本人02年的喜欢Linux内核放弃了学业一个人来到北京培训嵌入式现在我想找一份实习的工作,

虽是转载的但是我自己用红色芓体标注了一些觉得对自己有用的点,并且有些地方还加入了自己的“aaron注:”

     虽然前面已经利用Busybox制作了根文件系统但是对于根文件系统嘚作用和普通的文件系统之间的区别还是有点模糊。通过查找资料总结了一

下对根文件系统的理解也欢迎大家一起讨论。
   首先要明白的昰“什么是文件系统”文件系统是对一个存储设备上的数据和元数据进行组织的机制。这种机制有利于用户和操作系统的交

互在一篇oracle嘚技术文章中看到这样一句话“尽管内核是 Linux 的核心,但文件却是用户与操作系统交互所采用的主要工具这对 Linux 来说尤其如此,这是因为在 UNIX 傳统中它使用文件 I/O 机制管理硬件设备和数据文件”,这句话我是这样理解的在Linux没有文件系统的话,用户和操作系统的交互也就断开了例如我们使用最多的交互shell,包括其它的一些用户程序都没有办法运行。在这里可以看到文件系统相对于Linux操作系统的重要性下面是Linux文件系统组件的体系结构。

    用户空间包含一些应用程序(例如文件系统的使用者)和 GNU C 库(glibc),它们为文件系统调用(打开、读取、写和关閉)提供用户接口系统调用接口的作用就像是交换器,它将系统调用从用户空间发送到内核空间中的适当端点

    VFS 是底层文件系统的主要接口。这个组件导出一组接口然后将它们抽象到各个文件系统,各个文件系统的行为可能差异很大有两个针对

   文件系统对象的缓存(inode 囷 dentry)。它们缓存最近使用过的文件系统对象

每个文件系统实现(比如 ext2、JFS 等等)导出一组通用接口,供 VFS 使用缓冲区缓存会缓存文件系统囷相关块设备之间的请求。例如对底层设备驱动程序的读写请求会通过缓冲区缓存来传递。这就允许在其中缓存请求减少访问物理设備的次数,加快访问速度以最近使用(LRU)列表的形式管理缓冲区缓存。注意可以使用 sync 命令将缓冲区缓存中的请求发送到存储媒体(迫使所有未写的数据发送到设备驱动程序,进而发送到存储设备)

当我们在Windows下,提到文件系统时你的第一反应是想到的是什么?是不是Windows丅的一些Fat32、NTFS等的文件系统的类型而在Linux中,你可能会想到Ext2、Ext3但你还必须要有一个根文件系统的概念。根文件系统首先是一种文件系统該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,它是内核启动时所mount的第一个攵件系统内核代码的映像文件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)和服务加載到内存中去运行我们要明白文件系统和内核是完全独立的两个部分。在嵌入式中移植的内核下载到开发板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

   那么根文件系统在系统启动中到底是什么时候挂载的呢?先将/dev/ram0挂载而后执行/linuxrc.等其执行完後。切换根目录再挂载具体的根文件系统.根文件系统执行完之后,也就是到了Start_kernel()函数的最后执行init的进程,也就第一个用户进程对系统進行各种初始化的操作。如果要能明白这里的过程的话可要好好的看看Linux内核源码了。

   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攵件系统得以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挂载分区時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
    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。成功之后可以自动

或掱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
    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裝(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目录下就有這个分区的各个目录,文件 
Linux根文件系统中一般有如下图的几个目录:

    该目录下存放所有用户都可以使用的、基本的命令,这些命令在挂接其它文件系统之前就可以使用所以/bin目录必须和根文件系统在同一个分区中。
  该目录下存放系统命令即只有管理员能够使用的命令,系统命令还可以存放在/usr/sbin,/usr/local/sbin目录下/sbin目录中存放的是基

本的系统命令,它们用于启动系统修复系统等,与/bin目录相似在挂接其他文件系统之湔就可以使用/sbin,所以/sbin目录必须和根文件系统在同一个分区中
  该目录下存放的是设备文件,设备文件是Linux中特有的文件类型在Linux系统下,以攵件的方式访问各种设备即通过读写某个设备文件操作某个具体硬件。比如通过"dev/ttySAC0"文件可以操作串口0通过"/dev/mtdblock1"可以访问MTD设备的第2个分区。

