嵌入式系統文件系統比較

時間：2024-09-30 22:23:07 嵌入式培訓我要投稿

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嵌入式系統文件系統比較

　　嵌入式系統和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產品同步進行，因此嵌入式系統產品一旦進入市場，具有較長的生命周期。下面是小編整理的關于嵌入式系統的文件系統，歡迎大家參考!

　　Linux支持多種文件系統，包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、romfs和nfs等，為了對各類文件系統進行統一管理，Linux引入了虛擬文件系統VFS(Virtual File System)，為各類文件系統提供一個統一的操作界面和應用編程接口。

　　Linux啟動時，第一個必須掛載的是根文件系統;若系統不能從指定設備上掛載根文件系統，則系統會出錯而退出啟動。之后可以自動或手動掛載其他的文件系統。因此，一個系統中可以同時存在不同的文件系統。

　　不同的文件系統類型有不同的特點，因而根據存儲設備的硬件特性、系統需求等有不同的應用場合。在嵌入式Linux應用中，主要的存儲設備為 RAM(DRAM, SDRAM)和ROM(常采用FLASH存儲器)，常用的基于存儲設備的文件系統類型包括：jffs2, yaffs, cramfs, romfs, ramdisk, ramfs/tmpfs等。

　　1. 基于FLASH的文件系統

　　Flash(閃存)作為嵌入式系統的主要存儲媒介，有其自身的特性。Flash的寫入操作只能把對應位置的1修改為0，而不能把0修改為1(擦除Flash就是把對應存儲塊的內容恢復為1)，因此，一般情況下，向Flash寫入內容時，需要先擦除對應的存儲區間，這種擦除是以塊(block)為單位進行的。

　　閃存主要有NOR和NAND兩種技術(簡單比較見附錄)。Flash存儲器的擦寫次數是有限的，NAND閃存還有特殊的硬件接口和讀寫時序。因此，必須針對Flash的硬件特性設計符合應用要求的文件系統;傳統的文件系統如ext2等，用作Flash的文件系統會有諸多弊端。

　　在嵌入式Linux下，MTD(Memory Technology Device,存儲技術設備)為底層硬件(閃存)和上層(文件系統)之間提供一個統一的抽象接口，即Flash的文件系統都是基于MTD驅動層的(參見上面的Linux下的文件系統結構圖)。使用MTD驅動程序的主要優點在于，它是專門針對各種非易失性存儲器(以閃存為主)而設計的，因而它對Flash有更好的支持、管理和基于扇區的擦除、讀/寫操作接口。

　　順便一提，一塊Flash芯片可以被劃分為多個分區，各分區可以采用不同的文件系統;兩塊Flash芯片也可以合并為一個分區使用，采用一個文件系統。即文件系統是針對于存儲器分區而言的，而非存儲芯片。

　　(1) jffs2

　　JFFS文件系統最早是由瑞典Axis Communications公司基于Linux2.0的內核為嵌入式系統開發的文件系統。JFFS2是RedHat公司基于JFFS開發的閃存文件系統，最初是針對RedHat公司的嵌入式產品eCos開發的嵌入式文件系統，所以JFFS2也可以用在Linux, uCLinux中。

　　Jffs2: 日志閃存文件系統版本2 (Journalling Flash FileSystem v2)

　　主要用于NOR型閃存，基于MTD驅動層，特點是：可讀寫的、支持數據壓縮的、基于哈希表的日志型文件系統，并提供了崩潰/掉電安全保護，提供“寫平衡”支持等。缺點主要是當文件系統已滿或接近滿時，因為垃圾收集的關系而使jffs2的運行速度大大放慢。

　　目前jffs3正在開發中。關于jffs系列文件系統的使用詳細文檔，可參考MTD補丁包中mtd-jffs-HOWTO.txt。

　　jffsx不適合用于NAND閃存主要是因為NAND閃存的容量一般較大，這樣導致jffs為維護日志節點所占用的內存空間迅速增大，另外，jffsx文件系統在掛載時需要掃描整個FLASH的內容，以找出所有的日志節點，建立文件結構，對于大容量的NAND閃存會耗費大量時間。

　　(2) yaffs：Yet Another Flash File System

　　yaffs/yaffs2是專為嵌入式系統使用NAND型閃存而設計的一種日志型文件系統。與jffs2相比，它減少了一些功能(例如不支持數據壓縮)，所以速度更快，掛載時間很短，對內存的占用較小。另外，它還是跨平臺的文件系統，除了Linux和eCos，還支持WinCE, pSOS和ThreadX等。

　　yaffs/yaffs2自帶NAND芯片的驅動，并且為嵌入式系統提供了直接訪問文件系統的API，用戶可以不使用Linux中的MTD與VFS，直接對文件系統操作。當然，yaffs也可與MTD驅動程序配合使用。

　　yaffs與yaffs2的主要區別在于，前者僅支持小頁(512 Bytes) NAND閃存，后者則可支持大頁(2KB) NAND閃存。同時，yaffs2在內存空間占用、垃圾回收速度、讀/寫速度等方面均有大幅提升。

