嵌入式开发中常见的文件系统

摘要：

本文主要介绍嵌入式开发中常用的文件系统类型。对比其差异性及优劣势，以便在后续开发时，选择更合适的嵌入式文件系统。

嵌入式设备常见的文件系统

嵌入式设备常用的文件系统类型包括：

1. YAFFS（Yet Another Flash File System）：适用于NAND型Flash，支持JFFS2不支持YAFFS2。
   
2. UBIFS（Unsorted Block Image File System）：适用于NAND型Flash，支持压缩和加密。
3. JFFS（Journaling Flash File System）：适用于NOR型Flash，支持JFFS2。
4. SquashFS：只读文件系统，适用于ROM型Flash，支持压缩。
5. Ext2/Ext3/Ext4：适用于硬盘等块设备，支持日志功能，可靠性高。
6. FAT/FAT32：适用于移动存储设备，兼容性好。

各个文件系统优劣势

文件系统类型	YAFFS	UBIFS	JFFS	SquashFS	Ext2/Ext3/Ext4	FAT/FAT32
可靠性	非日志型	日志型	日志型	非日志型	日志型	非日志型
可拓展性	不可拓展	可拓展	不可拓展	不可拓展	可拓展	可拓展
系统加密	不可加密	不可加密	不可加密	不可加密	不可加密	不可加密
系统压缩	不可压缩	可压缩	可压缩	可压缩	不可压缩	不可压缩

YAFFS文件系统

YAFFS文件系统的优势主要有以下几点：

1. 支持大容量NAND FLASH芯片。相比于YAFFS，YAFFS2版本能够更好地支持大容量的NAND FLASH芯片，因此能够更好地满足大容量存储需求。
2. 性能优越。YAFFS文件系统是专门为NAND flash设计的，因此在NAND flash上的读写性能非常优秀，能够提供更快的数据读写速度。
3. 易于移植。YAFFS文件系统已经成功应用于多个嵌入式操作系统上，包括linux、uClinux和Windows CE等，因此易于移植到其他嵌入式系统中。
4. 支持虚拟文件系统。通过vfs层的转换，可以使linux支持多个不同的文件系统，每个文件系统表示一个vfs的通用接口。因此，如果要为vfs新增一个文件系统(比如yaffs)，只需要为其挂钩文件系统相应的操作即可。

YAFFS文件系统存在以下劣势：

1. 非日志型。YAFFS文件系统是非日志类型的文件系统，因此其劣势在于系统在崩溃后恢复速度较慢，不如日志文件系统。
2. 不可拓展。YAFFS文件系统不支持文件系统扩展。
3. 不可加密。YAFFS文件系统不支持文件系统加密，这意味着无法保护存储在文件系统中的数据的安全性。
4. 不可压缩。YAFFS不支持文件系统压缩，这意味着在存储大量数据时，可能会浪费大量的存储空间。
5. YAFFS文件系统不支持文件系统快照，这意味着无法轻松地创建文件系统的备份或还原点。

UBIFS文件系统

UBIFS文件系统的优势主要有以下几点：

1. 日志型。可靠性高。UBIFS文件系统采用了日志式文件系统，可以在系统崩溃或掉电等异常情况下保证文件系统的完整性和一致性。
2. 可拓展。UBIFS文件系统支持拓展。当需要扩展文件系统时，可以向逻辑卷添加新的物理存储设备，然后使用UBI卷管理器将它们合并到逻辑卷中。这样，文件系统就可以使用新的存储空间了。相比于JFFS2文件系统，UBIFS文件系统支持更大的文件系统，可以处理更大的闪存设备。
3. 可压缩。更好的压缩比。UBIFS文件系统使用了更好的压缩算法，因此可以获得更好的压缩比，从而节省了存储空间。
4. 更快的启动时间。UBIFS文件系统的启动时间比JFFS2文件系统更快，因为它使用了更少的内存。
5. 更好的可靠性。UBIFS文件系统使用了更好的错误检测和纠正机制，从而提高了文件系统的可靠性和稳定性。
7. 更好的性能。UBIFS文件系统使用了更好的缓存机制，从而提高了文件系统的性能。