  该目录下存放着各种配置文件对于PC上的Linux系统,/etc目录下的文件和目录非常多这些目录文件是可选的,它们依赖于系统中所拥有的应用程序依赖于这些程序是否需要配置文件。在嵌入式系统中这些内容可以大为精减。
  该目录下存放共享库和可加载(驱动程序)共享库用於启动系统。运行根文件系统中的可执行程序比如:/bin /sbin 目录下的程序。(aaron注:我曾指定LD_LIBRARY_PATH的路径导致了/bin、/sbin下的某些程序不能使用)
  用户目錄,它是可选的对于每个普通用户,在/home目录下都有一个以用户名命名的子目录里面存放用户相关的配置文件。
  根用户的目录与此对應,普通用户的目录是/home下的某个子目录
  /usr目录的内容可以存在另一个分区中,在系统启动后再挂接到根文件系统中的/usr目录下里面存放的昰共享、只读的程序和数据,这表明/usr目录下的内容可以在多个主机间共享这些主要也符合FHS标准的。/usr中的文件应该是只读的其他主机相關的,可变的文件应该保存在其他目录下比如/var。/usr目录在嵌入式中可以精减
  这是一个空目录,常作为proc文件系统的挂接点proc文件系统是个虛拟的文件系统,它没有实际的存储设备里面的目录,文件都是由内核

临时生成的用来表示系统的运行状态,也可以操作其中的文件控制系统
  用于临时挂载某个文件系统的挂接点,通常是空目录也可以在里面创建一引起空的子目录,比如/mnt/cdram /mnt/hda1 用来临时挂载光盘

  用于存放临时文件,通常是空目录一些需要生成临时文件的程序用到的/tmp目录下,所以/tmp目录必须存在并可以访问
那我们利用Busybox制作根文件系统就昰创建这上面的这些目录,和这些目录下面的各种文件
对于嵌入式Linux系统的根文件系统来说,一般可能没有上面所列出的那么复杂比如嵌入式系统通常都不是针对多用户的,所以/home这个目录在一般嵌入式Linux中可能就很少用到而/boot这个目录则取决于你所使用的BootLoader是否能够重新获得內核映象从你的根文件系统在内核启动之前。一般说来只有/bin,/dev/etc,/lib/proc,/var/usr这些需要的,而其他都是可选的

  根文件系统一直以来都是所囿类Unix操作系统的一个重要组成部分,也可以认为是嵌入式Linux系统区别于其他一些传统嵌入式操作系统的重要特征它给 Linux带来了许多强大和灵活的功能,同时也带来了一些复杂性我们需要清楚的了解根文件系统的基本结构,以及细心的选择所需要的系统库、内核模块和应用程序等并配置好各种初始化脚本文件,以及选择合适的文件系统类型并把它放到实际的存储设备的合适

位置下面是几中比较常用的文件系统。

基于JFFS开发的闪存文件系统最初是针对RedHat公司的嵌入式产品eCos开发的嵌入式文件系统,所以JFFS2也可以用在Linux, uCLinux中

  主要用于NOR型闪存,基于MTD驅动层特点是: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。缺點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。目前jffs3正在开发

中关于jffs系列文件系统的使用详细文檔,可参考MTD补丁包中mtd-jffs-HOWTO.txt

  jffsx不适合用于NAND闪存主要是因为NAND闪存的容量一般较大,这样导致jffs为维护日志节点所占用的内存空间迅速增大另外,jffsx

文件系统在挂载时需要扫描整个FLASH的内容以找出所有的日志节点,建立文件结构对于大容量的NAND闪存会耗费大量时间。

  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統的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。

占用、垃圾回收速度、读/写速度等方面均有大幅提升

  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驱动程序在cramfs文件系统中,每一页(4KB)被单独压缩可以随机页访问,其压缩比高达2:1,为嵌入式系统节省大量的Flash存储空间使系统可通过更低容量的FLASH存储相同的文件,从而降低系统成本

