企業(yè)嵌入式高端培訓_嵌入式系統(tǒng)文件系統(tǒng)比較

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企業(yè)嵌入式高端培訓_嵌入式系統(tǒng)文件系統(tǒng)比較,   



Linux支持多種文件系統(tǒng)，包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、romfs和nfs等，為了對各類文件系統(tǒng) 進行統(tǒng)一管理，Linux引入了虛擬文件系統(tǒng)VFS（Virtual File System），為各類文件系統(tǒng)提供一個統(tǒng)一的操作界面和應用編程接口。

Linux啟動時，第一個必須掛載的是根文件系統(tǒng)；若系統(tǒng)不能從指定設備上掛載根文件系統(tǒng)，則系統(tǒng)會出錯而退出啟動。之后可以自動或手動掛載其他的文件系統(tǒng)。因此，一個系統(tǒng)中可以同時存在不同的文件系統(tǒng)。

不同的文件系統(tǒng)類型有不同的特點，因而根據存儲設備的硬件特性、系統(tǒng)需求等有不同的應用場合。在嵌入式Linux應用中，主要的存儲設備為 RAM（DRAM, SDRAM）和ROM（常采用FLASH存儲器），常用的基于存儲設備的文件系統(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)的主要存儲媒介，有其自身的特性。Flash的寫入操作只能把對應位置的1修改為0，而不能把0修改為1（擦 除Flash就是把對應存儲塊的內容恢復為1），因此，一般情況下，向Flash寫入內容時，需要先擦除對應的存儲區(qū)間，這種擦除是以塊（block）為 單位進行的。

閃存主要有NOR和NAND兩種技術（簡單比較見附錄）。Flash存儲器的擦寫次數是有限的，NAND閃存還有特殊的硬件接口和讀寫時序。因 此，必須針對Flash的硬件特性設計符合應用要求的文件系統(tǒng)；傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)如ext2等，用作Flash的文件系統(tǒng)會有諸多弊端。

在嵌入式Linux下，MTD（Memory Technology Device,存儲技術設備）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驅動層的（參見上 面的Linux下的文件系統(tǒng)結構圖）。使用MTD驅動程序的主要優(yōu)點在于，它是專門針對各種非易失性存儲器（以閃存為主）而設計的，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。

順便一提，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。

（1） jffs2

JFFS文件系統(tǒng)最早是由瑞典Axis Communications公司基于Linux2.0的內核為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的文件系統(tǒng)。JFFS2是RedHat公司基于JFFS開發(fā)的閃存文件系 統(tǒng)，最初是針對RedHat公司的嵌入式產品eCos開發(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驅動層，特點是：可讀寫的、支持數據壓縮的、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，提供“寫平衡”支持等。缺點主要是當文件系統(tǒng)已滿或接近滿時，因為垃圾收集的關系而使jffs2的運行速度大大放慢。

目前jffs3正在開發(fā)中。關于jffs系列文件系統(tǒng)的使用詳細文檔，可參考MTD補丁包中mtd-jffs-HOWTO.txt。

jffsx不適合用于NAND閃存主要是因為NAND閃存的容量一般較大，這樣導致jffs為維護日志節(jié)點所占用的內存空間迅速增大，另 外，jffsx文件系統(tǒng)在掛載時需要掃描整個FLASH的內容，以找出所有的日志節(jié)點，建立文件結構，對于大容量的NAND閃存會耗費大量時間。

（2） yaffs：Yet Another Flash File System

yaffs/yaffs2是專為嵌入式系統(tǒng)使用NAND型閃存而設計的一種日志型文件系統(tǒng)。與jffs2相比，它減少了一些功能（例如不支持數 據壓縮），所以速度更快，掛載時間很短，對內存的占用較小。另外，它還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自帶NAND芯片的驅動，并且為嵌入式系統(tǒng)提供了直接訪問文件系統(tǒng)的API，用戶可以不使用Linux中的MTD與VFS，直接對文件系統(tǒng)操作。當然，yaffs也可與MTD驅動程序配合使用。

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在內存空間占用、垃圾回收速度、讀/寫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參與開發(fā)的一種只讀的壓縮文件系統(tǒng)。它也基于MTD驅動程序。

