嵌入式Linux 的Cramfs 根文件系统配置的解决方案

1 引言

随着电子产业的不断发展，基于 ARM 技术的系统设计和开发平台越来越多地在控制 类、消费类、通信类等电子产品中广泛应用。从软件角度上看，构建基于ARM 技术的linux 系统要涉及到引导加载程序、Linux 内核、文件系统、用户应用程序几部分的设计。 文件系统是操作系统中用来管理用户文件的内核软件层。文件可能存在于磁盘、网络或 者是一些虚拟的文件。文件系统包括根文件系统和建立于内存设备之上文件系统。根文件系 统是linux 系统的核心部分，包含系统使用的软件和库，以及所有用来为用户提供支持架构 和用户使用的应用软件，并作为存储数据读写结果的区域。由于嵌入式设备中Flash 资源很 紧张，如何有效地使用有限的存储空间是嵌入式开发者必须考虑的，合适的文件系统格式是 解决这一问题的关键所在。本文讨论了只读型压缩Cramfs 根文件系统的特点，并详细的说 明了NAND FLASH 上建立一个可读可写型嵌嵌入式Linux 的Cramfs 根文件系统的新方法。

2 Linux 根文件系统概述

　　2.1 Linux根文件系统

根文件系统不同于普通文件系统，它是在内核启动时挂载（mount）的第一个文件系统， 内核代码映像文件保存在根文件系统中，而系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后把一 些基本的初始化脚本和服务程序等加载到内存中。

Linux 根文件系统是树型结构组织[1,3]，它包含了内核和系统管理所需要的各种文档和程序等。一般来说，根目录“/”下顶层目录都有一些比较固定命名和用途，下面列出一

个Linux 根文件系统中的比较常见的目录结构。

/bin：存放二进制可执行命令的目录。

/dev：存放设备文件和目录。

/etc：存放系统管理和配置文件和目录。

/home：用户主目录，比如用户user 的主目录就是/home/user,可以用~user 来表示。

/lib：存放动态链接共享库的目录。

/sbin：存放系统管理员使用的管理程序的目录。

/tmp：公用的临时文件存储点。

/root：系统管理员的主目录。

/mnt：用以临时挂载其他的文件系统。

/proc：虚拟文件系统，可直接访问这个目录来获取系统信息。

/var：某些大文件溢出区。

/usr：存放应用程序和文件。

对于嵌入式 Linux 系统的根文件系统来说，由于受系统资源的限制，一般没有上述 那么复杂，仅保留一些常用的目录即可。如/bin、/dev、/etc、/lib、/proc、/var、/tmp、/usr、 /mnt 等[2]。 由于嵌入式系统的设计冗余度小、系统紧凑，通常存储容量有限，因此，必须选择 一个合适的根文件系统以使系统运行最佳。目前，嵌入式Linux 根文件系统主要的根文件系 统类型有：Romfs, JFFS2, RAMDISK, YAFFS/YAFFS2, Cramfs, Squashfs 等[1]。本文主要对 Cramfs 根文件系统进行讨论。

　2.2 Cramfs根文件系统及其在实际应用中存在的问题

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，它基于 MTD(Memory Technology Device,存储技术设备)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 并不 需要一次性地将文件系统中的所有内容都解压到内存中，而只是在系统需要访问某个位置的 数据时，立即计算出该数据在Cramfs 中的位置，将其实时地解压缩到内存中，然后通过对 内存的访问来获取文件系统中需要读取的数据。Cramfs 中的解压缩以及解压缩之后内存中 的数据存放位置都是由Cramfs 文件系统本身进行维护的，用户并不需要了解具体实现过程， 因此这种方式增强了透明度，对开发人员来说，既方便又节省了存储空间。

由于 Cramfs 是只读型文件系统，而大多嵌入式应用程序需要在临时目录/tmp 进行创建 临时文件等写操作，如不对Cramfs 进行配置，则应用程序将不能正常运行，导致系统崩溃。 目前，解决些问题的方法是复合文件系统法，即使用YAFFS/YAFFS2 等可写型文件系统与 Cramfs 复合而成的文件系统作为嵌入式系统的根文件系统，使Cramfs 根文件系统启动时挂 载YAFFS/YAFFS2 文件系统，同时将应用程序存放在YAFFS/YAFFS2 文件系统中。这种方 法解决了应用程序对根文件系统的写操作问题，但由于在通常的根文件系统之外还增加了一 个额外的可写型文件系统，必然会增大整个根文件系统所占的存储空间，造成嵌入式系统存 储资源紧张。本文在实践的基础上，通过对Linux Cramfs 根文件系统的研究，发现了一种通 过修改根文件系统启动脚本和配置文件来实现根文件系统的可读、可写性的