linux文件系统介绍

心已赠人 2021-12-16 08:15 444阅读 0赞

linux支持多种文件系统类型，包括ext2,ext3,vfat,jffs,ramfs,nfs等，为了对各类文件系统进行统一管理，linux引入了虚拟文件系统vfs(virtual file system),为各类文件系统提供一个统一的应用编程接口。

文件系统类型主要有如下:

根据存储设备的硬件特性，系统需求，不同的文件系统类型有不同的应用场合。在嵌入式linux应用中，主要的存储设备为ram和flash，常用的基于存储设备的文件系统类型包括：jffs2,yaffs,cramfs,ramdisk,ramfs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，主要有nor和nand两种技术。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。

**jffs2:**主要用于nor型flash，特点是可读写，支持数据压缩的日志型文件系统。

**yaffs/yaffs2:**主要用于nand型flash，支持跨平台。

**ramdisk:**基于ram的文件系统。是将一部分固定大小的内存当做块设备来用。它并非是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。ramdisk是系统启动后将文件系统映像从flash读取并解压到内存中运行，所以，设备运行中对文件系统所做的改变，在设备重启后都会恢复。可以防止嵌入式设备在运行过程中由于外界不良的条件造成的文件系统损坏而导致系统无法启动。将一些经常访问而又无需更改的文件通过ramdisk放在内存中，可以明显的提高系统的性能。

**initrd:**  
Linux初始ram disk,是在系统引导过程中挂载的一个临时根文件系统，用来支持两阶段的引导过程。initrd文件中包含了各种可执行程序和驱动程序，它们可以用来挂载实际的根文件系统，然后再将这个 initrd ramdisk卸载，并释放内存。在很多嵌入式Linux系统中，initrd 就是最终的根文件系统。  
可以把initrd当做临时根文件系统，内核挂载initrd，执行/linuxrc，在这个脚本里加载realfs的的驱动，挂载realfs。  
也可以不挂载realfs，把initrd当做真正的根文件系统使用，只是把系统当作都在 ramdisk 上运作。

**initramfs:**  
在linux2.5中出现了initramfs，它的作用和initrd类似，只是和内核编译成一个文件(该initramfs是经过gzip压缩后的cpio格式的数据文件)，该cpio格式的文件被链接进了内核中特殊的数据段.init.ramfs上，其中全局变量\_\_initramfs\_start和\_\_initramfs\_end分别指向这个数据段的起始地址和结束地址。内核启动时会对.init.ramfs段中的数据进行解压，然后使用它作为临时的根文件系统。

基于ram的文件系统。它类似于tmpfs，是一种基于内存的文件系统，它的使用不需要创建内存块设备。增加文件到ramfs会自动配置更多的内存，并删除或截去文件以释放内存。（若ramdisk没有满，已被占用的额外的内存也不能用来做其它事情，若ramdisk满了，但其它仍有闲置的内存，也必须重新格式化以后才能扩展使用）

**cramfs:  
1.**只读的压缩文件系统。基于mtd驱动,可用于两种flash。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。  
2.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。  
3.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，对于嵌入式设备来说，是很节省内存的。由于在运行时解压缩，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。

**nfs:**是由sun开发的一种在不同机器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，可以很方便的修改根文件系统的内容。

**cramfs的特点：**

在嵌入式的环境之下，内存和外存资源都需要节约使用。如果使用RAMDISK方式来使用文件系统，那么在系 统运行之后，首先要把外存(Flash)上的映像文件解压缩到内存中，构造起RAMDISK环境，才可以开始运行程序。但是它也有很致命的弱点。在正常情 况下，同样的代码不仅在外存中占据了空间(以压缩后的形式存在)，而且还在内存中占用了更大的空间(以解压缩之后的形式存在)，这违背了嵌入式环境下尽量 节省资源的要求。  
使用cramfs就是一种解决这个问题的方式。cramfs是一个压缩式的文件系统，它并不需要一次性地将文件系统中的所有内容都解压缩到内存之中，而只是在系统需要访问某个位置的数据的时侯，马上计算出该数据在cramfs中的位置，将其实时地解压缩到内存之中，然后通 过对内存的访问来获取文件系统中需要读取的数据。cramfs中的解压缩以及解压缩之后的内存中数据存放位置都是由cramfs文件系统本身进行维护的， 用户并不需要了解具体的实现过程，因此这种方式增强了透明度，对开发人员来说，既方便，又节省了存储空间。  
**cramfs拥有以下一些特性：**  
采用实时解压缩方式，但解压缩的时侯有延迟。  
cramfs的数据都是经过处理、打包的，对其进先写操作有一定困难。所以cramfs不支持写操作，这个特性刚好适合嵌入式应用中使用Flash存储文件系统的场合。  
在cramfs中，文件最大不能超过16MB。  
支持组标识(gid)，但是mkcramfs只将gid的低8位保存下来，因此只有这8位是有效的。  
支持硬链接。但是cramfs并没有完全处理好，硬链接的文件属性中，链接数仍然为1.  
cramfs的目录中，没有“.”和“..”这两项。因此，cramfs中的目录的链接数通常也仅有一个。  
cramfs中，不会保存文件的时间戳(timestamps)信息。当然，正在使用的文件由于inode保存在内存中，因此其时间可以暂时地变更为最新时间，但是不会保存到cramfs文件系统中去。  
当前版本的cramfs只支持PAGE\_CACHE\_SIZE为4096的内核。因此，如果发现cramfs不能正常读写的时侯，可以检查一下内核的参数设置。

**initramfs和initrd的异同：**  
[https://mp.csdn.net/postedit/88364725][https_mp.csdn.net_postedit_88364725]

**cramfs文件系统创建和移植：**  
[https://blog.csdn.net/fulinus/article/details/8841489][https_blog.csdn.net_fulinus_article_details_8841489]

**制作Ramdisk文件系统：**  
[https://blog.csdn.net/u014213012/article/details/51582826][https_blog.csdn.net_u014213012_article_details_51582826]

**[内核与ramdisk到底是什么关系][ramdisk]:**  
[https://www.cnblogs.com/chen-farsight/p/6119901.html][ramdisk]

[**Initramfs文件系统的制作：**  
http://blog.chinaunix.net/uid-26932153-id-4542077.html][Initramfs_ http_blog.chinaunix.net_uid-26932153-id-4542077.html]

**关于嵌入式Linux系统flash分区设计及文件系统格式选择的一些浅见：**[https://blog.csdn.net/wangkaiming123456/article/details/80517113][https_blog.csdn.net_wangkaiming123456_article_details_80517113]

[https_mp.csdn.net_postedit_88364725]: https://mp.csdn.net/postedit/88364725
[https_blog.csdn.net_fulinus_article_details_8841489]: https://blog.csdn.net/fulinus/article/details/8841489
[https_blog.csdn.net_u014213012_article_details_51582826]: https://blog.csdn.net/u014213012/article/details/51582826
[ramdisk]: https://www.cnblogs.com/chen-farsight/p/6119901.html
[Initramfs_ http_blog.chinaunix.net_uid-26932153-id-4542077.html]: http://blog.chinaunix.net/uid-26932153-id-4542077.html
[https_blog.csdn.net_wangkaiming123456_article_details_80517113]: https://blog.csdn.net/wangkaiming123456/article/details/80517113