1、第 5 章 嵌入式Linux根文件系统及其制作,目 录,Linux文件系统简介,1,使用BusyBox制作命令工具集,2,使用BusyBox制作命令工具集,3,使用BusyBox生成并移植pax270-s根文件系统,4,Linux文件系统简介,在Unix业界有一句话叫做“一切皆文件”，这是对Linux文件系统的一个很好抽象。 我们说“Linux中一切皆文件”直观地可以这样理解：所有的东西，设备、内存都模拟成文件。 而Windows中，我们则可以极端地认为“一切皆设备”,Linux文件的描述,节点 目录 链接(目的：实现文件的共享)软链接硬链接,硬链接,软链接,硬链接 硬链接指向文件的i节点。用
2、ln命令就可以创建一个硬链接。例如，执行ln add addlink 命令就建立一个add文件的硬链接addlink文件。在下面的例子中可以看到add和addlink文件有相同的i节点或索引号（297731）；有相同的文件创建日期和时间（1月9日，22:20）；有相同的文件大小（138字节）。 #ls li add* 297731 -rw-r-r- 2 root root 138 1月 9 22:20 add 297731 -rw-r-r- 2 root root 138 1月 9 22:20 addlink,软链接 软链接是与要链接文件或目录的路径链接，而不是与i节点链接；因此，软链接只是指
3、向i节点号。可以用ln s命令创建一个软链接。例如，执行ln s add softlink命令就建立一个add文件的软链接softlink文件。在下面的例子中可以看到add和softlink文件有不同的i节点或索引号（分别为297731和297777）；有不同的文件创建日期和时间（分别为1月9日，22:20和2月28日，20:41）；有不同的文件大小（分别为138和3字节）。 # ls li add softlink 297731 -rw-r-r- 2 root root 138 1月 9 22:20 add 297777 lrwxrwxrwx 1 root root 3 2月 28 20:4
4、1 softlink - add 对于采用硬链接方式，要对被链接的文件进行特殊管理，以免它被删除时引发系统错误。对Linux系统而言，系统为每个文件设有链接计数器。当指向一个文件的新链接建立时，该链接计数器加1；当一个文件链接被从目录中删除时，该链接计数器减1，如果链接计数器的值为0，则该文件所占据的空间被释放。,文件类型,我们把Linux下的文件分成5种文件类型： c 字符设备 b 块设备 l 连接 f 普通文件 d 目录,文件类型,字段1：文件种类和权限 字段2：硬链接个数。 字段3：文件所有者。 字段4：所属群组。 字段5：文件或者目录大小。 字段6：最后访问或修改时间。 字段7： 文件
5、名或目录名。,设备文件,Linux 中的设备有2种类型：字符设备(无缓冲且只能顺序存取)、块设备(有缓冲且可以随机存取)。 每个字符设备和块设备都必须有主、次设备号，主设备号相同的设备是同类设备(使用同一个驱动程序)。这些设备中，有些设备是对实际存在的物理硬件的抽象，而有些设备则是内核自身提供的功能(不依赖于特定的物理硬件，又称为“虚拟设备”)。,设备文件,一般来说，每个设备在/dev 目录下都有一个对应的文件(设备节点)。 可以通过cat /proc/devices 命令查看当前已经加载的设备驱动程序的主设备号。 在/dev 目录下除了字符设备和块设备节点之外还通常还会存在：FIFO管道、S
6、ocket、软/硬连接、目录。这些东西没有主/次设备号。,API 文件操作系统调用,Linux操作系统提供了一系列的系统调用来进行文件操作。常用的文件操作系统调用,创建creat打开open读写read/writeI/O操作ioctl关闭close,Linux支持的常见的文件系统类型,Linux自身提供的缺省文件系统：ext2fs（一般根文件系统/使用此文件系统）；新增的自身提供的文件系统：ext3fs、ReiserFS、IBM JFS等 其它UNIX使用的文件系统：minix,ext,xiafs等 DOS/Windows使用的文件系统：FAT-12,FAT-16,FAT-32,VFAT,NT
7、FS CD-ROM : ISO 9660 NFS（网络文件系统）；SMBFS（Windows共享文件系统） 嵌入式常用的文件系统:cramfs,JFFS2 /proc（用于内核和进程信息）,Linux 专用文件系统,Minix是Linux 的第一个文件系统，有局限，性能比较差。文件名不能长于14 个字符，最大的文件大小是64M 字节 在1992 年4 月引入第一个专为Linux 设计的文件系统-扩展文件系统或EXT （Extend File System ） 1993 年，增加了扩展文件系统第二版，或EXT2,虚拟文件系统,现在的系统大多都在系统内核和文件系统之间提供一个标准的接口，真实的文件