　　(3) Cramfs：Compressed ROM File System

　　Cramfs是Linux的創始人 Linus Torvalds參與開發的一種只讀的壓縮文件系統。它也基于MTD驅動程序。

　　在cramfs文件系統中，每一頁(4KB)被單獨壓縮，可以隨機頁訪問，其壓縮比高達2:1,為嵌入式系統節省大量的Flash存儲空間，使系統可通過更低容量的FLASH存儲相同的文件，從而降低系統成本。

　　Cramfs文件系統以壓縮方式存儲，在運行時解壓縮，所以不支持應用程序以XIP方式運行，所有的應用程序要求被拷到RAM里去運行，但這并不代表比Ramfs需求的RAM空間要大一點，因為Cramfs是采用分頁壓縮的方式存放檔案，在讀取檔案時，不會一下子就耗用過多的內存空間，只針對目前實際讀取的部分分配內存，尚沒有讀取的部分不分配內存空間，當我們讀取的檔案不在內存時，Cramfs文件系統自動計算壓縮后的資料所存的位置，再即時解壓縮到RAM中。

　　另外，它的速度快，效率高，其只讀的特點有利于保護文件系統免受破壞，提高了系統的可靠性。

　　由于以上特性，Cramfs在嵌入式系統中應用廣泛。

　　但是它的只讀屬性同時又是它的一大缺陷，使得用戶無法對其內容對進擴充。

　　Cramfs映像通常是放在Flash中，但是也能放在別的文件系統里，使用loopback 設備可以把它安裝別的文件系統里。

　　(4) Romfs

　　傳統型的Romfs文件系統是一種簡單的、緊湊的、只讀的文件系統，不支持動態擦寫保存，按順序存放數據，因而支持應用程序以 XIP(eXecute In Place，片內運行)方式運行，在系統運行時，節省RAM空間。uClinux系統通常采用Romfs文件系統。

　　其他文件系統：fat/fat32也可用于實際嵌入式系統的擴展存儲器(例如PDA, Smartphone, 數碼相機等的SD卡)，這主要是為了更好的與最流行的Windows桌面操作系統相兼容。ext2也可以作為嵌入式Linux的文件系統，不過將它用于 FLASH閃存會有諸多弊端。

　　2. 基于RAM的文件系統

　　(1) Ramdisk

　　Ramdisk是將一部分固定大小的內存當作分區來使用。它并非一個實際的文件系統，而是一種將實際的文件系統裝入內存的機制，并且可以作為根文件系統。將一些經常被訪問而又不會更改的文件(如只讀的根文件系統)通過Ramdisk放在內存中，可以明顯地提高系統的性能。

　　在Linux的啟動階段，initrd提供了一套機制，可以將內核映像和根文件系統一起載入內存。

　　(2)ramfs/tmpfs

　　Ramfs是Linus Torvalds開發的一種基于內存的文件系統，工作于虛擬文件系統(VFS)層，不能格式化，可以創建多個，在創建時可以指定其最大能使用的內存大小。(實際上，VFS本質上可看成一種內存文件系統，它統一了文件在內核中的表示方式，并對磁盤文件系統進行緩沖。)

　　Ramfs/tmpfs文件系統把所有的文件都放在RAM中，所以讀/寫操作發生在RAM中，可以用ramfs/tmpfs來存儲一些臨時性或經常要修改的數據，例如/tmp和/var目錄，這樣既避免了對Flash存儲器的讀寫損耗，也提高了數據讀寫速度。

　　Ramfs/tmpfs相對于傳統的Ramdisk的不同之處主要在于：不能格式化，文件系統大小可隨所含文件內容大小變化。

　　Tmpfs的一個缺點是當系統重新引導時會丟失所有數據。

　　3. 網絡文件系統NFS (Network File System)

　　NFS是由Sun開發并發展起來的一項在不同機器、不同操作系統之間通過網絡共享文件的技術。在嵌入式Linux系統的開發調試階段，可以利用該技術在主機上建立基于NFS的根文件系統，掛載到嵌入式設備，可以很方便地修改根文件系統的內容。

　　以上討論的都是基于存儲設備的文件系統(memory-based file system)，它們都可用作Linux的根文件系統。實際上，Linux還支持邏輯的或偽文件系統(logical or pseudo file system)，例如procfs(proc文件系統)，用于獲取系統信息，以及devfs(設備文件系統)和sysfs，用于維護設備文件。

　　附錄：NOR閃存與NAND閃存比較

　　NOR FLASH

　　NAND FLASH

　　接口時序同SRAM,易使用

　　地址/數據線復用，數據位較窄

　　讀取速度較快

　　讀取速度較慢

　　擦除速度慢，以64-128KB的塊為單位

　　擦除速度快，以8-32KB的塊為單位

　　寫入速度慢(因為一般要先擦除)

　　寫入速度快

　　隨機存取速度較快，支持XIP(eXecute In Place，芯片內執行)，適用于代碼存儲。在嵌入式系統中，常用于存放引導程序、根文件系統等。