《基于ARM9的嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)原理與實踐》課件第9章

第9章嵌入式Linux根文件系統(tǒng)9.1文件系統(tǒng)9.2Linux文件系統(tǒng)9.3嵌入式閃存文件系統(tǒng)9.4構(gòu)建嵌入式Linux根文件系統(tǒng)原理9.5構(gòu)建嵌入式Linux根文件系統(tǒng)實例——

CramFS根文件系統(tǒng)構(gòu)建(博創(chuàng)2410)本章小結(jié)

9.1文件系統(tǒng)

9.1.1文件系統(tǒng)簡介

理論上說一個嵌入式設(shè)備如果內(nèi)核能夠運行起來，且不需要運行用戶進(jìn)程的話，是不需要文件系統(tǒng)的，文件系統(tǒng)簡單的說就是一種目錄結(jié)構(gòu)。由于Linux操作系統(tǒng)的設(shè)備在系統(tǒng)中是以文件的形式存在，將這些文件進(jìn)行分類管理以及提供和內(nèi)核交互的接口，就形成一定的目錄結(jié)構(gòu)也就是文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)是為用戶反映系統(tǒng)的一種形式，為用戶提供一個檢測控制系統(tǒng)的接口。9.1.2文件和目錄

1.文件和目錄概述

1)文件

絕大多數(shù)操作系統(tǒng)(從DOS到Windows，從Unix到Linux)中都有文件的概念。簡單的講文件就是一組相關(guān)紀(jì)錄的集合。Linux中文件是無結(jié)構(gòu)的字符流，即文件中的任兩個字節(jié)是完全獨立的。具體的信息要放到相應(yīng)的環(huán)境中才能理解。

2)目錄

文件多了就會發(fā)生混亂，因此目錄就出現(xiàn)了。目錄就是存放一組文件的“夾子”，Windows中的“文件夾”就是這個概念。目錄就是一組相關(guān)文件的集合，我們通常都通過目錄來管理文件。目錄和文件一樣也有自己的名字。而一個目錄下面除了可以存放文件之外，還可以存放目錄，稱為這個目錄的子目錄。這個子目錄之下還可以有它自己的子目錄，依此類推從而形成一個樹狀目錄結(jié)構(gòu)。

3)路徑

使用任何操作系統(tǒng)的用戶應(yīng)該都對這個概念較熟悉。打個比方，某個文件就好像是在一個寫字樓中的一間辦公室內(nèi)的一把椅子，當(dāng)然還有其他很多椅子也在這個辦公室里。現(xiàn)在要把它找出來坐在上面辦公，那么只知道這個椅子是什么樣的還不行，還需要知道如何到達(dá)那里。文件名就是這把椅子，而路徑就是用來說明如何找到該椅子的。

4)文件目錄命名規(guī)則

和DOS相比，Linux文件命名相當(dāng)寬松。Linux文件名可以由字母、數(shù)字和一些標(biāo)點符號組成。文件名中不能包含有空格和下列的字符：

!@#$%^&*()"\/|;<>2.文件類型

Linux文件系統(tǒng)中包括以下類型的文件：

(1)文本文件。

(2)二進(jìn)制文件。

(3)目錄文件。

(4)連接文件。

(5)設(shè)備文件。

(6)管道文件。9.1.3文件權(quán)限

1.文件權(quán)限的概念

與Unix一樣，Linux系統(tǒng)也是多用戶系統(tǒng)。這樣就產(chǎn)生了一個用戶的文件會不會暴露在另一個用戶面前的問題。為了保護(hù)用戶的私人文件不被其他用戶所侵犯，就出現(xiàn)了文件權(quán)限的概念。這種文件權(quán)限的概念允許文件和目錄歸一個特定的用戶所擁有。用戶權(quán)限除了對他所擁有的文件或目錄進(jìn)行存取或其他操作，也包括限制其他用戶在這些文件上的存取和操作。