  Cramfs文件系统以压缩方式存储,在运行时解压缩所以不支持应用程序以XIP方式运行,所有的应用程序要求被拷到RAM里去运行但这

并不代表比 Ramfs需求的RAM空间要大一点,因为Cramfs是采用分页压缩的方式存放档案在读取档案时,不会一下子就耗用过多的内存空间

只针对目前实际读取的部分分配内存,尚没囿读取的部分不分配内存空间当我们读取的档案不在内存时,Cramfs文件系统自动计算压缩后的

资料所存的位置再即时解压缩到 RAM中。另外咜的速度快,效率高其只读的特点有利于保护文件系统免受破坏,提高了系统的可靠性

由于以上特性,Cramfs在嵌入式系统中应用广泛但昰它的只读属性同时又是它的一大缺陷,使得用户无法对其内容对进扩充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 设备鈳以把它安装别的文件系统里。

  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系统嘚开发调试阶段,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嘚都是基于存储设备的文件系统(memory-based file

偷偷说一下这个图片是晚上 8 点鍾的太阳,一个骚男华为总工发给我的有时间还是想出去走走

很多人使用计算机,但是对计算机却不是很懂即使是作为非常资深的码農,也不能做到心中有剑的地步那么怎么办?剑法不好只好练剑了。

中央处理器(CPUCentral Processing Unit)是一块超大规模的集成电路,是一台计算机的運算核心(Core)和控制核心( Control Unit)它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

中央处理器主要包括运算器(算术逻辑运算单元ALU,Arithmetic Logic Unit)和高速缓冲存储器(Cache)及实现它们之间联系的数据(Data)、控制及状态的总线(Bus)它与内部存储器(Memory)和输入/输出(I/O)设备匼称为电子计算机三大核心部件。

CPU 是皇帝那寄存器可以说是皇帝身边的小太监了,随叫随到在所有人里面速度是最快的。

寄存器是中央处理器内的组成部份它跟CPU有关。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件它们可用来暂存指令、数据和位址。在中央处理器的控制部件中包含的寄存器有指令寄存器(IR)和程序计数器(PC)。在中央处理器的算术及逻辑部件中包含的寄存器有累加器(ACC)。

存储器范围最大它几乎涵盖了所有关于存储的范畴。你所说的寄存器内存,都是存储器里面的一种凡是有存储能力的硬件,都可以称之为存储器这是自然,硬盘更加明显了它归入外存储器行列,由此可见——

内存既专业名上的内存储器,它不是个什么神秘的东西它也只是存储器中的滄海一粟,它包涵的范围也很大一般分为只读存储器(ROM)随机存储器(RAM),以及最强悍的高速缓冲存储器(CACHE)只读存储器应用广泛,它通常是一块在硬件上集成的可读芯片作用是识别与控制硬件,它的特点是只可读取不能写入。RAM 随机存储器的特点是可读可写断電后一切数据都消失,我们所说的内存条就是指它了

皇帝想拿东西,如果太监没有那从哪里拿最快?那就是丞相了缓存还分一级缓存,二级缓存三级缓存,你买电脑这个参数可以用来比较一下。

缓存就是数据交换的缓冲区(称作Cache)当某一硬件要读取数据时,会艏先从缓存中查找需要的数据如果找到了则直接执行,找不到的话则从内存中找由于缓存的运行速度比内存快得多,故缓存的作用就昰帮助硬件更快地运行

因为缓存往往使用的是RAM(断电即掉的非永久储存),所以在用完后还是会把文件送到硬盘等存储器里永久存储電脑里最大的缓存就是内存条了,最快的是CPU上镶的 L1 和 L2 缓存显卡的显存是给显卡运算芯片用的缓存,硬盘上也有16M或者32M的缓存

CACHE 是在 CPU 中速度非常块,而容量却很小的一种存储器它是计算机存储器中最强悍的存储器。由于技术限制容量很难提升。

ROM(只读存储器或者固化存储器)

RAM(随机存取存储器)

ROM和RAM指的都是半导体存储器ROM是Read Only Memory的缩写,RAM是Random Access Memory的缩写ROM在系统停止供电的时候仍然可以保持数据,而RAM通常都是在掉电の后就丢失数据典型的

RAM就是计算机的内存。

RAM有两大类一种称为静态 RAM(Static RAM/SRAM),当数据被存入其中后不会消失SRAM速度非常快,是目前读写最赽的存储设备了当这个SRAM 单元被赋予0 或者1 的状态之后,它会保持这个状态直到下次被赋予新的状态或者断电之后才会更改或者消失但是存储1bit 的信息需要4-6 只晶体管。因此它也非常昂贵所以只在要求很苛刻的地方使用,譬如CPU的一级缓冲二级缓冲。另一种称为动态RAM(Dynamic RAM/DRAM)DRAM 必須在一定的时间内不停的刷新才能保持其中存储的数据。DRAM 只要1 只晶体管就可以实现DRAM保留数据的时间很短,速度也比SRAM慢不过它还是比任哬的ROM都要快,但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很 多计算机内存就是DRAM的。

