根文件系统是内核启动时挂载的第一个文件系统，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以后从中把一些基本的初始化和服务等加载到显存中去运行。

一、嵌入式设备文件系统

在嵌入式Linux应用中，主要的储存设备为RAM(DRAM,SDRAM)和ROM(常采用FLASH储存器)，常用的基于储存设备的文件系统类型包括：jffs2,yaffs,cramfs,romfs,ramdisk,ramfs/tmpfs等。Linux的文件系统结构如下：

1、基于FLASH的文件系统

Flash(闪存)作为嵌入式系统的主要储存媒介，有其自身的特点。Flash的写入操作只能把对应位置的1更改为0，而不能把0更改为1(擦除Flash就是把对应储存块的内容恢复为1)。通常情况下，向Flash写入内容时，须要先擦除对应的储存区间，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储存器的擦写次数是有限的，NAND闪存还有特殊的硬件插口和读写时序。传统的文件系统如ext2、ext3等用作Flash的文件系统会有众多隐忧。为此，必须针对Flash的硬件特点设计符合应用要求的文件系统。

一块Flash芯片可以被界定为多个分区，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储存器分区而言的，而非储存芯片。

在嵌入式Linux下，MTD(MemoryTechnologyDevice,储存技术设备)为底层硬件(闪存)和下层(文件系统)之间提供一个统一的具象插口，即Flash的文件系统都是基于MTD驱动层的。MTD驱动程序的是专门针对各类非易失性储存器(以闪存为主)而设计的，因此它对Flash有更好的支持、管理和基于磁道的擦除、读/写操作插口。常见闪存设备的文件系统如下：

A、jffs2

JFFS文件系统最早是由法国AxisCommunications公司基于Linux2.0的内核为嵌入式系统开发的文件系统。JFFS2是RedHat公司基于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。

Jffs2:日志闪存文件系统版本2(JournallingFlashFileSystemv2)

主要用于NOR型闪存，基于MTD驱动层，特征是：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，由于垃圾搜集的关系而使jffs2的运行速率大大放慢。

jffs不适宜用于NAND闪存主要是由于NAND闪存的容量通常较大，这样造成jffs为维护日志节点所占用的显存空间迅速减小，另外，jffs文件系统在挂载时须要扫描整个FLASH的内容，以找出所有的日志节点，构建文件结构，对于大容量的NAND闪存会花费大量时间。

B、yaffs

yaffs是YetAnotherFlashFileSystem的简写，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，它减轻了一些功能(比如不支持数据压缩)，所以速率更快，挂载时间很短，对显存的占用较小。另外，它还是跨平台的文件系统，不仅Linux和eCos，还支持WinCE,pSOS和ThreadX等。

yaffs/yaffs2自带NAND芯片的驱动，但是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。其实，yaffs也可与MTD驱动程序配合使用。

yaffs与yaffs2的主要区别在于，后者仅支持小页(512Bytes)NAND闪存，前者则可支持大页(2KB)NAND闪存。同时，yaffs2在显存空间占用、垃圾回收速率、读/写速率等方面均有急剧提高。

C、Cramfs

Cramfs是CompressedROMFileSystem的简写，是由Linux的创始人LinusTorvalds参与开发的一种只读的压缩文件系统，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,为嵌入式系统节约大量的Flash储存空间，使系统可通过更低容量的FLASH储存相同的文件，进而减少系统成本。

Cramfs文件系统以压缩形式储存，在运行时解压缩，所以不支持应用程序以XIP形式运行，所有的应用程序要求被拷到RAM里去运行linux tmpfs空间已满，但这并不代表比Ramfs需求的RAM空间要大一点，由于Cramfs是采用分页压缩的形式储存档案，在读取档案时，不会一下子就耗损过多的显存空间，只针对目前实际读取的部份分配显存，尚没有读取的部份不分配显存空间，当我们读取的档案不在显存时，Cramfs文件系统手动估算压缩后的资料所存的位置，再即时解压缩到RAM中。

另外，Cramfs的速率快，效率高，其只读的特性有利于保护文件系统免受破坏，增强了系统的可靠性，只读属性同时又是它的一大缺陷，促使用户难以对其内容对进扩展。

Cramfs映像一般是置于Flash中，也能置于别的文件系统里，使用loopback设备可以把它安装别的文件系统里。

D、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，按次序储存数据，从而支持应用程序以XIP(eXecuteInPlace，片内运行)形式运行，在系统运行时，节约RAM空间。uClinux系统一般采用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充储存器(比如PDA,Smartphone,数码单反等的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闪存会有众多恶果。

2、基于RAM的文件系统

A、Ramdisk

Ramdisk是将一部份固定大小的显存当成分区来使用。它并非一个实际的文件系统，而是一种将实际的文件系统放入显存的机制，但是可以作为根文件系统。将一些常常被访问而又不会修改的文件(如只读的根文件系统)通过Ramdisk置于显存中，可以显著地提升系统的性能。