2.文件權(quán)限的構(gòu)成

文件的權(quán)限有三種：讀、寫和執(zhí)行。讀權(quán)限允許用戶閱讀文件的內(nèi)容，對目錄來說，允許用戶列出目錄中的內(nèi)容；寫權(quán)限允許用戶寫和修改文件，對目錄來說，寫權(quán)限允許用戶在這個目錄中建立新文件或刪除文件；執(zhí)行權(quán)限允許用戶運行文件，對目錄來說，執(zhí)行權(quán)限允許用戶進(jìn)入和退出該目錄。

3.文件權(quán)限的依賴性

要特別注意的是，用戶對文件所擁有的權(quán)限依賴于他對文件所屬的目錄所擁有的權(quán)限。雖然一個文件的權(quán)限為“-rwxrwxrwx”，但其他用戶也只有在對該文件所屬目錄擁有讀寫和執(zhí)行權(quán)限時，才能夠?qū)υ撐募M(jìn)行讀、寫和執(zhí)行。

4.改變文件權(quán)限

在系統(tǒng)應(yīng)用中有時需要讓其他用戶使用某個他本來不能使用的文件的時候，就需要改變文件的權(quán)限。在Linux中，使用chmod命令來進(jìn)行有關(guān)權(quán)限的設(shè)置。但只有當(dāng)文件的擁有者對某個文件有寫的權(quán)限時，他才能夠改變該文件的權(quán)限(超級用戶對所有文件進(jìn)行權(quán)限設(shè)置)。chmod的命令格式主要有兩種，下面是直接設(shè)置文件權(quán)限的第一種格式：

chmod[-R]modefilename1filename2...9.1.4文件鏈接

1.硬鏈接

Linux系統(tǒng)是通過使用文件的i節(jié)點號來標(biāo)識文件的，i節(jié)點號是文件系統(tǒng)中文件的唯一標(biāo)識符。目錄實際上是i節(jié)點號和其相應(yīng)文件名的一個列表。目錄中的每一個文件都是一個與特定的i節(jié)點的鏈接。硬鏈接就是為文件另取一個文件名并將它與原來的i節(jié)點鏈接?？梢允褂?n命令來為一個文件建立多個鏈接。

2.符號鏈接

符號鏈接與硬鏈接不同，它是另一種類型的鏈接。符號鏈接允許用戶為文件另取一個名字，但卻不將其與i節(jié)點相鏈接。

可以用1n-s命令建立一個文件的符號鏈接。使用命令:

1n-sgyg01.gifnyp01.gif9.1.5文件系統(tǒng)

操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理和存儲文件信息的軟件機(jī)構(gòu)稱為文件管理系統(tǒng)，簡稱文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)由三部分組成：

①與文件管理有關(guān)的軟件；

②被管理的文件；

③實施文件管理所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

9.2Linux文件系統(tǒng)

9.2.1Linux文件系統(tǒng)概述

Linux中用戶能看到的文件空間是一個單樹狀結(jié)構(gòu)的，該樹的根在頂部，稱為根目錄(root)，用“/”表示。文件空間中的各種目錄和文件從樹根向下分支。9.2.2Linux文件系統(tǒng)組成

Linux操作系統(tǒng)由一些目錄和文件組成。根據(jù)安裝的方式不同，這些目錄可能是不同的文件系統(tǒng)。通常，一個系統(tǒng)可以由多個文件系統(tǒng)組成：根分區(qū)文件系統(tǒng)(?/?)，和安裝在?/usr下的文件系統(tǒng)，還有其他安裝在?/home、/var的文件系統(tǒng)。其中，根文件系統(tǒng)必須是Linuxext2/3，或者ReiserFS等。9.2.3Linux文件系統(tǒng)管理

Linux文件系統(tǒng)管理最上層模塊是根文件系統(tǒng)。系統(tǒng)啟動時，必首先裝入“根”文件系統(tǒng)，然后根據(jù)?/etc/fstab中制訂，逐個建立文件系統(tǒng)。此外，用戶也可以通過mount、umount操作，隨時安裝和卸載文件系統(tǒng)。9.2.4虛擬文件系統(tǒng)(VFS)

Linux支持多種文件系統(tǒng)，包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、romfs和nfs等，為了對各類文件系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，Linux引入了虛擬文件系統(tǒng)VFS(VirtualFileSystem)，為各類文件系統(tǒng)提供一個統(tǒng)一的操作界面和應(yīng)用編程接口。圖9-1Linux下的文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

