第7章 系統(tǒng)(初稿).pptx

1、第7章 文件系統(tǒng),提綱,1、嵌入式文件系統(tǒng)介紹 2、嵌入式Linux文件系統(tǒng)框架 3、JFFS2嵌入式文件系統(tǒng) 4、根文件系統(tǒng),1、嵌入式文件系統(tǒng)介紹,文件系統(tǒng)是文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或組織方法，是操作系統(tǒng)中最直觀的部分，用戶通過文件直接地和操作系統(tǒng)交互。操作系統(tǒng)需要為計(jì)算機(jī)提供數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能，這些數(shù)據(jù)也是通過文件系統(tǒng)直觀地存儲(chǔ)在介質(zhì)上，操作系統(tǒng)則按照自己的數(shù)據(jù)格式管理這些文件。,嵌入式文件系統(tǒng)介紹,嵌入式文件系統(tǒng)就是在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用的文件系統(tǒng)。嵌入式文件系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，隨著嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)備的廣泛應(yīng)用和價(jià)格的不斷降低以及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，嵌入式文件系統(tǒng)的重

2、要性顯得更加突出。,嵌入式文件系統(tǒng)介紹,嵌入式操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo) （1）使用簡單方便 （2）安全可靠 （3）實(shí)時(shí)響應(yīng) （4）接口標(biāo)注的開放性和可移植性 （5）可伸縮性和可配置性 （6）開放的體系結(jié)構(gòu) （7）資源有效性 （8）功能完整性 （9）熱插拔 （10）支持多種文件類型,嵌入式文件系統(tǒng)介紹,一些流行的嵌入式文件系統(tǒng) 國外的流行嵌入式操作系統(tǒng)產(chǎn)品基本上都有成熟的文件系統(tǒng)，以下是除了Linux以外幾個(gè)主流的嵌入式操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)組件的概況 QNX VxWorks,嵌入式文件系統(tǒng)介紹,Linux文件系統(tǒng)簡介 Linux初期形成的文件系統(tǒng)有ext、ext2、xia、VFAT、Minix

3、、msdos、umsdos、proc、smb、ncp、iso9660、sysv、HPFS、AFFS和UFS等15種 現(xiàn)今Linux常用的文件系統(tǒng)包括Linux基本文件系統(tǒng)ext（extended file system）和DOS文件系統(tǒng)msdos、 Window文件系統(tǒng)VFAT和CD-ROM文件系統(tǒng)iso9660,嵌入式文件系統(tǒng)介紹,Linux初期的基本文件系統(tǒng)是Minix 1992年開發(fā)了Linux專用的文件系統(tǒng)ext（Extended File System） 1993年增加了ext2（Extended File System 2） 存儲(chǔ)文件系統(tǒng)的設(shè)備為block設(shè)備（block devi

4、ce）,2、嵌入式Linux文件系統(tǒng)框架,現(xiàn)代操作系統(tǒng)都提供多種訪問存儲(chǔ)設(shè)備的方法,嵌入式Linux文件系統(tǒng)框架,設(shè)備驅(qū)動(dòng)提供用戶空間設(shè)備API去直接控制硬件設(shè)備 用戶的進(jìn)程就可以繞過操作系統(tǒng)而直接讀寫磁盤上的內(nèi)容 操作系統(tǒng)難以保證自身數(shù)據(jù)的完整性，其數(shù)據(jù)區(qū)中的內(nèi)容很有可能會(huì)被用戶空間的程序覆蓋，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性也大大地降低,嵌入式Linux文件系統(tǒng)框架,大部分操作系統(tǒng)都是由文件管理器來使用設(shè)備API，而對(duì)上層用戶空間的應(yīng)用程序提供文件API 在特殊的環(huán)境下才允許用戶通過設(shè)備API訪問硬件設(shè)備,嵌入式Linux文件系統(tǒng)框架,在Unix操作系統(tǒng)中，磁盤上的文件大致是按照樹的形式來組織 系統(tǒng)中通過

5、連接將“樹”上的“葉子”連接到其他的“葉子”或者“分支處”,嵌入式Linux文件系統(tǒng)框架,Linux文件系統(tǒng)的組織框架有兩條獨(dú)立控制設(shè)備驅(qū)動(dòng)的途徑通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)的接口，另一條是通過文件管理器接口。 在Unix系統(tǒng)或在Linux系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)的接口API都是從文件管理器API中繼承下來的，所以這些設(shè)備API都有open()、close()、read()、write()、lseek()和ioctl()等與文件API類似的接口。,嵌入式Linux文件系統(tǒng)框架,嵌入式Linux中三種常用的塊驅(qū)動(dòng)程序 （1）Blkmem驅(qū)動(dòng)層 （2）RamDisk驅(qū)動(dòng)層 （3）MTD驅(qū)動(dòng)層,3、JFFS2嵌入式文件系統(tǒng)

