嵌入式Linux文件系統的構建

嵌入式產(chǎn)品已經(jīng)滲透到人們生活的方方面面，特別是在數字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)高速發(fā)展的今天，手持信息產(chǎn)品正拓展著(zhù)一片越來(lái)越大的市場(chǎng)，PDA、手機、掌上電腦、信息家電等各式手持產(chǎn)品已擁有了龐大的用戶(hù)群。手持信息產(chǎn)品所運用的最關(guān)鍵的核心技術(shù)就是嵌入式操作系統。人們對嵌入式產(chǎn)品的需求也不再僅僅是功能單一的電子詞典類(lèi)產(chǎn)品，嵌入式操作系統逐步成為嵌入式產(chǎn)品的核心。而其中，Linux以其開(kāi)源的內核和免費的應用程序、能夠自由地移植和開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢，更迎合嵌入式市場(chǎng)。嵌入式Linux的開(kāi)發(fā)大致可分為三個(gè)層次：引導裝載內核、構造文件系統和圖形用戶(hù)界面。作為操作系統重要組成部分的文件系統，決定了操作系統本身的信息和用戶(hù)的數據在存儲設備上的組織形式。對嵌入式文件系統的研究、設計和開(kāi)發(fā)也逐漸成為嵌入式系 統研究領(lǐng)域的一個(gè)方向。

嵌入式Linux 文件系統

文件系統是指在一個(gè)物理設備上的任何文件組織和目錄，它構成了Linux系統上所有數據的基礎，Linux程序、庫、系統文件和用戶(hù) 文件都駐留其中，因此，它是系統中龐大復雜且又是最為基本和重要的資源。值得提出的是，Linux系統中的文件不僅包括普通的 文件和目錄，每個(gè)和設備相關(guān)的實(shí)際實(shí)體也都被映射為一個(gè)文件，例如磁盤(pán)、打印機、終端等等。這樣的設備文件又稱(chēng)為特殊文件 。所以，Linux下的文件是操作系統服務(wù)和設備的簡(jiǎn)單而又統一的接口，從某種意義上可以說(shuō)，Linux里的一切事物都是文件。

在Linux中，文件系統的結構是基于樹(shù)狀的，根在頂部，各個(gè)目錄和文件從樹(shù)根向下分支。目錄樹(shù)的最頂端被稱(chēng)為根目錄(/)。在后面介紹的所構造文件系統結構圖(圖1)即顯示了樹(shù)狀的文件系統。Linux操作系統由一些目錄和許多文件組成，例如，圖中的/bi n目錄包含二進(jìn)制文件的可執行程序，/sbin目錄用于存儲管理系統的二進(jìn)制文件，/etc目錄包含絕大部分的Linux系統配置文件 ，/lib目錄存儲程序運行時(shí)使用的共享庫，/dev目錄包含稱(chēng)為設備文件的特殊文件，/proc目錄實(shí)際上是一個(gè)虛擬文件系統，/tmp目錄用于存儲程序運行時(shí)生成的臨時(shí)文件，/home目錄是用戶(hù)起始目錄的基礎目錄，/var目錄保存要隨時(shí)改變大小的文件，/usr目錄及其子目錄對Linux系統的操作非常重要，它保存著(zhù)系統上的一些最重要的程序以及包含你安裝的大型軟件包。

由于Linux是一個(gè)多任務(wù)、多用戶(hù)的操作系統，因此它里面的文件還都被賦予了一定的權限，權限決定誰(shuí)能讀、寫(xiě)或執行一個(gè)文件，以及這個(gè)文件的類(lèi)型和如何執行。例如下面的文件列表：

-rw-r-r-- 1 root root 1756 Sep 9 2005 inittab

其表示：這個(gè)名為inittab的文件是普通文件，所有者有讀寫(xiě)的權限，所在組和其他人都只有讀的權限，它的連接數為1，所有者及 文件所屬的組都是root，文件中字節數為1756，文件創(chuàng )建日期是2005年9月9日。我們可以通過(guò)對文件屬性的設置，來(lái)滿(mǎn)足文件在不同用戶(hù)組、不同用戶(hù)操作下的不同狀態(tài)。