9.2.5安裝和卸載文件系統(tǒng)

要在Linux目錄樹中安裝一個文件系統(tǒng)，必須要有實際要安裝的硬盤分區(qū)、光盤或軟盤，并且作為該文件系統(tǒng)安裝點的目錄必須是實際存在的。

手工安裝文件系統(tǒng)。命令是：

mount[options]<device><mount_point>

9.3嵌入式閃存文件系統(tǒng)

Linux啟動時，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)會出錯而退出啟動。之后可以自動或手動掛載其他的文件系統(tǒng)。因此，一個系統(tǒng)中可以同時存在不同的文件

系統(tǒng)。9.3.1嵌入式系統(tǒng)存儲設(shè)備及其管理機(jī)制分析

構(gòu)建適用于嵌入式系統(tǒng)的Linux文件系統(tǒng)，必然會涉及到兩個關(guān)鍵點：一是文件系統(tǒng)類型的選擇，它關(guān)系到文件系統(tǒng)的讀寫性能、尺寸大?。涣硪粋€就是根文件系統(tǒng)內(nèi)容的選擇，它關(guān)系到根文件系統(tǒng)所能提供的功能及尺寸大小。

1.?Blkmem驅(qū)動層

Blkmem驅(qū)動是為uclinux專門設(shè)計的，也是最早的一種塊驅(qū)動程序之一，現(xiàn)在仍然有很多嵌入式Linux操作系統(tǒng)選用它作為塊驅(qū)動程序，尤其是在uClinux中。它相對來說是最簡單的，而且只支持建立在NOR型Flash和RAM中的根文件系統(tǒng)。使用Blkmem驅(qū)動，建立Flash分區(qū)配置比較困難，這種驅(qū)動程序為Flash提供了一些基本擦除/寫操作。

2.?RAMdisk驅(qū)動層

RAMdisk驅(qū)動層通常應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)Linux中無盤工作站的啟動，對Flash存儲器并不提供任何的直接支持，RAMdisk就是在開機(jī)時，把一部分的內(nèi)存虛擬成塊設(shè)備，并且把之前所準(zhǔn)備好的檔案系統(tǒng)映像解壓縮到該RAMdisk環(huán)境中。當(dāng)在Flash中放置一個壓縮的文件系統(tǒng)，可以將文件系統(tǒng)解壓到RAM，使用RAMdisk驅(qū)動層支持一個保持在RAM中的文件系統(tǒng)。

3.?MTD驅(qū)動層

為了盡可能避免針對不同的技術(shù)使用不同的工具，以及為不同的技術(shù)提供共同的能力，Linux內(nèi)核納入了MTD子系統(tǒng)(MemoryTechnologyDevice)。它提供了一致且統(tǒng)一的接口，讓底層的MTD芯片驅(qū)動程序無縫地與較高層接口組合在一起。JFFS2、Cramfs,、YAFFS等文件系統(tǒng)都可以被安裝成MTD塊設(shè)備。MTD驅(qū)動也可以為那些支持CFI接口的NOR型Flash提供支持。9.3.2基于Flash的文件系統(tǒng)

1.?Romfs

傳統(tǒng)型的Romfs文件系統(tǒng)是最常使用的一種文件系統(tǒng)，它是一種簡單的、緊湊的、只讀的文件系統(tǒng)，不支持動態(tài)擦寫保存，它按順序存放所有的文件數(shù)據(jù)，所以這種文件系統(tǒng)格式支持應(yīng)用程序以XIP方式運行，在系統(tǒng)運行時，可以獲得可觀的RAM節(jié)省空間。uClinux系統(tǒng)通常采用Romfs文件系統(tǒng)。

2.?Cramfs

Cramfs是Linux的創(chuàng)始人LinusTorvalds開發(fā)的一種可壓縮只讀文件系統(tǒng)，在Cramfs文件系統(tǒng)中，每一頁被單獨壓縮，可以隨機(jī)頁訪問，其壓縮比高達(dá)2?:?1，為嵌入式系統(tǒng)節(jié)省大量的Flash存儲空間。