UBIFS文件系统存在以下劣势：

1. 不可加密。UBIFS不支持文件系统加密，这意味着无法保护存储在文件系统中的数据的安全性。
2. 由于UBIFS是基于日志的文件系统，因此在写入大量数据时，性能可能会受到影响。
3. UBIFS不支持文件系统碎片整理，因此在长时间运行后，文件系统可能会出现碎片，导致性能下降。
4. UBIFS不支持文件系统快照，这意味着无法轻松地创建文件系统的备份或还原点。

JFFS文件系统

JFFS文件系统的优势主要有以下几点：

1. 日志型。可靠性高。JFFS文件系统采用了日志式文件系统，可以在系统崩溃或掉电等异常情况下保证文件系统的完整性和一致性。JFFS是专门为嵌入式系统的Flash设备而设计的文件系统，因此它可以更好地适应Flash设备的读写特性和嵌入式文件系统的防断电特性。
2. 可压缩。JFFS2文件系统支持系统压缩。支持JFFS2_COMPR_ZLIB，JFFS2_COMPR_RTIME和JFFS2_COMPR_LZMA压缩。
3. 更小的文件系统。JFFS采用了许多简化处理，使得它可以在Flash存储容量有限的情况下运行，因此它是一个小尺寸的文件系统。
4. JFFS2是JFFS的第二个版本，得到了Red Hat的支持，成为Red Hat嵌入式操作系统eCos的文件系统，因此它得到了广泛的应用和支持。

JFFS文件系统的劣势如下：

1. 不可拓展。由于JFFS2文件系统的设计，它不支持文件系统扩展，这可能导致文件系统的容量不足。
2. 不可加密。JFFS2不支持文件系统加密，这意味着无法保护存储在文件系统中的数据的安全性。
3. 低速度。由于JFFS2文件系统的设计，它的读写速度比其他文件系统慢得多。
4. 低效率。由于JFFS2文件系统的设计，它的空间利用率比其他文件系统低得多。
5. 不支持文件碎片整理。由于JFFS2文件系统的设计，它不支持文件碎片整理，这可能导致文件系统的性能下降。

SquashFS文件系统

SquashFS是一种只读文件系统，它的主要优点是压缩率高，因此可以节省磁盘空间。

SquashFS文件系统的优势主要有以下几点：

1. 安全稳定。SquashFS文件系统是一种只读文件系统，可以提供更好的安全性和稳定性，因为它不能被修改或损坏。
2. 可压缩。更好的压缩比。SquashFS文件系统可以在压缩方面提供更好的性能，因为它使用了LZMA算法，可以在保持压缩比的同时提高读取速度。
3. 更好的资源利用率。SquashFS文件系统可以在嵌入式系统和Live CD等资源受限的环境中使用，因为它可以在非常小的空间内存储大量数据。

SquashFS文件系统的劣势如下：

1. 不可拓展。SquashFS文件系统的大小是固定的，无法在运行时扩展。如果您需要添加更多的文件，则需要重新创建整个文件系统。

2. 不可加密。SquashFS文件系统不支持文件系统级别的加密，因此如果需要对文件进行加密，则需要使用其他工具来加密文件。

3. 只读。SquashFS是只读文件系统，因此无法修改文件或目录。这意味着，如果您需要对文件进行修改，则需要将其提取到另一个文件系统中，进行修改后再重新打包。

4. 不支持硬链接。SquashFS文件系统不支持硬链接，因为它们会破坏文件系统的只读属性。

5. 不支持动态加载。SquashFS文件系统无法动态加载，因此如果您需要在运行时加载文件，则需要将其提取到另一个文件系统中。

Ext2/Ext3/Ext4文件系统

Ext2/Ext3/Ext4文件系统的优势主要有以下几点：

1. 日志型。可靠性高。Ext2/Ext3/Ext4文件系统采用了日志式文件系统，可以在系统崩溃或掉电等异常情况下保证文件系统的完整性和一致性。支持大容量存储。Ext2/Ext3/Ext4文件系统支持大容量存储，可以支持高达1EB的存储容量。
2. 可拓展。Ext2/Ext3/Ext4文件系统支持在线扩展，可以在不停机的情况下对文件系统进行扩容。
3. 支持文件权限控制。Ext2/Ext3/Ext4文件系统支持文件权限控制，可以对文件和目录进行权限设置，保证系统的安全性。
4. 支持文件名大小写敏感。Ext2/Ext3/Ext4文件系统支持文件名大小写敏感，可以区分大小写的文件名，避免了文件名冲突的问题。

