嵌入式linux文件系统与根文件系统

挂载：把一个分区和一个目录联系起来就是挂载

文件系统：在上组织文件的方法。有时候，文件系统种类也简称为文件系统。

linux支持多种文件系统，包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、romfs和nfs等，为了对各类文件系统进行统一管理，Linux引入了虚拟文件系统VFS(Virtual File System)，为各类文件系统提供一个统一的操作界面和应用编程接口。

Linux启动时，第一个必须挂载的是根文件系统；若系统不能从指定设备上挂载根文件系统，则系统会出错而退出启动。之后可以自动或手动挂载其他的文件系统。因此，一个系统中可以同时存在不同的文件系统。

　    不同的文件系统类型有不同的特点，因而根据存储设备的硬件特性、系统需求等有不同的应用场合。
        在嵌入式Linux应用中，主要的存储设备为RAM(DRAM, SDRAM)和ROM(常采用FLASH存储器)，常用的基于存储设备的文件系统类型包括：jffs2, yaffs, cramfs, romfs, ramdisk, ramfs/tmpfs等。

1. 基于FLASH的文件系统

　　Flash(闪存)作为嵌入式系统的主要存储媒介，有其自身的特性。一般情况下，向Flash写入内容时，需要先擦除对应的存储区间，这种擦除是以块(block)为单位进行的。

　　闪存主要有NOR和NAND两种技术。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。因此，必须针对Flash的硬件特性设计符合应用要求的文件系统；传统的文件系统如ext2等，用作Flash的文件系统会有诸多弊端。
　　在嵌入式Linux下，MTD(Memory Technology 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驱动层的。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。
　　顺便一提，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。
　　(1) jffs2
        JFFS2也可以用在Linux, uCLinux中。
　　Jffs2: 日志闪存文件系统版本2 (Journalling Flash FileSystem v2)
　　主要用于NOR型闪存，基于MTD驱动层，特点是：可读写的、支持数据压缩的、基于哈希表的日志型文件系统，并提供了崩溃/掉电安全保护，提供“写平衡”支持等。缺点主要是当文件系统已满或接近满时，因为垃圾收集的关系而使jffs2的运行速度大大放慢。
　　jffs不适合用于NAND闪存。

　　 (2) yaffs：Yet Another Flash File System
　　yaffs/yaffs2是专为嵌入式系统使用NAND型闪存而设计的一种日志型文件系统。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。另外，它还是跨平台的文件系统，除了Linux和eCos，还支持WinCE, pSOS和ThreadX等。
　　yaffs/yaffs2自带NAND芯片的驱动，并且为嵌入式系统提供了直接访问文件系统的API，用户可以不使用Linux中的MTD与VFS，直接对文件系统操作。当然，yaffs也可与MTD驱动程序配合使用。
　　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。

　　(3) Cramfs：Compressed ROM File System
　　Cramfs是Linux的创始人 Linus Torvalds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。并且，Cramfs在嵌入式系统中应用广泛。
　　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最流行的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。

　　2. 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Linus Torvalds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。

　　3. 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-based file 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 or pseudo 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。


根文件系统
        根文件系统首先是一种文件系统，该文件系统不仅具有普通文件系统的存储数据文件的功能，但是相对于普通的文件系统，它的特殊之处在于，它是启动时所挂载（mount）的第一个文件系统，内核代码的保存在根文件系统中，系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些初始化脚本（如rcS,inittab）和服务加载到内存中去运行。我们要明白文件系统和是完全独立的两个部分。在中移植的下载到上，是没有办法真正的启动Linux操作系统的，会出现无法加载文件系统的错误。
        根文件系统之所以在前面加一个”根“，说明它是加载其它文件系统的”根“，既然是根的话，那么如果没有这个根，其它的文件系统也就没有办法进行加载的。它包含系统引导和使其他文件系统得以挂载（mount）所必要的文件。根文件系统包括Linux启动时所必须的目录和关键性的文件，例如Linux启动时都需要有init目录下的相关文件，在 Linux挂载分区时Linux一定会找/etc/fstab这个挂载文件等，根文件系统中还包括了许多的应用程序bin目录等，任何包括这些Linux 系统启动所必须的文件都可以成为根文件系统。
        在 Linux 中将一个文件系统与一个存储设备关联起来的过程称为挂载（mount）。使用 mount 命令将一个文件系统附着到当前文件系统层次结构中（根）。在执行挂装时，要提供文件系统类型、文件系统和一个挂装点。根文件系统被挂载到根目录下“/”上后，在根目录下就有根文件系统的各个目录，文件：/bin /sbin /mnt等，再将其他分区挂接到/mnt目录上，/mnt目录下就有这个分区的各个目录，文件。
        为了对各文件系统统一管理，提出了虚拟文件系统（VFS），它为各文件系统提供一个统一的应用程序编程接口（API）。

根文件系统的目录如下：
1. /bin目录 
/ b i n目录包含了引导启动所需的命令或普通用户可能用的命令(可能在引导启动后)。这些命令都是二进制文件的可执行程序( b i n是b i n a r y - -二进制的简称)，多是系统中重要的系统文件。 
2. /sbin目录 
/ s b i n目录类似/bin ，也用于存储二进制文件。因为其中的大部分文件多是系统管理员使用的基本的系统程序。
3. /etc目录 
/ e t c目录存放着各种系统配置文件，其中包括了用户信息文件/ e t c / p a s s w d，系统初始化文件/ e t c / r c等。l i n u x正是*这些文件才得以正常地运行。 
4. /root目录 
/root 目录是超级用户的目录。 
5. /lib目录 
/ l i b目录是根文件系统上的程序所需的共享库，存放了根文件系统程序运行所需的共享文件。这些文件包含了可被许多程序共享的代码，以避免每个程序都包含有相同的子程序的副 本，故可以使得可执行文件变得更小，节省空间。 
6. /lib/modules 目录 
/lib/modules 目录包含系统核心可加载各种模块，尤其是那些在恢复损坏的系统时重新引 
导系统所需的模块(例如网络和文件系统驱动)。 
7. /dev目录 
/ d e v目录存放了设备文件，即设备驱动程序，用户通过这些文件访问外部设备。比如，用 户可以通过访问/ d e v / m o u s e来访问鼠标的输入，就像访问其他文件一样。 
8. /tmp目录 
/tmp 目录存放程序在运行时产生的信息和数据。但在引导启动后，运行的程序最好使用 / v a r / t m p来代替/tmp ，因为前者可能拥有一个更大的磁盘空间。 
9. /boot目录 
/ b o o t目录存放引导加载器(bootstrap loader)使用的文件，如l i l o，核心映像也经常放在这里， 而不是放在根目录中。但是如果有许多核心映像，这个目录就可能变得很大，这时使用单独的 文件系统会更好一些。还有一点要注意的是，要确保核心映像必须在i d e硬盘的前1 0 2 4柱面内。 
10. /mnt目录 
/ m n t目录是系统管理员临时安装( m o u n t )文件系统的安装点。程序并不自动支持安装到 /mnt 。/mnt 下面可以分为许多子目录，例如/mnt/dosa 可能是使用m s d o s文件系统的软驱， 而/mnt/exta 可能是使用e x t 2文件系统的软驱，/mnt/cdrom 光驱等等。 
11. /proc, /usr,/var,/home目录 ：其他文件系统的安装点。