ROMFS文件系统分析［三］ROMFS映像文件结构

   前面说了我们使用genromfs工具可以生成romfs文件系统，那其生成的映像的格式是什么？这就要探究romfs文件系统的本质了。

1.romfs映像结构

使用genromfs生成的romfs格式映像中，文件或者目录是顺序存放，每个文件头对齐在16字节边界上，基本结构如图：

   romfs映像开始16字节对应struct romfs_super_block结构体，接下来为romfs映像的卷标。上图所示情况为卷标小于16字节，如果卷标大于16字节，则顺序存放在romfs_super_block之后，并且对齐在16字节边界上。紧随卷标之后的就是第一个文件的文件头romfs_inode结构，共16字节，之后就是文件名，也是16字节对齐，然后才是文件内容。其中在每个文件的文件头中的前4字节（不包括低4位）为下一个文件头在romfs映像中的偏移。romfs正是这样将整个文件组织在一起的。下面分别看romfs_super_block和romfs_inode结构。

1.1 romfs超级块结构

在linux内核中，romfs超级块结构定义在include/linux/romfs_fs.h中，源代码为:

/* On-disk "super block" */

struct romfs_super_block {
        __be32 word0;
        __be32 word1;
        __be32 size;
        __be32 checksum;
        char name[0]; /* volume name */
};

(1)word0和word1

   word0和word1的值是固定的，分别为"-rom"和"1fs-"，是用来识别romfs文件系统的。这两个值被定义在内核中：

#define ROMSB_WORD0 __mk4('-','r','o','m')
#define ROMSB_WORD1 __mk4('1','f','s','-')

(2)size域

size域表示romfs映像可访问的大小。也就是最后一个文件的结束位置（以16字节对齐），比如：

niutao@niutao:~/romfs$ ls -l romtest
total 4
-rw-r--r-- 1 niutao niutao 44 2009-04-08 20:15 len.c
niutao@niutao:~/romfs$ genromfs -f rom.img -d romtest/ -v -V niutao
0 niutao [0xffffffff, 0xffffffff] 37777777777, sz 0, at 0x0
1 . [0x80e , 0x18aada ] 0040755, sz 0, at 0x20
1 .. [0x80e , 0x18aac6 ] 0040755, sz 0, at 0x40 [link to 0x20 ]
1 len.c [0x80e , 0x18aadb ] 0100644, sz 44, at 0x60
niutao@niutao:~/romfs$

对于上面生成的rom.img映像，在rom.img内最后一个文件为len.c，其文件头偏移为0x60，文件名为len.c（小于16字节），文件大小为44字节，由此我们可以计算出该rom.img可访问的大小为：
size = (0x60 + 16 + 16 + 44 ) / 0x10  * 0x10 + 0x10 = 0xb0
第一个16表示文件头（struct romfs_inode结构）的大小，第二个16表示文件名占用的长度。下面我们使用file命令验证计算是否正确：

niutao@niutao:~/romfs$ file rom.img
rom: romfs filesystem, version 1 176 bytes, named niutao.
niutao@niutao:~/romfs$

可以看到文件可访问大小正是b0字节（176 bytes）。当然最好还是直接查看romf.img超级结构中size的值（位于rom.img偏移0x8处）：

可以看到其值正是0x000000b0。
    从size的定义我们可以看到，其为__be32(unsigned int)，所以理论支持的romfs映像最大为4G

(3)checksum域

   接下来是checksum域。该域是用于校验文件的。使用的算法为checksum算法。简单的说就是一种数据校验方式，早期用于数据传输中对数据正确性的校验，其基本思想是将要校验的数据加起来作为校验码，和数据一并发送给对方，在对方接收完数据后，将接收到的数据加起来和传输过来的校验码比较，如果相等，则说明数据是正确的，否则说明传输错误。可见这种校验方式是及其简单的。那么在romfs中是如何使用的呢？
   在romfs中，使用checksum算法校验的数据最大为512字节，这一点可以从romfs_fill_super函数的这段代码看出：

if (romfs_checksum(rsb, min_t(int, sz, 512))) {
       printk ("romfs: bad initial checksum on dev "
                      "%s.\n", s->s_id);
       goto out;
}

比如我们现在要对romfs_super_block校验，是将该结构的所有数据每四字节转化成整形，然后加起来，看其是否为0。如果为0，则说明数据正确，否则则发生了错误。那怎样保证该结构的所有数据加起来就是0呢？这个就是通过checksum域调整的。我们知道要生成romfs映像，则需使用genromfs工具。该工具在生成romfs映像的时候，就计算好的了校验和。假如我们现在是要对romfs_super_block生成校验码（checksum域的值），我们首先将该结构的这一项设置为0，然后使用checksum算法将要校验的数据（romfs_super_block结构）加起来，取其负数，赋值给checksum域。这样再使用checksum算法将romfs_super_block结构的数据加起来，则结果必然为0。
    具体计算过程可以参见genromfs源码的romfs_checksum函数和fixsum函数。这里还要说明的一点是，对于romfs映像头（romfs_super_block），其校验和是针对前512字节的（如果romfs可访问的大小没有512字节(romfs_super_block->size < 512)），则只校验可访问大小。对于文件头（romfs_inode），其校验和(romfs_inode->checksum)是针对文件头和文件名的校验和。

(4)name域

   接下来的name域被定义为char name[0]，如果我们使用sizeof(struct romfs_super_block)，会发现name域不占空间，这样写的好处是我们可以直接使用romfs_super_block->name来访问volume。但我们为什么不直接将volume也作为romfs_super_block的一个域呢？一个原因是volume是一个长度不固定的域，你可以给他任意长度，如果放在romfs_super_block中，则势必要对volume有一个限制，这样就限制了整个文件系统的灵活性。另一个原因是由前一个原因直接导致的，也就是如果将其作为romfs_super_block的一个域，其势必会有固定长度，这样在volume很短的使用，就造成了空间的浪费.