嵌入式linux系统中常用的文件系统

原文：https://blog.csdn.net/li_wen01/article/details/80090624

嵌入式linux系统中常用的文件系统：

闪存主要有NOR和NAND两种技术；因为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，于是就出现了专门针对FLASH的文件系统。比较常用的有jffs2,yaffs2,logfs,ubifs。传统的文件系统如ext2、ext3、ntfs等都是针对机械式硬盘设计的,用作Fash文件系统会很多的弊端。

在嵌入式Linux下，MTD(MemoryTechnology Device,存储技术设备)为底层硬件(闪存)和上层(文件系统)之间提供一个统一的抽象接口，即Flash的文件系统都是基于MTD驱动层。使用MTD驱动程序的主要优点在于，它是专门针对各种非易失性存储器(以闪存为主)而设计的，因而它对Flash有更好的支持、管理和基于扇区的擦除、读/写操作接口。另外，一块Flash芯片可以被划分为多个分区，各分区可以采用不同的文件系统；两块Flash芯片也可以合并为一个分区使用，采用一个文件系统。即文件系统是针对于存储器分区而言的，而非存储芯片。根据存储设备的不同，可以将嵌入式文件系统划分为三大类：基于flash的文件系统，基于内存的文件系统，基于网络的文件系统。

(一)基于flash的文件系统

(1) jffs2：Journalling Flash FileSystem

JFFS文件系统最早是由瑞典AxisCommunications公司基于Linux2.0的内核为嵌入式系统开发的文件系统。
    JFFS2(Journalling Flash FileSystem 日志闪存文件系统版本2) 是 RedHat 的 David Woodhouse 在 JFFS 基础上改进的文件系统，是用于微型嵌入式设备的原始闪存芯片的实际文件系统。 JFFS2 文件系统是日志结构化的可读写的文件系统,所以JFFS2也可以用在Linux,uCLinux中。JFFS2 的优缺点如下：
优点：
    使用了压缩的文件格式。最重要的特性是可读写操作。
缺点：
    JFFS2 文件系统挂载时需要扫描整个 JFFS2 文件系统，因此当 JFFS2 文件系统分区增大时，挂载时间也会相应的变长。使用 JFFS2 格式可能带来少量的 Flash 空间的浪费。这主要是由于日志文件的过度开销和用于回收系统的无用存储单元，浪费的空间大小大致是若干个数据段。 JFFS2 的另一缺点是当文件系统已满或接近满时， JFFS2 运行速度会迅速降低。这是因为垃圾收集的问题。

注意：
(1)日志结构文件系统并不采用本地更新的方式,而是采用异步更新的方式,即当某个数据块需要更新时,先找一个新块将新数据写入,再将旧块擦除。不过旧数据并不马上在闪存中擦除,而是以日志方式作为历史记录保存下来,这为文件系统的恢复操作打下了基础.

(2)不适合用于NAND闪存的主要是因为NAND闪存的容量一般较大,这样导致jffs为维护日志节点所占用的内存空间迅速增大,另外jffs文件系统在挂载时需要扫描整个FLASH的内容,以找出所有的日志节点,建立文件结构,对于大容量的NAND闪存会耗费大量时间.

(2)yaffs：Yet Another Flash File System
    yaffs/yaffs2 是专门为 NAND Flash 设计的嵌入式文件系统。它是日志结构的文件系统，提供了损耗平衡和掉电保护，可以有效地避免意外掉电对文件系统一致性和完整性的影响，。与jffs2相比，它减少了一些功能(例如不支持数据压缩)，所以速度更快，挂载时间很短，对内存的占用较小。它是跨平台的文件系统，除了Linux和eCos，还支持WinCE, pSOS和ThreadX等。
yaffs/yaffs2 的优缺点如下：
优点:
    专门针对 NAND Flash，软件结构得到优化，速度快。
    使用硬件的 spare area 区域存储文件组织信息，启动时只需扫描组织信息，启动比较快。
    采用多策略垃圾回收算法，能够提高垃圾回收的效率和公平性，达到损耗平衡的目的。
缺点:
    没有采用压缩的文件格式。当包含的内容相同时， yaffs2 镜像文件要比 jffs2 镜像文件大。