由于嵌入式設備的一些特殊性，使得嵌入式文件系統除了滿(mǎn)足一般文件系統的基本要求外，還有一些自身的特性：

文件系統面對的存儲介質(zhì)特殊;

文件系統有快速恢復的特殊要求;

物理文件系統的多樣性和動(dòng)態(tài)可裝配性;

需要文件系統具有跨操作平臺的安全性;

文件系統要能滿(mǎn)足整個(gè)系統的實(shí)時(shí)性要求。

嵌入式文件系統有安全性和均衡負載這樣的要求，而日志型文件系統可以很好地解決安全性的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的發(fā)展。日志型的嵌入式文件系統已成為嵌入式文件系統的主流。1999年。Axis

Communications AB發(fā)布了JFFS(JournalingFlash File System)的 第一個(gè)版本。這是一個(gè)專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統的Flash設備而設計的文件系統，同時(shí)它也是一個(gè)日志型的文件系統。JFFS2是JFFS的第二 個(gè)版本，于2001年發(fā)布，并得到了Red Hat的支持，成為Red Hat嵌入式操作系統eCos的文件系統。Flash存儲容量的有限性決定了J FFS是一個(gè)小尺寸的文件系統。因而在文件系統的內部設計上采用了許多簡(jiǎn)化處理。同時(shí)，它們結合了Flash設備的讀寫(xiě)特性和嵌入式文件系統的防斷電特性，使得JFFS成為適合于嵌入式系統上針對Flash設備的文件系統的理想選擇。

嵌入式Linux 文件系統的設計

● 實(shí)驗主機和目標平臺的連接

實(shí)驗主機和目標平臺的連接有兩種方法。一種是以太網(wǎng)連接，這種連接方式可以進(jìn)行內核文件、根文件系統映像文件的下載。另一 種是串口連接，這樣的連接方式可以供調試之用。對于以太網(wǎng)連接，作者使用一根普通網(wǎng)線(xiàn)，將實(shí)驗主機和目標平臺都連接在Hub 上。這樣做既簡(jiǎn)單，也不妨礙實(shí)驗主機與外部網(wǎng)絡(luò )的通訊。對于串口連接，用一根串口線(xiàn)連接目標平臺的Ful Function UART(FFUA RT)串口和實(shí)驗主機的串口。主要是在調試階段使用這種連接方式，在目標平臺的標準輸入還未被驅動(dòng)的情況下。用實(shí)驗主機的標準輸入控制目標平臺，向目標平臺發(fā)控制命令。

● 構建文件系統

首先建立一個(gè)文件系統的工作空間。創(chuàng )建目錄/bome/work，我們所構造的文件系統就在work這個(gè)目錄中。建立基本目錄，如：bin，dev，etc，lib，mnt，proc，sbin，tmp，usr，vat，tools具體結構圖見(jiàn)圖1(圖中所顯示的文件都是目錄文件)。其中，tools是便于開(kāi)發(fā)而創(chuàng )建的目錄。因為整個(gè)系統要求盡量小，所以應只包含一些必須的二進(jìn)制程序。而開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要用到的命令就放在 tools中，將PATH 包含tools即可。/etc目錄下只包含了一些啟動(dòng)過(guò)程的配置文件，/lib目錄下的modules于目錄包含了可動(dòng)態(tài)加載到核心的各種模塊。另外，目錄var下還應創(chuàng )建兩個(gè)子目錄log和run，負責記錄系統的日志和運行狀態(tài)。整個(gè)文件系統中除了tmp 和var目錄放在SDRAM內以外，其他所有目錄都放在Flash中，因為trap和var中的內容需要經(jīng)常寫(xiě)入，所以放在可讀寫(xiě)的RAM里。

插圖1: 構建文件系統的樹(shù)狀結構

當在目標平臺實(shí)現了一個(gè)嵌入式Linux之后，為了很好地管理操作系統和用戶(hù)的數據文件，引入了文件系統。物理文件系統是JFFS2 ，考慮到擴充物理文件系統的要求，保留了Linux的VFS層次?？紤]到存儲設備擴充的要求，在Linux內核中加入了對MTD設備的支持。根據上面的敘述，可給出整個(gè)文件系統的體系結構圖，見(jiàn)圖2所示。