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嵌入式Linux 的Cramfs 根文件系统配置的解决方案

作者:时间:2010-12-12来源:网络收藏

1 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/151230.htm

  随着电子产业的不断发展,基于 ARM 技术的设计和开发平台越来越多地在控制 类、消费类、通信类等电子产品中广泛应用。从软件角度上看,构建基于ARM 技术的linux 要涉及到引导加载程序、 内核、、用户应用程序几部分的设计。 系统是操作系统中用来管理用户的内核软件层。文件可能存在于磁盘、网络或 者是一些虚拟的文件。文件系统包括根文件系统和建立于内存设备之上文件系统。根文件系 统是linux 系统的核心部分,包含系统使用的软件和库,以及所有用来为用户提供支持架构 和用户使用的应用软件,并作为存储数据读写结果的区域。由于设备中Flash 资源很 紧张,如何有效地使用有限的存储空间是开发者必须考虑的,合适的文件系统格式是 解决这一问题的关键所在。本文讨论了只读型压缩 根文件系统的特点,并详细的说 明了NAND FLASH 上建立一个可读可写型嵌 根文件系统的新方法。

2 根文件系统概述

  2.1 Linux根文件系统

  根文件系统不同于普通文件系统,它是在内核启动时挂载(mount)的第一个文件系统, 内核代码映像文件保存在根文件系统中,而系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后把一 些基本的初始化脚本和服务程序等加载到内存中。

  Linux 根文件系统是树型结构组织[1,3],它包含了内核和系统管理所需要的各种文档和程序等。一般来说,根目录“/”下顶层目录都有一些比较固定命名和用途,下面列出一

  个Linux 根文件系统中的比较常见的目录结构。

  /bin:存放二进制可执行命令的目录。

  /dev:存放设备文件和目录。

  /etc:存放系统管理和文件和目录。

  /home:用户主目录,比如用户user 的主目录就是/home/user,可以用~user 来表示。

  /lib:存放动态链接共享库的目录。

  /sbin:存放系统管理员使用的管理程序的目录。

  /tmp:公用的临时文件存储点。

  /root:系统管理员的主目录。

  /mnt:用以临时挂载其他的文件系统。

  /proc:虚拟文件系统,可直接访问这个目录来获取系统信息。

  /var:某些大文件溢出区。

  /usr:存放应用程序和文件。

  对于嵌入式 Linux 系统的根文件系统来说,由于受系统资源的限制,一般没有上述 那么复杂,仅保留一些常用的目录即可。如/bin、/dev、/etc、/lib、/proc、/var、/tmp、/usr、 /mnt 等[2]。 由于嵌入式系统的设计冗余度小、系统紧凑,通常存储容量有限,因此,必须选择 一个合适的根文件系统以使系统运行最佳。目前,嵌入式Linux 根文件系统主要的根文件系 统类型有:Romfs, JFFS2, RAMDISK, YAFFS/YAFFS2, , Squashfs 等[1]。本文主要对 Cramfs 根文件系统进行讨论。

 2.2 Cramfs根文件系统及其在实际应用中存在的问题

  Cramfs 是Linux 的创始人 Linus Torvalds 参与开发的一种只读的压缩文件系统,它基于 MTD(Memory Technology Device,存储技术设备)驱动程序。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。

  Cramfs 并不 需要一次性地将文件系统中的所有内容都解压到内存中,而只是在系统需要访问某个位置的 数据时,立即计算出该数据在Cramfs 中的位置,将其实时地解压缩到内存中,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内存中 的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。

  由于 Cramfs 是只读型文件系统,而大多嵌入式应用程序需要在临时目录/tmp 进行创建 临时文件等写操作,如不对Cramfs 进行,则应用程序将不能正常运行,导致系统崩溃。 目前,解决些问题的方法是复合文件系统法,即使用YAFFS/YAFFS2 等可写型文件系统与 Cramfs 复合而成的文件系统作为嵌入式系统的根文件系统,使Cramfs 根文件系统启动时挂 载YAFFS/YAFFS2 文件系统,同时将应用程序存放在YAFFS/YAFFS2 文件系统中。这种方 法解决了应用程序对根文件系统的写操作问题,但由于在通常的根文件系统之外还增加了一 个额外的可写型文件系统,必然会增大整个根文件系统所占的存储空间,造成嵌入式系统存 储资源紧张。本文在实践的基础上,通过对Linux Cramfs 根文件系统的研究,发现了一种通 过修改根文件系统启动脚本和文件来实现根文件系统的可读、可写性的新方法,它不需 要新增额外的文件系统来支持应用程序的读、写要求,而是利用根文件系统本身的特性来构 造一个局部可写的根文件系统。

3 嵌入式Linux 根文件系统的配置

  3.1 Cramfs根文件系统配置文件的分析

  Cramfs 根文件系统中的配置文件存放在/etc 目录下,有22 个文件及文件夹,可分为以 下几类:

  引导和登录/注销类,包括/etc/issue、/etc/issue.net、/etc/rc.d/rc、/etc/rc.d/rc.local、 /etc/rc.d/rc.sysinit、/etc/rc.d/rc/rcX.d 等文件,它们主要记录系统的启动信息及运行级别等。

  文件系统类,包括/etc/mtab、/etc/fstab、/etc/mtools.conf 文件等,它们记录着系统文 件系统的安装、卸载信息,系统启动时可以被安装的文件系统以及在这些文件系统上所定 义的操作。

  系统管理类,包括/etc/group、/etc/nologin、/etc/passwd、/etc/rpmrc、/etc/securetty、 /etc/usertty、/etc/shadow、/etc/shells、/etc/motd 等文件,它们记录着系统用户和用户组的登 录信息、加密后的用户帐号密码信息、用户组的权限信息等。

  网络类,包括/etc/gated.conf、/etc/networks、/etc/protocols、/etc/gateway、/etc/services、 /etc/inetd.conf、/etc/sysconfig/netword、/etc/recolv.conf、/etc/rpc、/etc/exports 等文件,它们 记录着系统对网络接口的配置信息、网络服务程序、网络协议、网络文件系统配置等信息。

  系统命令类,包括/etc/lilo.conf、/etc/logrotate.conf、/et/identd.conf、/etc/ld.so.conf、 /etc/inittab、/etc/termcp 等文件,这些文件记录着要独占地控制系统的系统命令及动态链接 程序配置等信息等。

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