在cramfs文件系統(tǒng)中，每一頁（4KB）被單獨壓縮，可以隨機頁訪問，其壓縮比高達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，在運行時解壓縮，所以不支持應用程序以XIP方式運行，所有的應用程序要求被拷到RAM里去運行，但這并 不代表比Ramfs需求的RAM空間要大一點，因為Cramfs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存空間，只針對目 前實際讀取的部分分配內存，尚沒有讀取的部分不分配內存空間，當我們讀取的檔案不在內存時，Cramfs文件系統(tǒng)自動計算壓縮后的資料所存的位置，再即時 解壓縮到RAM中。嵌入式襯塑鋼管, 嵌入式軟件編程學校, 嵌入式開發(fā)幻境, 消息隊列嵌入式c, 嵌入式矩陣鍵盤的值, 嵌入式數據挖掘, 嵌入式調試組件, 嵌入式真的好難, 嵌入式馬桶多少錢, 翼虎嵌入式雨檔, 嵌入式吊頂施工圖, 嵌入式電子秤, 嵌入式基礎知識題庫, 嵌入式應用軟件軟件, 嵌入式電視機投影儀, 嵌入式弱電箱, 嵌入式崗位筆試題, 超算是嵌入式系統(tǒng)嗎, 嵌入式指令teq, 延申嵌入式監(jiān)督觸角, 醫(yī)學嵌入式系統(tǒng), 高性能嵌入式arm, 嵌入式應用層作用,

另外，它的速度快，效率高，其只讀的特點有利于保護文件系統(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容對進擴充。


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，按順序存放數據，因而支持應用程序以 XIP（eXecute In Place，片內運行）方式運行，在系統(tǒng)運行時，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也可用于實際嵌入式系統(tǒng)的擴展存儲器（例如PDA, Smartphone, 數碼相機等的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)，不過將它用于 FLASH閃存會有諸多弊端。


2. 基于RAM的文件系統(tǒng)

（1） Ramdisk

Ramdisk是將一部分固定大小的內存當作分區(qū)來使用。它并非一個實際的文件系統(tǒng)，而是一種將實際的文件系統(tǒng)裝入內存的機制，并且可以作為根 文件系統(tǒng)。將一些經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提供了一套機制，可以將內核映像和根文件系統(tǒng)一起載入內存。

（2）ramfs/tmpfs

Ramfs是Linus Torvalds開發(fā)的一種基于內存的文件系統(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存大 小。（實際上，VFS本質上可看成一種內存文件系統(tǒng)，它統(tǒng)一了文件在內核中的表示方式，并對磁盤文件系統(tǒng)進行緩沖。）

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常要修改的數據，例如/tmp和/var目錄，這樣既避免了對Flash存儲器的讀寫損耗，也提高了數據讀寫速度。

Ramfs/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容大小變化。

Tmpfs的一個缺點是當系統(tǒng)重新引導時會丟失所有數據。

3. 網絡文件系統(tǒng)NFS （Network File System）

NFS是由Sun開發(fā)并發(fā)展起來的一項在不同機器、不同操作系統(tǒng)之間通過網絡共享文件的技術。在嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)調試階段，可以利用該技術在主機上建立基于NFS的根文件系統(tǒng)，掛載到嵌入式設備，可以很方便地修改根文件系統(tǒng)的內容。

以上討論的都是基于存儲設備的文件系統(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（設備文件系統(tǒng)）和sysfs，用于維護設備文件。



附錄：NOR閃存與NAND閃存比較

NOR FLASH
接口時序同SRAM,易使用
讀取速度較快
擦除速度慢，以64-128KB的塊為單位
寫入速度慢（因為一般要先擦除）
隨機存取速度較快，支持XIP（eXecute In Place，芯片內執(zhí)行），適用于代碼存儲。在嵌入式系統(tǒng)中，常用于存放引導程序、根文件系統(tǒng)等。
單片容量較小，1－32MB

NAND FLASH
地址/數據線復用，數據位較窄
讀取速度較慢
擦除速度快，以8－32KB的塊為單位
寫入速度快
順序讀取速度較快，隨機存取速度慢，適用于數據存儲（如大容量的多媒體應用）。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