8、系统通过一个接口层从操作系统和系统服务中分离出来，这样不同文件结构之间的数据可以十分方便地交换。 Linux也在系统内核和文件系统之间提供了一种叫做虚拟文件系统VFS（virtual file system）的标准接口。 VFS 允许Linux 支持许多（通常是不同的）文件系统，每一个都向VFS 表现一个通用的软件接口。Linux 文件系统的所有细节都通过软件进行转换，所以所有的文件系统对于Linux 核心的其余部分和系统中运行的程序显得一样。,虚拟文件系统,嵌入式文件系统类型,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
9、机制，并且可以作为根文件系统。 ramfs/tmpfs :是Linus Torvalds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
10、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。,1. 基于RAM的文件系统,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，有其自身的特性。Flash的写入操作只能把对应位置的1修改为0，而不能把0修改为1(擦除Flash就是把对应存储块的内容恢复为1)，因此，一般情况下，向Flash写入内容时，需要先擦除对应的存储区间，这种擦除是以块(block)为单位进行的。 Flash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；传统的文件系统如ext2等，用作F
11、lash的文件系统会有诸多弊端。 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驱动层的。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。,2. 基于Flash的文件系统,嵌入式文件系统类型,2. 基于Flash的文件系统,两种FLASH：NAND FLASHNOR FLASH,(1) NOR 的读速度比NAND 稍快一些。 (2) NAND
12、 的写入速度比NOR 快很多。 (3) NAND 的擦除速度远比NOR 快。 (4) NAND 的擦除单元更小，相应的擦除电路也更加简单。 (5) NAND 闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次 ，而NOR 的擦写次数是十万次。,JFFS文件系统最早是由瑞典Axis Communications公司基于Linux2.0的内核为嵌入式系统开发的文件系统。JFFS2是RedHat公司基于JFFS开发的闪存文件系统，最初是针对RedHat公司的嵌入式产品eCos开发的嵌入式文件系统，所以JFFS2也可以用在Linux, uCLinux中。 Jffs2: 日志闪存文件系统版本2 (Journallin
13、gFlash FileSystemv2) 目前jffs3正在开发中。关于jffs系列文件系统的使用详细文档，可参考MTD补丁包中mtd-jffs-HOWTO.txt。 主要用于NOR型闪存，基于MTD驱动层，特点是：可读写的、支持数据压缩的、基于哈希表的日志型文件系统，并提供了崩溃/掉电安全保护，提供“写平衡”支持等。缺点主要是当文件系统已满或接近满时，因为垃圾收集的关系而使jffs2的运行速度大大放慢。 jffsx不适合用于NAND闪存主要是因为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，jffsx文件系统在挂载时需要扫描整个FLASH的内容，以
14、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。,嵌入式文件系统类型,2. 基于Flash的文件系统：JFFS/JFFS2,yaffs/yaffs2是专为嵌入式系统使用NAND型闪存而设计的一种日志型文件系统。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。另外，它还是跨平台的文件系统，除了Linux和eCos，还支持WinCE, pSOS和ThreadX等。yaffs/yaffs2自带NAND芯片的驱动，并且为嵌入式系统提供了直接访问文件系统的API，用户可以不使用Linux中的MTD与VFS，直接对文件系统操
15、作。当然，yaffs也可与MTD驱动程序配合使用。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。,嵌入式文件系统类型,2. 基于Flash的文件系统:yaffs/yaffs2,由LinusTorvalds参与开发的小型只读压缩文件系统 Inode、文件名称和目录信息不压缩 单个文件最大为16MB 数据压缩存放 适合不需要写、且体积较大的文件系统，如/lib,/opt等 与JFFS2相比，读取速度快 压缩率可以超过50 读取文件时，
