哈希表的日志型文件系統(tǒng),并提供了崩潰/掉電安全保護(hù),提供“寫(xiě)平衡”支持等。缺點(diǎn)主要是當(dāng)文件系統(tǒng)已滿或接近滿時(shí),因?yàn)槔占年P(guān)系而使jffs2的運(yùn)行速度大大放慢。

  目前jffs3正在開(kāi)發(fā)中。關(guān)于jffs系列文件系統(tǒng)的使用詳細(xì)文檔,可參考MTD補(bǔ)丁包中mtd-jffs-HOWTO.txt。

  jffsx不適合用于NAND閃存主要是因?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,jffsx文件系統(tǒng)在掛載時(shí)需要掃描整個(gè)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(duì)于大容量的NAND閃存會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間。

   (2) yaffs:Yet Another Flash File System

  yaffs/yaffs2是專為嵌入式系統(tǒng)使用NAND型閃存而設(shè)計(jì)的一種日志型文件系統(tǒng)。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(shí)間很短,對(duì)內(nèi)存的占用較小。另外,它還是跨平臺(tái)的文件系統(tǒng),除了Linux和eCos,還支持WinCE, pSOS和ThreadX等。

  yaffs/yaffs2自帶NAND芯片的驅(qū)動(dòng),并且為嵌入式系統(tǒng)提供了直接訪問(wèn)文件系統(tǒng)的API,用戶可以不使用Linux中的MTD與,直接對(duì)文件系統(tǒng)操作。當(dāng)然,yaffs也可與MTD驅(qū)動(dòng)程序配合使用。

  yaffs與yaffs2的主要區(qū)別在于,前者僅支持小頁(yè)(512 Bytes) NAND閃存,后者則可支持大頁(yè)(2KB) NAND閃存。同時(shí),yaffs2在內(nèi)存空間占用、垃圾回收速度、讀/寫(xiě)速度等方面均有大幅提升。

  (3) Cramfs:Compressed ROM File System

  Cramfs是Linux的創(chuàng)始人 Linus Torvalds參與開(kāi)發(fā)的一種只讀的壓縮文件系統(tǒng)。它也基于MTD驅(qū)動(dòng)程序。

  在cramfs文件系統(tǒng)中,每一頁(yè)(4KB)被單獨(dú)壓縮,可以隨機(jī)頁(yè)訪問(wèn),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(chǔ)空間,使系統(tǒng)可通過(guò)更低容量的FLASH存儲(chǔ)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(chǔ),在運(yùn)行時(shí)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(yè)壓縮的方式存放檔案,在讀取檔案時(shí),不會(huì)一下子就耗用過(guò)多的內(nèi)存空間,只針對(duì)目 前實(shí)際讀取的部分分配內(nèi)存,尚沒(méi)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(shí),Cramfs文件系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算壓縮后的資料所存的位置,再即時(shí) 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(shí)又是它的一大缺陷,使得用戶無(wú)法對(duì)其內(nèi)容對(duì)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(jiǎn)單的、緊湊的、只讀的文件系統(tǒng),不支持動(dòng)態(tài)擦寫(xiě)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(shí),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(chǔ)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最流行的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(guò)將它用于 FLASH閃存會(huì)有諸多弊端。

  
2. 基于RAM的文件系統(tǒng)

  (1)

  是將一部分固定大小的內(nèi)存當(dāng)作分區(qū)來(lái)使用。它并非一個(gè)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(wèn)而又不會(huì)更改的文件(如只讀的根文件系統(tǒng))通過(guò)放在內(nèi)存中,可以明顯地提高系統(tǒng)的性能。

  在Linux的啟動(dòng)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Linus Torvalds開(kāi)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)()層,不能格式化,可以創(chuàng)建多個(gè),在創(chuàng)建時(shí)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(duì)磁盤(pán)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(xiě)操作發(fā)生在RAM中,可以用ramfs/tmpfs來(lái)存儲(chǔ)一些臨時(shí)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(duì)Flash存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)損耗,也提高了數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度。

  Ramfs/tmpfs相對(duì)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(gè)缺點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)重新引導(dǎo)時(shí)會(huì)丟失所有數(shù)據(jù)。

  3. 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS (Network File System)

  NFS是由Sun開(kāi)發(fā)并發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)在不同機(jī)器、不同操作系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享文件的技術(shù)。在嵌入式Linux系統(tǒng)的開(kāi)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(chǔ)設(shè)備的文件系統(tǒng)(memory-based file 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 or pseudo 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。


  
附錄:NOR閃存與NAND閃存比較

NOR FLASH
接口時(shí)序同SRAM,易使用
讀取速度較快
擦除速度慢,以64-128KB的塊為單位
寫(xiě)入速度慢(因?yàn)橐话阋炔脸?
隨機(jī)存取速度較快,支持XIP(eXecute In Place,芯片內(nèi)執(zhí)行),適用于代碼存儲(chǔ)。在嵌入式系統(tǒng)中,常用于存放引導(dǎo)程序、根文件系統(tǒng)等。
單片容量較小,1-32MB

NAND FLASH
地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用,數(shù)據(jù)位較窄
讀取速度較慢
擦除速度快,以8-32KB的塊為單位
寫(xiě)入速度快
順序讀取速度較快,隨機(jī)存取速度慢,適用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(如大容量的多媒體應(yīng)用)。在嵌入式系統(tǒng)中,常用于存放用戶文件系統(tǒng)等。
單片容量較大,8-128MB,提高了單元密度

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