注意：
yaffs与yaffs2的主要区别在于，前者仅支持小页(512 Bytes)NAND闪存，后者则可支持大页(2KB) NAND闪存。同时，yaffs2在内存空间占用、垃圾回收速度、读/写速度等方面均有大幅提升。与jffs2相比，它减少了一些功能(例如不支持数据压缩)，所以速度更快，挂载时间很短，对内存的占用较小。

(3)Cramfs：Compressed ROM File System
    Cramfs是Linux的创始人 LinusTorvalds参与开发的一种只读的压缩文件系统。它也基于MTD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文件系统以压缩方式存储，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，但这并不代表比Ramfs需求的RAM空间要大一点，因为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。另外，它的速度快，效率高，其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。
    由于以上特性，Cramfs在嵌入式系统中应用广泛。但是它的只读属性同时又是它的一大缺陷，使得用户无法对其内容对进扩充。Cramfs映像通常是放在Flash中，但是也能放在别的文件系统里，使用loopback 设备可以把它安装别的文件系统里。

(4)Romfs
传统型的Romfs文件系统是一种简单的、紧凑的、只读的文件系统，不支持动态擦写保存，按顺序存放数据，因而支持应用程序以XIP(eXecute In Place，片内运行)方式运行，在系统运行时，节省RAM空间。uClinux系统通常采用Romfs文件系统。
其他文件系统：fat/fat32也可用于实际嵌入式系统的扩展存储器(例如PDA,Smartphone, 数码相机等的SD卡)，这主要是为了更好的与Windows桌面操作系统相兼容。ext2也可以作为嵌入式Linux的文件系统，不过将它用于 FLASH闪存会有诸多弊端。

(二)基于RAM的文件系统

(1)Ramdisk

Ramdisk是将一部分固定大小的内存当作分区来使用。它并非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，并且可以作为根文件系统。将一些经常被访问而又不会更改的文件（如只读的根文件系统）通过Ramdisk放在内存中，可以明显地提高系统的性能。
在Linux的启动阶段，initrd提供了一套机制，可以将内核映像和根文件系统一起载入内存。

(2)ramfs/tmpfs
    Ramfs是LinusTorvalds开发的一种基于内存的文件系统，工作于虚拟文件系统(VFS)层，不能格式化，可以创建多个，在创建时可以指定其最大能使用的内存大小。(实际上，VFS本质上可看成一种内存文件系统，它统一了文件在内核中的表示方式，并对磁盘文件系统进行缓冲。)
    Ramfs/tmpfs文件系统把所有的文件都放在RAM中，所以读/写操作发生在RAM中，可以用ramfs/tmpfs来存储一些临时性或经常要修改的数据，例如/tmp和/var目录，这样既避免了对Flash存储器的读写损耗，也提高了数据读写速度。
    Ramfs/tmpfs相对于传统的Ramdisk的不同之处主要在于：不能格式化，文件系统大小可随所含文件内容大小变化。
    Tmpfs的一个缺点是当系统重新引导时会丢失所有数据。

(三)网络文件系统NFS (Network File System)

NFS是由Sun开发并发展起来的一项在不同机器、不同操作系统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，可以很方便地修改根文件系统的内容。

以上讨论的都是基于存储设备的文件系统(memory-basedfile system)，它们都可用作Linux的根文件系统。实际上，Linux还支持逻辑的或伪文件系统(logical orpseudo file system)，例如procfs(proc文件系统)，用于获取系统信息，以及devfs(设备文件系统)和sysfs，用于维护设备文件。

参考文档：

https://blog.csdn.net/firstlai/article/details/50631278

http://blog.chinaunix.net/uid-26833883-id-4574720.html
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