3.?Ramfs/Tmpfs

Ramfs也是LinusTorvalds開發(fā)的，Ramfs文件系統(tǒng)把所有的文件都放在RAM里運行，通常是Flash系統(tǒng)用來存儲一些臨時性或經(jīng)常要修改的數(shù)據(jù)。

4.?JFFS2

JFFS2是RedHat公司基于JFFS開發(fā)的閃存文件系統(tǒng)，最初是針對RedHat公司的嵌入式產(chǎn)品eCos開發(fā)的嵌入式文件系統(tǒng)，所以JFFS2也可以用在Linux和uCLinux中。

5.?YAFFS

YAFFS/YAFFS2是一種和JFFSx類似的閃存文件系統(tǒng)，它是專為嵌入式系統(tǒng)使用NAND型閃存而設(shè)計的一種日志型文件系統(tǒng)。和JFFS2相比，它減少了一些功能，所以速度更快，而且對內(nèi)存的占用比較小。此外，YAFFS自帶NAND芯片的驅(qū)動，并且為嵌入式系統(tǒng)提供了直接訪問文件系統(tǒng)的API，用戶可以不使用Linux中的MTD與VFS，直接對文件系統(tǒng)操作。9.3.3基于RAM的文件系統(tǒng)

1.?Ramdisk

Ramdisk是將一部分固定大小的內(nèi)存當(dāng)作分區(qū)來使用。它并非一個實際的文件系統(tǒng)，而是一種將實際的文件系統(tǒng)裝入內(nèi)存的機(jī)制，并且可以作為根文件系統(tǒng)。將一些經(jīng)常被訪問而又不會更改的文件(如只讀的根文件系統(tǒng))通過Ramdisk放在內(nèi)存中，可以明顯地提高系統(tǒng)的性能。

2.?ramfs/tmpfs

ramfs是LinusTorvalds開發(fā)的一種基于內(nèi)存的文件系統(tǒng)，工作于虛擬文件系統(tǒng)(VFS)層，不能格式化，可以創(chuàng)建多個，在創(chuàng)建時可以指定其最大能使用的內(nèi)存大小。(實際上，VFS本質(zhì)上可看成一種內(nèi)存文件系統(tǒng)，它統(tǒng)一了文件在內(nèi)核中的表示方式，并對磁盤文件系統(tǒng)進(jìn)行緩沖。)9.3.4網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS(NetworkFileSystem)

NFS是由Sun開發(fā)并發(fā)展起來的一項在不同機(jī)器、不同操作系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)共享文件的技術(shù)。在嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試階段，可以利用該技術(shù)在主機(jī)上建立基于NFS的根文件系統(tǒng)，掛載到嵌入式設(shè)備，可以很方便地修改根文件系統(tǒng)的內(nèi)容。

9.4構(gòu)建嵌入式Linux根文件系統(tǒng)原理

一個根文件系統(tǒng)是支持Linux內(nèi)核系統(tǒng)正常運行的一些基本內(nèi)容。它應(yīng)該提供給系統(tǒng)和軟件使用的庫(如Glibc)，和供用戶使用的支持系統(tǒng)和用戶使用的軟件。一般來說包含以下幾個內(nèi)容：

(1)基本的目錄結(jié)構(gòu)。

(2)供給基本程序運行所需的庫。

(3)用戶自己的腳本配置文件。

(4)必要的設(shè)備文件的支持。

(5)一些基本的應(yīng)用程序。

(6)一些啟動時需要加載的驅(qū)動模塊。9.4.1根文件系統(tǒng)關(guān)鍵目錄

1.?bin目錄的文件

該目錄下主要存放Shell和各種命令程序。通常通過busybox生成，busybox是一個開源程序。

2.?dev目錄的文件

該目錄下存放的是設(shè)備文件，對應(yīng)每一個外部設(shè)備。如果要操作一個設(shè)備，必須首先打開這個設(shè)備對應(yīng)的設(shè)備文件，然后才能讀寫。也可以通過腳本自動生成，便于擴(kuò)展和修改。