16、每次读取4k内容，解压缩到cache中 Linux内核已提供了对cramfs的支持，只要编译时选中,嵌入式文件系统类型,2. 基于Flash的文件系统 ：Cramfs,嵌入式文件系统类型,2. 基于Flash的文件系统 ：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。,嵌入式文件系统类型,3. NFS,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
17、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。,UP-TECHPXA270-S Linux 文件系统,根文件系统用户YAFFS 文件系统临时文件系统,UP-TECHPXA270-S 有一个16M 大小的NORFLASH，根文件系统是建立在该flash 的后大半部分。 该flash 的前小半部分用来存放bootloader 和kernel 映像。根文件系统采用JFFS2 。为了得到比JFFS2 文件系统格式更快的读写速度，用户文件系统采用YAFFS 格式。 UP-TECHPXA270-S
18、 有一个64M 大小的NANDFLASH 作为用户文件系统，它挂载于根文件系统下的/mnt/yaffs 目录。,UP-TECHPXA270-S Linux 文件系统,UP-TECHPXA270-S Linux 文件系统,Linux根文件系统,Linux内核在系统启动期间进行的最后操作之一就是安装根文件系统。根文件系统一直是所有类UNIX系统不可或缺的组件。,根文件系统的基本结构,bin必要的用户命令（二进制文件） *boot引导加载程序使用的静态文件 dev设备文件及其他特殊文件 etc 系统配置文件 *home 用户主目录 lib 必要的链接库，例如：C链接库、内核模块 mnt临时挂载的文件
19、系统的挂载点“*”目录在嵌入式Linux上为可选的。,根文件系统的基本结构,*opt 附加软件的安装目录 proc 提供内核和进程信息的proc文件系统 *root root用户主目录 sbin必要的系统管理员命令 tmp临时文件目录 usr大多数用户使用的应用程序和文件目录 var监控程序和工具程序存放的可变数据,使用BusyBox制作命令工具集,BusyBox是一个UNIX系统工具集，它将很多普通的UNIX工具集成到一个很小的可执行文件中（在Linux下该可执行文件的文件名为busybox），为普通用户提供大多数常用的命令。不仅包含像cat 、 echo等的简单的工具，还包含了一些更大、更
20、复杂的工具，例如 grep、find、mount 以及 telnet。busybox享有“嵌入式Linux的瑞士军刀”美誉。,BusyBox的init,BusyBox也提供init程序，如同主流init，BusyBox也可以处理系统启动工作。 BusyBox的init比较适合嵌入式系统，但是有的系统可能不适合，例如它并不提供运行级别支持。,BusyBox启动基本流程分析,内核启动后的第一个用户进程是init进程，它根据配置文件决定启动哪些程序，比如要执行哪些脚本、启动shell、执行用户指定程序等。init进程是后续所有进程的发起者，比如init进程启动/bin/sh后，才能够使用控制台输入命
21、令。一般init进程的执行都是通过/sbin/init发起。所以实际上，busybox的启动流程可以概括为： /sbin/init - /etc/inittab - /etc/init.d/rcS。,BusyBox启动基本流程分析,BusyBox配置选项,使用BusyBox生成并移植pax270-s根文件系统,在一个基本的Linux根文件系统中，应包括如下的文件：链接库设备文件系统应用程序系统初始化文件,使用BusyBox生成并移植pax270-s根文件系统,1 创建根文件系统基本目录,一般根文件系统包含/lib 、/etc、/dev、/mnt、/var目录。这些目录有些可以为空，有些需要往里
22、面添加其他文件和目录。首先我们先把目录都创建起来。然后再往其中目录添加必要的文件和目录。 rootlocalhost rootfs# mkdir lib etc dev mnt var proc rootlocalhost rootfs# ls dev etc lib mnt proc var,使用BusyBox生成并移植pax270-s根文件系统,2 安装glibc库,即构建根文件/lib目录。glibc库的来源可以是自己制作交叉编译工具链时生成的（位置在/home/gcc-3.4.6-glibc-2.3.2/arm-linux/lib），也可以从http:/ftp.gnu.org/gnu/
