对ROMFS文件系统的分析和改进

引言：ROMFS是在嵌入式设备上常用的一种文件系统，具备体积小，可靠性好，读取速度快等优点。同时支持目录，符号链接，硬链接，设备文件。但也有其局限性。ROMFS是一种只读文件系统，同时由于ROMFS本身设计上的原因，使得ROMFS支持的最大文件不超过256M。本文讨论了 ROMFS的原理，并针对其代码做了详细的分析，指出了ROMFS的优缺点并做了相应的改进。Linux, uclinux都支持ROMFS文件系统。除ROMFS外，其它常用的嵌入式设备的文件系统还有CRAMFS，JFFS2等，它们各有特色。

1．ROMFS文件系统的特点

ROMFS是一种只读的文件系统，它使用顺序存储方式，所有数据，包括目录，链接等都按目录树的顺序存放。相对于EXT2等较大型的文件系统而言，ROMFS非常节省空间。通常ROMFS用在嵌入式设备中作为根文件系统，或者用于保存boot loader以便引导系统启动。

2．ROMFS文件系统的数据存储方式

设计一个文件系统首先要确定它的数据存储方式。不同的数据存储方式对文件系统占用空间，读写效率，查找速度等主要性能有极大影响。ROMFS是一种只读的文件系统，它使用顺序存储方式，所有数据都是顺序存放的。因此ROMFS中的数据一旦确定就无法修改，这是ROMFS只能是一种只读文件系统的原因，它的数据存储方式决定了无法对ROMFS进行写操作。由于采用了顺序存放策略，ROMFS中每个文件的数据都能连续存放，读取过程中只需要一次寻址操作，进而就可以读入整块数据，因此ROMFS中读取数据效率很高。

整个ROMFS文件系统的布局如下：

ROMFS的首部

前八个字节是文件系统的名字，在这里是”-rom1fs-“, 8-11字节存放该文件系统大小，12-15字节为前512字节的校验和，从16字节开始是文件系统的卷名，卷名的长度必须的16字节的整数倍，不足的部分可以用‘0’填充。

ROMFS的首部是ROMFS的超级块信息，操作系统通过超级块来识别文件系统的类型。首部之后就是实际的数据，包括目录，普通文件，设备文件，硬链接等。ROMFS支持所有这些类型的文件。

ROMFS文件系统中文件存储方式：

3.ROMFS的主要数据结构

ROMFS的数据结构比较简单，主要有文件系统结构和文件结构两种数据结构。

ROMFS的文件系统结构如下：

struct romfs_super_block {

__u32 word0;

__u32 word1;

__u32 size;

__u32 checksum;

char name[0]; /* volume name */

};

该结构用于识别整个ROMFS文件系统，大小为512字节，word0初始值为'-','r','o','m'，word1初始值为 '-','1','f','s'，通过这两个字操作系统确定这是一个ROMFS文件系统。size字段用于记录整个文件系统的大小，理论上ROMFS大小最多可以达到4G。checksum是前512字节的校验和，用于确认整个文件系统结构数据的正确性。前面4个字段占用了16字节，剩下的都可以用作文件系统的卷名，如果整个首部不足512字节便用0填充，以保证首部符合16字节对齐的规则。

ROMFS的文件结构如下：

struct romfs_inode {

__u32 next; /* low 4 bits see ROMFH_ */

__u32 spec;

__u32 size;

__u32 checksum;

char name[0];

};

next 字段是下一个文件的偏移地址，该地址的后4位是保留的，用于记录文件模式信息，其中前两位为文件类型，后两位则标识该文件是否为可执行文件。因此 ROMFS用于文件寻址的字段实际上只有28bit，所以ROMFS中文件大小不能超过256M。spec字段用于标识该文件类型。目前ROMFS支持的文件类型包括普通文件，目录文件，符号链接，块设备和字符设备文件。size是文件大小，checksum是校验和，校验内容包括文件名，填充字段。 name是文件名首地址，文件名长度必须保证16字节对齐，不足的部分用可以0填充。

4.ROMFS的实现

在Linux系统中定义一个文件系统首先要定义相应的file_system_type以及读取超级块的函数。具体到ROMFS本身，这两个对象分别是romfs_fs_type和romfs_read_super，通过宏DECLARE_FSTYPE_DEV来实现对romfs_fs_type的定义以及初始化工作。此外还需要实现对目录，文件的读写操作。

在Linux对ROMFS的实现中，比较重要的数据结构如下：

//超级块操作表

static struct super_operations romfs_ops = {

read_inode: romfs_read_inode,

statfs: romfs_statfs,};

//页操作表

static struct address_space_operations romfs_aops = {

readpage: romfs_readpage};

//常规文件操作表

static struct file_operations romfs_dir_operations = {

read: generic_read_dir,

readdir: romfs_readdir,};

//索引节点操作表

static struct inode_operations romfs_dir_inode_operations = {

lookup: romfs_lookup,};

romfs_