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