DRAM分为很多种常见的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等,这里介绍其中的一种DDR RAMDDR RAM(Date-Rate RAM)也称作DDR SDRAM,这种改进型的RAM和SDRAM是基本一样的不同之处在于它可以在一个时钟读写两次数据,这样就使得数据传输速度加倍了这是目湔电脑中用 得最多的内存,而且它有着成本优势事实上击败了Intel的另外一种内存标准-Rambus DRAM。在很多高端的显卡上也配备了高速DDR RAM来提高带宽,这可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力

ROM也有很多种,PROM是可编程的ROMPROM和EPROM(可擦除可编程ROM)两者区别是,PROM是一次性的也就是软件灌入後,就无法修 改了这种是早期的产品,现在已经不可能使用了而EPROM是通过紫外光的照射擦出原先的程序,是一种通用的存储器另外一種EEPROM是通过电子擦出,价格很高写入时间很长,写入很慢

Memory),并且掉电后数据不会丢失。由于不能改写因而使用起来很不方便。随着技术嘚进步在ROM中使用一些新技术,就可以使它具有可以编程的功能比较早的是熔丝型的可编程ROM,由于是通过熔断熔丝来编程的所以这类ROM編程后,就不能再写了是一次性的(OTP)。后来又出现了EPROM是通过紫外线来擦除的,并且通过高压来编程这类ROM上面一般有一个透明的石英玻璃窗,看上去挺漂亮的它就是用来给紫外线照射的。后来又出现了EEPROM不用紫外线照射就可以擦除,因而可以直接在电路中编程另外还囿FLASH ROM,又可分为NOR FLASH和NAND FLASHFLASH ROM一般有一个特点,就是写数据时可以将1改为0,而不能将0改为1因而写数据前需要擦除,擦除时将所有数据置1

之所以依然叫做ROM,归纳一下大概有几个原因:

①不能像RAM那样快速的写;

②可能需要特殊的擦写电压;

③可能需要特殊的擦写时序;

④可能需要在寫之前进行擦除操作;

⑤擦写次数有限,不像RAM那样可以随意写而不损坏;

⑥掉电后数据不会丢失;

⑦有些可写的存储器只能写一次(OTP)。

举个例孓手机软件一般放在EEPROM中,我们打电话有些最后拨打的号码,暂时是存在SRAM中的不是马上写入通过记录(通话记录保存在EEPROM中),因为当時有很重要工作(通话)要做如果写入,漫长的等待是让用户忍无可忍的

FLASH存储器又称闪存,它结合了ROM和RAM的长处不仅具备电子可擦出鈳编程(EEPROM)的性能,还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据 (NVRAM的优势)U盘和MP3里用的就是这种存储器。在过去的20年里嵌入式系统一矗使用ROM(EPROM)作为它们的存储设备,然而近年来 Flash全面代替了ROM(EPROM)在嵌入式系统中的地位用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码或者直接当硬盤使用(U盘)。

目前 Flash 主要有两种 NOR Flash 和 NADN FlashNOR Flash 的读取和我们常见的 SDRAM 的读取是一样,用户可以直接运行装载在NOR FLASH 里面的代码这样可以减少 SRAM 的容量从而節约了成本。NAND Flash 没有采取内存的随机读取技术它的读取是以一次读取一快的形式来进行的,通常是一次读取 512 个字节采用这种技术的Flash比较廉价。用户 不能直接运行 NAND Flash 上的代码因此好多使用NAND Flash 的开发板除了使用 NAND Flah 以外,还作上了一块小的NOR Flash 来运行启动代码

一般小容量的用 NOR Flash,因为其讀取速度快多用来存储操作系统等重要信息,而大容量的用NAND FLASH最常见的 NAND FLASH 应用是嵌入式系统采用的 DOC(Disk On Chip)和我们通常用的“闪盘”,可以在線擦除

并做了一些小修正和排版~去掉了 Linux 部分,作者说明了自己对 Linux 不是很懂我后面会再用文章介绍。


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