3.?etc目錄的文件

該目錄主要存放配置文件和啟動腳本。

4.?lib目錄的文件

該目錄下主要存放動態(tài)鏈接需要的庫。如果編譯busybox和應(yīng)用程序都采用靜態(tài)鏈接，那么是不需要庫的，但這樣的代價是每一個可執(zhí)行文件都鏈接了需要的二進(jìn)制代碼，而這些代碼可能是重復(fù)的，造成每一個單獨的可執(zhí)行文件過大，對于Flash較小的系統(tǒng)是很難接受的。如果采用動態(tài)鏈接，則會大大減少可執(zhí)行文件的大小。9.4.2根文件系統(tǒng)關(guān)鍵文件

1.?linuxrc文件

linuxrc文件用于加載模塊驅(qū)動等，運行在init進(jìn)程啟動之前，它退出后內(nèi)核才會調(diào)用init進(jìn)程讀取inittab中的設(shè)置，它是執(zhí)行init進(jìn)程初始化文件。

2.?inittab文件

從

/linuxrc文件中看到它最后運行了

/sbin/init，而init又會根據(jù)

/etc/inittab來運行。inittab文件條目格式：

id:runlevels:action:process

3.?rcS文件

從inittab實例中可以看到現(xiàn)在根文件系統(tǒng)啟動到達(dá)?/etc/init.d/rcS，rcS文件是進(jìn)行一些主機(jī)名的設(shè)置，顯示一些登錄歡迎信息等。

4.?fstab文件

fstab文件存放的是系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)信息。當(dāng)正確的設(shè)置了該文件，則可以通過“mount/directoryname”命令來加載一個文件系統(tǒng)。每種文件系統(tǒng)都對應(yīng)一個獨立的行，每行中的字段都有空格或tab鍵分開。同時，fsck、mount、umount等命令都可利用該程序。

5.?profile文件

這個文件主要是為系統(tǒng)添加環(huán)境變量。9.4.3BusyBox

1.?BusyBox簡介

BusyBox使用一個文件整合很多微型版本的Unix工具。它可提供多數(shù)GNU文件工具、Shell腳本工具，如cp、sh、ls、mv等。被非常形象地稱為嵌入式Linux系統(tǒng)中的“瑞士軍刀”。

2.基于BusyBox構(gòu)建根文件系統(tǒng)

BusyBox把所有的命令都編譯成一個文件BusyBox，其他命令工具都是指向BusyBox的連接。BusyBox在調(diào)用時，會根據(jù)調(diào)用連接的文件名轉(zhuǎn)到特定的處理程序。這樣，所有的這些程序只需被加載一次，而所有BusyBox組件都可以共享相同的代碼段，這在很大程度上節(jié)省了系統(tǒng)的內(nèi)存資源和應(yīng)用程序的執(zhí)行速度。圖9-2Busybox的圖形化編譯界面

9.5構(gòu)建嵌入式Linux根文件系統(tǒng)

實例——CramFS根文件系統(tǒng)構(gòu)建

(博創(chuàng)2410)

首先做準(zhǔn)備工作：

(1)下載所需的源文件。

(2)在內(nèi)核中加入對CramFS文件系統(tǒng)支持。9.5.1創(chuàng)建根文件系統(tǒng)目錄

建立工作目錄：

[root@localhostmxl]#pwd

/home/mxl

[root@localhostmxl]#mkdirroot

[root@localhostmxl]#cdroot

[root@localhostroot]#mkdirbuild_rootfs9.5.2創(chuàng)建設(shè)備文件

最省事的做法是到系統(tǒng)?/dev把所有的device打一個包，拷貝到dev下面；或者使用mknod來自己建所需要的device。9.5.3編譯BusyBox

標(biāo)準(zhǔn)的Linux發(fā)行版本具有功能種類比較多的應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序占用的空間也很大，這對存儲容量空間有限的開發(fā)板來說就不是理想的選擇，在嵌入式開發(fā)過程中，經(jīng)常用BusyBox來定制應(yīng)用程序。BusyBox具有Shell的功能，它能提供系統(tǒng)所需要的大部分工具，包括編輯工具、網(wǎng)絡(luò)工具、模塊加載工具、壓縮解壓縮工具、查找工具、帳號密碼管理工具和進(jìn)程相關(guān)工具等。