6、,JFFS2是RedHat公司基于JFFS開發(fā)的閃存文件系統(tǒng) JFFS2克服了JFFS中的以下缺點(diǎn)： （1）使用了基于哈希表的日志節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，大大加快了對(duì)節(jié)點(diǎn)的操作速度。 （2）支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮。 （3）提供了“寫平衡”支持。 （4）支持多種節(jié)點(diǎn)類型（數(shù)據(jù)I節(jié)點(diǎn)，目錄I節(jié)點(diǎn)等）。 （5）提高了對(duì)閃存的利用率，降低了內(nèi)存的消耗。,JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),JFFS2 是一個(gè)日志結(jié)構(gòu)（log-structured）的文件系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)（meta-data)的節(jié)點(diǎn)在閃存上順序的存儲(chǔ) JFFS2中定義了多種節(jié)點(diǎn)，但是每種節(jié)點(diǎn)都包含下面的信息：,JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),JFFS2將文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和元

7、數(shù)據(jù)以節(jié)點(diǎn)的形式存儲(chǔ)在閃存上。 JFFS2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)存表示,JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),magic的最左邊兩位用來表示節(jié)點(diǎn)類型，作為對(duì)nodetype的補(bǔ)充，表示的類型包括： （1）JFFS2_FEATURE_INCOMPAT （2）JFFS2_FEATURE_ROCOMPAT （3）JFFS2_FEATURE-RWCOMPAT_DELETE （4）JFFS2_FEATURE_RWCOMPAT_COPY：,JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),JFFS2 定義了三種節(jié)點(diǎn)類型 （1）JFFS2_NODETYPE_INODE （2）JFFS2_NODETYPE_DIRENT （3）JFFS2_NODETYPE_

8、CLEANMARKER,JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),目錄節(jié)點(diǎn)的定義,JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn),JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),可靠性支持 如果在對(duì)閃存進(jìn)行擦寫操作的時(shí)候突然掉電，可能會(huì)出現(xiàn)有部分?jǐn)?shù)據(jù)沒有被擦寫干凈的情況。為了解決這個(gè)問題，JFFS2對(duì)塊操作的時(shí)候，如果操作成功，會(huì)在塊的開始做上標(biāo)記，通過這個(gè)標(biāo)記表明塊內(nèi)的數(shù)據(jù)處于一致狀態(tài)。,JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),內(nèi)存使用 JFFS2中I節(jié)點(diǎn)的信息并沒有全部存放在內(nèi)存里面。mount操作時(shí)，會(huì)為節(jié)點(diǎn)建立映射表，但是這個(gè)映射表并不全部存放在內(nèi)存里面，存放在內(nèi)存中的節(jié)點(diǎn)信息是一個(gè)縮小尺寸的jffs2_raw_inode結(jié)構(gòu)體jffs2_raw_

9、node_ref,JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),jffs2_raw_node_ref,JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),Jffs2_raw_node_ref信息在內(nèi)存中通過jffs2_inode_cache結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理,JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),內(nèi)存中jffs2_inode_cache和jffs2_raw_node_ref的關(guān)系如圖所示,JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),JFFS2使用了多個(gè)級(jí)別的待回收塊隊(duì)列。垃圾收集有這樣幾步： （1）先看bad_used_list鏈表中是否有節(jié)點(diǎn)，如果有，先回收這個(gè)鏈表的節(jié)點(diǎn)，因?yàn)檫@個(gè)鏈表中的節(jié)點(diǎn)由于閃存的物理原因很快要失效了。 （2）做完了bad_used_list鏈表的回

10、收，然后回收dirty_list鏈表。,JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),寫平衡 寫平衡策略是在垃圾收集中實(shí)現(xiàn)的，垃圾收集的時(shí)候會(huì)讀取系統(tǒng)時(shí)間，使用這個(gè)系統(tǒng)時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)。利用這個(gè)偽隨機(jī)數(shù)結(jié)合不同的待回收鏈表選擇要進(jìn)行回收的鏈表。使用了這個(gè)平衡策略以后能提供較好的寫平衡效果。,JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),JFFS2的不足之處 （1）掛載時(shí)間過長 （2）磨損平衡的隨意性 （3）很差的擴(kuò)展性,JFFS2嵌入式文件系統(tǒng),JFFS3簡介 JFFS3的設(shè)計(jì)目標(biāo)是支持大容量閃存（1TB）的文件系統(tǒng)。JFFS3與JFFS2在設(shè)計(jì)上根本的區(qū)別在于，JFFS3將索引信息存放在閃存上，而 JFFS2將索引信息保存在內(nèi)存中。,4、根文件系統(tǒng),Linux啟動(dòng)時(shí)，第一個(gè)必須掛載的是根文件系統(tǒng)；若系統(tǒng)不能從指定設(shè)備上掛載根文件系統(tǒng)，則系統(tǒng)會(huì)出錯(cuò)而退出啟動(dòng)。之后可以自動(dòng)或手動(dòng)掛載其他的文件系統(tǒng)。因此，一個(gè)系統(tǒng)中可以同時(shí)存在不同的文件系統(tǒng)。,根文件系統(tǒng),什么是根文件系統(tǒng) 系統(tǒng)掛載的第一個(gè)文件系統(tǒng) 本質(zhì)來說，根文件系統(tǒng)就是一種目錄結(jié)構(gòu) 根文件系統(tǒng)和普通的文件系統(tǒng)的區(qū)別在于，根文件系統(tǒng)要包括Linux啟動(dòng)時(shí)所必需的目錄和關(guān)鍵性的文件,根文件系統(tǒng),根文件系統(tǒng)頂層目錄,根文件系統(tǒng),建立JFFS2根文件系統(tǒng) J