嵌入式Linux文件系統的構建

嵌入式產品已經滲透到人們生活的方方面面，特別是在數字信息技術和網絡技術高速發展的今天，手持信息產品正拓展著一片越來越大的市場，PDA、手機、掌上電腦、信息家電等各式手持產品已擁有了龐大的用戶群。手持信息產品所運用的最關鍵的核心技術就是嵌入式操作系統。人們對嵌入式產品的需求也不再僅僅是功能單一的電子詞典類產品，嵌入式操作系統逐步成為嵌入式產品的核心。而其中，Linux以其開源的內核和免費的應用程序、能夠自由地移植和開發的優勢，更迎合嵌入式市場。嵌入式Linux的開發大致可分為三個層次：引導裝載內核、構造文件系統和圖形用戶界面。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、設計和開發也逐漸成為嵌入式系 統研究領域的一個方向。

嵌入式Linux 文件系統

文件系統是指在一個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 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，每個和設備相關的實際實體也都被映射為一個文件，例如磁盤、打印機、終端等等。這樣的設備文件又稱為特殊文件 。所以，Linux下的文件是操作系統服務和設備的簡單而又統一的接口，從某種意義上可以說，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狀的，根在頂部，各個目錄和文件從樹根向下分支。目錄樹的最頂端被稱為根目錄(/)。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目錄包含二進制文件的可執行程序，/sbin目錄用于存儲管理系統的二進制文件，/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使用的共享庫，/dev目錄包含稱為設備文件的特殊文件，/proc目錄實際上是一個虛擬文件系統，/tmp目錄用于存儲程序運行時生成的臨時文件，/home目錄是用戶起始目錄的基礎目錄，/var目錄保存要隨時改變大小的文件，/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是一個多任務、多用戶的操作系統，因此它里面的文件還都被賦予了一定的權限，權限決定誰能讀、寫或執行一個文件，以及這個文件的類型和如何執行。例如下面的文件列表：

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

其表示：這個名為inittab的文件是普通文件，所有者有讀寫的權限，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，文件創建日期是2005年9月9日。我們可以通過對文件屬性的設置，來滿足文件在不同用戶組、不同用戶操作下的不同狀態。

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態可裝配性;

需要文件系統具有跨操作平臺的安全性;

文件系統要能滿足整個系統的實時性要求。

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題。經過幾年來的發展。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發布了JFFS(JournalingFlash File System)的 第一個版本。這是一個專門為嵌入式系統的Flash設備而設計的文件系統，同時它也是一個日志型的文件系統。JFFS2是JFFS的第二 個版本，于2001年發布，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化處理。同時，它們結合了Flash設備的讀寫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

● 實驗主機和目標平臺的連接

實驗主機和目標平臺的連接有兩種方法。一種是以太網連接，這種連接方式可以進行內核文件、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。對于以太網連接，作者使用一根普通網線，將實驗主機和目標平臺都連接在Hub 上。這樣做既簡單，也不妨礙實驗主機與外部網絡的通訊。對于串口連接，用一根串口線連接目標平臺的Ful Function UART(FFUA RT)串口和實驗主機的串口。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的情況下。用實驗主機的標準輸入控制目標平臺，向目標平臺發控制命令。

● 構建文件系統

首先建立一個文件系統的工作空間。創建目錄/bome/work，我們所構造的文件系統就在work這個目錄中。建立基本目錄，如：bin，dev，etc，lib，mnt，proc，sbin，tmp，usr，vat，tools具體結構圖見圖1(圖中所顯示的文件都是目錄文件)。其中，tools是便于開發而創建的目錄。因為整個系統要求盡量小，所以應只包含一些必須的二進制程序。而開發過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過程的配置文件，/lib目錄下的modules于目錄包含了可動態加載到核心的各種模塊。另外，目錄var下還應創建兩個子目錄log和run，負責記錄系統的日志和運行狀態。整個文件系統中除了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中的內容需要經常寫入，所以放在可讀寫的RAM里。

插圖1: 構建文件系統的樹狀結構

當在目標平臺實現了一個嵌入式Linux之后，為了很好地管理操作系統和用戶的數據文件，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，可給出整個文件系統的體系結構圖，見圖2所示。