Ext2/Ext3/Ext4文件系统的劣势如下：

1. 不可加密。Ext2/Ext3/Ext4文件系统不支持文件系统级别的加密，因此如果需要对文件进行加密，则需要使用其他工具来加密文件。

2. 不可压缩。Ext2/Ext3/Ext4文件系统不支持系统压缩。这些文件系统的设计初衷是为了提供稳定可靠的文件系统，而不是为了提供高级压缩功能。

3. Ext2文件系统没有日志功能，因此在系统崩溃或断电时，可能会导致文件系统损坏或数据丢失。

4. Ext3文件系统虽然添加了日志功能，但在写入大量数据时，性能会受到影响。

5. Ext4文件系统在处理大文件时可能会出现性能问题，因为它使用了较小的块大小。

6. Ext2/Ext3/Ext4文件系统都不支持快照功能，这意味着无法轻松地备份文件系统状态。

7. Ext2/Ext3/Ext4文件系统都不支持动态inode分配，这意味着在文件系统创建时必须指定inode数量，这可能会导致inode不足或浪费。

FAT/FAT32文件系统

FAT/FAT32文件系统的优势主要有以下几点：

1. 可拓展。FAT文件系统是可拓展的。FAT32文件系统采用32位的文件分配表，可以支持大容量存储，突破了FAT16对每一个分区的容量只有2GB的限制。
2. 兼容性好。FAT/FAT32文件系统是Windows操作系统默认的文件系统，因此在Windows系统中具有很好的兼容性，可以在不同版本的Windows系统中进行读写操作。
3. 简单易用。FAT/FAT32文件系统采用简单的文件结构，易于实现和维护，同时也易于用户进行文件管理。
4. 支持移动存储设备。FAT/FAT32文件系统支持移动存储设备，如U盘、SD卡等，这些设备通常采用FAT/FAT32文件系统格式，因此可以在不同设备之间进行数据传输。
5. 具有一定的数据恢复能力。FAT/FAT32文件系统采用的是链式存储结构，即文件的数据分散存储在磁盘上，因此在文件损坏时，可以通过数据恢复软件进行恢复。

FAT/FAT32文件系统的劣势如下：

1. 非日志型。不支持日志功能，当系统崩溃时，可能会导致文件系统损坏和数据丢失。
2. 不可加密。FAT/FAT32文件系统不支持文件系统级别的加密，无法保护敏感数据。因此如果需要对文件进行加密，则需要使用其他工具来加密文件。
3. 不可压缩。FAT/FAT32文件系统不支持系统压缩。因为FAT/FAT32文件系统是一种较为简单的文件系统，它不支持文件压缩和加密等高级功能。
4. 不支持文件权限控制，所有用户都可以访问所有文件，这会导致安全问题。
5. 不支持大文件，FAT32最大支持文件大小为4GB，无法满足大文件存储需求。
6. 簇大小固定，无法灵活调整，导致磁盘空间浪费。
7. 不支持符号链接和快捷方式，无法方便地管理文件和目录。

文件系统的部分关键参数解析

日志型文件系统、非日志型文件系统

日志型文件系统和非日志型文件系统的区别在于它们处理文件系统操作的方式不同。

具体来说，日志型文件系统会记录下每一个文件系统操作，然后将这些操作写入一个日志中。这个日志会在文件系统崩溃或者出现其他故障时被用来恢复文件系统。

而非日志型文件系统则不会记录这些操作，因此在文件系统崩溃时可能会导致数据丢失或者文件系统损坏。

另外，日志型文件系统还有以下几个特点：

• 由于日志中记录了所有的文件系统操作，因此在文件系统崩溃时可以快速地恢复文件系统。
• 日志型文件系统可以保证文件系统的一致性，即使在出现故障时也能够保证文件系统的数据不会被破坏。
• 日志型文件系统的性能通常比非日志型文件系统要好，因为它可以通过将多个操作合并成一个事务来减少磁盘I/O操作的次数。

而非日志型文件系统则没有以上特点，因此在一些特定的场景下可能会更加适合使用。

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