23、glibc/中下载所需的版本，然后在某个目录下编译安装它。,使用BusyBox生成并移植pax270-s根文件系统,2 安装glibc库,使用BusyBox生成并移植pax270-s根文件系统,3 使用BusyBox制作命令工具集,即构建根文件/bin、/sbin等目录。使用BusyBox软件，默认在_install目录下最终会生成如下四个文件、目录。 rootlocalhost _install# lsbin linuxrc sbin usr,使用BusyBox生成并移植pax270-s根文件系统,4 添加修改根文件系统配置文件,inittab/init/rcSfstabpasswd、sha
24、dow、group,使用BusyBox生成并移植pax270-s根文件系统,4 添加修改根文件系统配置文件:inittab,inittab文件的每一行的格式为： : 仿照BusyBox的example/inittab创建一个/etc/inittab文件，并且进行修改。该进程是init进程启动的第一个子进程，是一个脚本文件，可以在里面指定用户想执行的操作。 rootlocalhost etc# vi inittab :sysinit:/etc/init.d/rcS :respawn:-/bin/sh :restart:/sbin/init tty2:askfirst:-/bin/sh :ctrl
25、altdel:/bin/umount -a -r :shutdown:/bin/umount -a -r :shutdown:/sbin/swapoff a,使用BusyBox生成并移植pax270-s根文件系统,4 添加修改根文件系统配置文件:inittab,使用BusyBox生成并移植pax270-s根文件系统,4 添加修改根文件系统配置文件:创建/etc/init.d/rcS脚本文件,rootlocalhost etc# vi init.d/rcS #! /bin/sh echo “Processing etc/init.d/rc.S“ #hostname $HOSTNAME hostn
26、ame up-tech echo “ Mount all“ /bin/mount -a echo “ Start mdev“ /bin/echo /sbin/mdev proc/sys/kernel/hotplug mdev -s echo “*“ echo “ rootfs for pxa270 “ echo “ 2008.11.28 created “ echo “ Good Luck“ echo “ www.up-“ echo “*“ echo,使用BusyBox生成并移植pax270-s根文件系统,4 添加修改根文件系统配置文件:构建etc/fstab文件,每行包含着一个设备或分区的信
27、息。第一字段包含着设备名，第二字段是它的挂载点，第三字段是它的文件系统格式，第四字段是挂载参数，第五字段和第六字段是转储和文件系统检查选项。,使用BusyBox生成并移植pax270-s根文件系统,4 添加修改根文件系统配置文件:从本机拷贝passwd、shadow、group文件,rootlocalhost etc# cp /etc/passwd . rootlocalhost etc# cp /etc/shadow . rootlocalhost etc# cp /etc/group . 修改passwd文件，把第一行和最后一行的bash修改成ash。,使用BusyBox生成并移植pax2
28、70-s根文件系统,5 创建设备文件,即构建根文件/dev目录。该目录存放的是设备文件，其创建方法主要有3种：手动创建、使用devfs文件系统、使用udev。系统启动涉及到的设备有：/dev/mtdblock*（MTD块设备）、/dev/ttySAC*(串口设备)、dev/console、/dev/null，只要手动创建这些设备系统就能启动。其他设备可以在启动系统后，查看/proc/devices，然后一一创建对应的设备文件。rootlocalhost etc# mknod console c 5 1 rootlocalhost etc# mknod null c 1 3 rootlocalh
29、ost etc# mknod /ttySAC0 c 4 64 rootlocalhost etc# mknod mtdblock0 b 31 0 rootlocalhost etc# mknod mtdblock1 c 31 1 rootlocalhost etc# mknod mtdblock2 c 31 2,使用BusyBox生成并移植pax270-s根文件系统,6 使用格式工具制作根文件系统映像,要将根文件系统烧入开发板，还要把它制作成一个映像文件。这里使用mkfs.jffs2工具包来制作根文件映射文件rootfs.img。./mkfs.jffs2 -r rootfs -o rootfs.img -e 0x20000 -pad=0xd00000 -r: -root=DIR，由目录生成镜像文件-e:Flash 擦除扇区大小，默认为64KB，此处指定为128KB-pad:指定创建的根文件系统的大小,使用BusyBox生成并移植pax270-s根文件系统,7 烧写根文件系统到目标机,