1.先對源碼進(jìn)行解壓(拷貝busybox-1.9.2.tar.gz到/home/mxl/root下)

[root@localhostroot]#tar-jxvfbusybox-1.9.2.tar.gz

[root@localhostroot]#cdbusybox-1.9.2

[root@localhostbusybox-1.9.2]#viMakefile

修改Makefile，找到ARCH和CROSSCOMPILE修改如下：

ARCH?=arm

CROSS_COMPILE?=/usr/local/arm/3.4.1/bin/arm-linux-

2.修改編譯配置選項

[root@localhostbusybox-1.9.2]#makedefconfig

[root@localhostbusybox-1.9.2]#makemenuconfig

3.編譯BusyBox

[root@localhostbusybox-1.9.2]#makeinstall

在busybox/_install目錄下會生成我們需要的文件。

修改_install/bin/busybox的屬性為4755，

[root@localhostbusybox-1.9.2]#chmod4755./_

install/bin/busybox9.5.4系統(tǒng)配置文件的建立

系統(tǒng)配置文件放在/etc目錄下。

1.創(chuàng)建inittab文件

這個文件是init的初始化配置文件，是系統(tǒng)啟動后第一個訪問的腳本文件，后續(xù)的啟動文件是由它指定的。

::sysinit:/etc/init.d/rcS

::respawn:-/bin/sh

::ctrlaltdel:/sbin/reboot

::shutdown:/sbin/swapoff-a

::shutdown:/bin/umount-a-r

2.創(chuàng)建

/etc/init.d文件夾和rcS文件

/etc/init.d/rcS是BusyBox中系統(tǒng)啟動時默認(rèn)的配置腳本。需要啟動的進(jìn)程和需要進(jìn)行的設(shè)置可以放到這個文件里面，并在其中加入必要的初始化工作。

在rcS中添加：

#!/bin/sh

echo“StartingSystem”

hostnameuptech-s3c2410

/bin/mount-tprocproc/proc

/sbin/ifconfigeth0192.168.0.4

3.創(chuàng)建fstab文件

這個是mount文件系統(tǒng)時的配置文件。它指定了系統(tǒng)掛載塊設(shè)備和目錄的關(guān)系，需要和實際的系統(tǒng)相配合。在這里使用一個簡單的fstab文件內(nèi)容：

proc

/proc

proc

defaults

0

09.5.5添加應(yīng)用程序

這里我們編寫一個簡單的應(yīng)用程序打印一句問候語，程序代碼如下：9.5.6創(chuàng)建lib庫文件

以上面這個簡單的hellolinux程序為例。在不知道需要什么的庫的前提下，在開發(fā)板中運行經(jīng)過交叉編譯過的程序，看看提示需要什么庫，然后再將相應(yīng)的庫文件考到文件系統(tǒng)的/lib下即可。hello.c這個程序需要的庫文件有l(wèi)ibc.so.6和ld-linux.so.2，但是這兩個庫只是一個鏈接文件，需要連同真正的庫一起拷貝過來，所以需要使用命令查看他們的真正

文件。9.5.8下載cramfs根文件系統(tǒng)映像到開發(fā)板

重啟第7章成功移植的引導(dǎo)程序vivi，進(jìn)入下載模式，運行命令：

vivi>loadflashrootx

將新根文件系統(tǒng)映像mxlrootfs下載到開發(fā)板中，如圖9-3所示。圖9-3串口下載根文件系統(tǒng)映像mxlrootfs9.5.9測試cramfs根文件系統(tǒng)

下載完畢重啟系統(tǒng)，超級終端可看到cramfs根文件系統(tǒng)的最終啟動，如圖9-4所示。圖9-4cramfs根文件系統(tǒng)啟動圖9-5hello應(yīng)用程序執(zhí)行結(jié)果9.5.10cramfs根文件系統(tǒng)制作中的常見錯誤及解決辦法

1.?cramfs根文件系統(tǒng)構(gòu)建后虛擬機(jī)不能啟動

虛擬機(jī)啟動后會出現(xiàn)如下信息：

***ANerroroccurredduringthefilesystemcheck

***Droppingyoutoa