UBI只读文件系统
By Toradex胡珊逢
在先前的文章我们已经介绍在使用 eMMC 的模块上配置只读属性的文件系统，以及利用 squashfs和overlayfs 挂载可写分区。Toradex 的产品除了使用 eMMC 存储外，还有部分是采用 Nand Flash，例如 Colibri iMX7 和 Colibri iMX6ULL。下面将以 Colibri iMX7 为例介绍如何配置只读属性的文件系统。
由于存储介质不同，Nand Flash 上通常采用如 jffs2、UBI 等格式文件系统。Toradex 的 Linux 系统使用 UBI 文件系统。
在 Colibri iMX7 的 Nand Flash 上会采用以下规划。Nand Flash 总体上划分为两个部分。最前面的 raw 部分不采用任何文件系统，直接存储模块硬件信息 bcb，u-boot 和 u-boot 环境变量。第二部分则使用 UBI，创建 5 个 volume，用于存储内核文件（kernel）、设备树文件（dtb）、M4 的固件（m4-fw）、Linux 文件系统（rootfs）、用户文件（userdata）。其中 rootfs 将设置成自读属性，而 userdata 则可以写入数据。
Toradex Easy Installer 可以通过 image.json 文件方便地修改分区，从而避免使用命令工具。首先从这里下载用于 Colibri iMX7S 的 Linux BSP v5.x 安装文件。解压后在 image.json 中添加 userdata 的相关配置。
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{
"name": "rootfs",
"content": {
"filesystem_type": "ubifs",
"filename": "Reference-Minimal-Image-colibri-imx7.tar.xz",
"uncompressed_size": 108.1171875
},
"size_kib": 102400
},
{
"name": "userdata",
"content": {
"filesystem_type": "ubifs",
"filename": "app.tar.xz",
"uncompressed_size": 0.1171875
}
}
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这里 name 指定 ubi volume 的名字，filesystem_type 用于指定 ubifs 文件格式，filename 里包含了需要烧录到 userdata volume 的文件，这些是用户应用和配置等，uncompressed_size 是指 app.tar.xz 未压缩的大小，用于显示 Toradex Easy Installer 的安装进度条。更多关于 image.json 配置说明请参考这里。
使用 Toradex Easy Installer 将上面修改的镜像烧录到 Colibri iMX7S 即可。启动后进入 u-boot，使用下面名可以看到所创建的 volume。
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Colibri iMX7 # ubi part ubi
Colibri iMX7 # ubi info layout
Volume information dump:
vol_id 0
......
name kernel
Volume information dump:
vol_id 1
......
skip_check 0
name dtb
Volume information dump:
vol_id 2
......
skip_check 0
name m4firmware
Volume information dump:
vol_id 3
......
skip_check 0
name rootfs
Volume information dump:
vol_id 4
......
skip_check 0
name userdata
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启动进入 Linux 后，userdata 并不会被自动挂载，需要将下面内容添加到 /etc/fstab 文件中。现在 rootfs 根目录还没有设置成只读属性，可以创建 /home/root/userdata 目录用于挂载 userdata 卷。
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ubi:userdata /home/root/userdata ubifs defaults,noatime,rw 1 1
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于此同时，还可以进行系统配置。例如添加一个开机启动应用。该应用 write_to_file 在运行时会往 /home/root/userdata 写入一个文件。在 /etc/systemd/system/ 目录下创建 user-demo.service。
user-demo.service
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[Unit]
Description=launch user's demo on dedicated partition
ConditionFileIsExecutable=/home/root/userdata/write_to_file
After=multi-user.target
[Service]
WorkingDirectory=/home/root/userdata
Type=simple
ExecStart=/home/root/userdata/write_to_file
[Install]
WantedBy=multi-user.target
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运行下面命令使 user-demo.service 开机运行。然后重启系统。
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~# systemctl enable user-demo.service
~# reboot
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此时，使用 mount 命令查看所挂载的卷，其中有 ubi:userdata。
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~# mount -l
tmpfs on /var/volatile type tmpfs (rw,relatime)
ubi:userdata on /home/root/userdata type ubifs (rw,noatime,assert=read-only,ubi=0,vol=4)
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在 /home/root/userdata 目录下也可以看到 write_to_file 写入的文件 file.txt。
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~/userdata# ls
file.txt write_to_file
~/userdata# cat file.txt
This is a writing file test
~/userdata# systemctl status user-demo.service
* user-demo.service - launch user's demo on dedicated partition
Loaded: loaded (/etc/systemd/system/user-demo.service; enabled; vendor preset: disabled)
Active: inactive (dead) since Wed 2022-07-06 06:09:44 UTC; 14min ago
Process: 316 ExecStart=/home/root/userdata/write_to_file (code=exited, status=0/SUCCESS)
Main PID: 316 (code=exited, status=0/SUCCESS)
Jul 06 06:09:44 colibri-imx7-02873356 systemd[1]: Started launch user's demo on dedicated partition.
Jul 06 06:09:44 colibri-imx7-02873356 systemd[1]: user-demo.service: Succeeded.
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最后需要再次修改 /etc/fstab 将 rootfs 根目录设置为只读属性，noatime 后面添加 ro。
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/dev/root / auto noatime,ro 1 1
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重启系统，进入 u-boot 命令模式，配置下参数。
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setenv ubiargs "ubi.mtd=ubi root=ubi0:rootfs ro rootfstype=ubifs ubi.fm_autoconvert=1"
saveenv
reset
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重启进入 Linux 系统。根目录 / 已经是只读状态，无法创建文件。而 /home/root/userdata 目录下的应用仍可以正常执行并写入文件。
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:~# mount -l
ubi0:rootfs on / type ubifs (ro,noatime,assert=read-only,ubi=0,vol=3)
~# mkdir test
mkdir: can't create directory 'test': Read-only file system
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总结
通过将Linux 的系统文件设置为只读状态，可以降低因文件系统损坏导致无法启动的概率。对于更高要求的应用，甚至可以使用外部存储作为备份，用于恢复文件。