在Linux的启动阶段，initrd提供了一套机制linux tmpfs空间已满，可以将内核映像和根文件系统一起载入显存。

B、ramfs/tmpfs

Ramfs是LinusTorvalds开发的一种基于显存的文件系统，工作于虚拟文件系统(VFS)层红旗linux桌面版，不能低格，可以创建多个，在创建时可以指定其最大能使用的显存大小。(实际上，VFS本质上可看成一种显存文件系统，它统一了文件在内核中的表示方法，并对c盘文件系统进行缓冲。)

Ramfs/tmpfs文件系统把所有的文件都置于RAM中，所以读/写操作发生在RAM中，可以用ramfs/tmpfs来储存一些临时性或常常要更改的数据，比如/tmp和/var目录，这样既防止了对Flash储存器的读写耗损，也提升了数据读写速率。

Ramfs/tmpfs相对于传统的Ramdisk的不同之处主要在于：不能低格，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遗失所有数据。

3、网络文件系统NFS(NetworkFileSystem)

NFS是由Sun开发并发展上去的一项在不同机器、不同操作系统之间通过网路共享文件的技术。在嵌入式Linux系统的开发调试阶段，可以借助该技术在主机上构建基于NFS的根文件系统，挂载到嵌入式设备，可以很便捷地更改根文件系统的内容。

嵌入式linux设备可以根据储存设备选择合适的根文件系统类型。

二、文件系统目录标准

FilesystemHierarchyStandard（文件系统目录标准）是多数Linux版本采用的文件系统组织方式。FHS采用树状结构组织文件。FHS定义了系统中每位区域的用途、所须要的最小构成的文件和目录。

目录名

储存的内容

/bin

必备的用户，比如ls、cp等

/sbin

必备的系统管理员，比如ifconfig、reboot等

/dev

设备文件，比如mtdblock0、tty1等

/etc

系统配置文件，包括启动文件，比如inittab等

/lib

必要的链接库，比如C链接库、内核模块

/home

普通用房主目录

/root

root用房主目录

/usr/bin

非必备的用户程序linux操作系统原理，比如find、du等

/usr/sbin

非必备的管理员程序，比如chroot、inetd等

/usr/lib

库文件

/var

守护程序和工具程序所储存的可变，比如日志文件

/proc

拿来提供内核与进程信息的虚拟文件系统，由内核手动生成目录下的内容

/sys

拿来提供内核与设备信息的虚拟文件系统，由内核手动生成目录下的内容

/mnt

文件系统挂接点，用于临时安装文件系统

/tmp

临时性的文件，重启后将手动消除

三、根文件系统的挂载剖析

Kernel启动过程中，start_kernel函数调用了vfs_caches_init函数，mnt_init函数中的init_rootfs()函数用于注册根文件系统，init_mount_tree()函数用于挂载根文件系统。

void __init vfs_caches_init(unsigned long mempages)
{
unsigned long reserve;
 
reserve = min((mempages - nr_free_pages()) * 3/2, mempages - 1);
mempages -= reserve;
names_cachep = kmem_cache_create("names_cache", PATH_MAX, 0,
SLAB_HWCACHE_ALIGN|SLAB_PANIC, NULL);
dcache_init();
inode_init();
files_init(mempages);
mnt_init();
bdev_cache_init();
chrdev_init();
}
void __init mnt_init(void)
{
unsigned u;
int err;
init_rwsem(&namespace_sem);
mnt_cache = kmem_cache_create("mnt_cache", sizeof(struct vfsmount),
0, SLAB_HWCACHE_ALIGN | SLAB_PANIC, NULL);
mount_hashtable = (struct list_head *)__get_free_page(GFP_ATOMIC);
if (!mount_hashtable)
panic("Failed to allocate mount hash tablen");
printk("Mount-cache hash table entries: %lun", HASH_SIZE);
for (u = 0; u mnt_ns = ns;
get_mnt_ns(ns);
root.mnt = ns->root;
root.dentry = ns->root->mnt_root;
set_fs_pwd(current->fs, &root);
set_fs_root(current->fs, &root);
}
struct vfsmount *
do_kern_mount(const char *fstype, int flags, const char *name, void *data)
{
struct file_system_type *type = get_fs_type(fstype);
struct vfsmount *mnt;
if (!type)
return ERR_PTR(-ENODEV);
mnt = vfs_kern_mount(type, flags, name, data);
if (!IS_ERR(mnt) && (type->fs_flags & FS_HAS_SUBTYPE) &&
 !mnt->mnt_sb->s_subtype)
mnt = fs_set_subtype(mnt, fstype);
put_filesystem(type);
return mnt;
}
 
struct vfsmount *
vfs_kern_mount(struct file_system_type *type, int flags, const char *name, void *data)
{
struct vfsmount *mnt;
char *secdata = NULL;
int error;
if (!type)
return ERR_PTR(-ENODEV);
error = -ENOMEM;
mnt = alloc_vfsmnt(name);
if (!mnt)
goto out;
if (flags & MS_KERNMOUNT)
mnt->mnt_flags = MNT_INTERNAL;
if (data && !(type->fs_flags & FS_BINARY_MOUNTDATA)) {
secdata = alloc_secdata();
if (!secdata)
goto out_mnt;
 
error = security_sb_copy_data(data, secdata);
if (error)
goto out_free_secdata;
}
error = type->get_sb(type, flags, name, data, mnt);
if (error mnt_sb);
WARN_ON(!mnt->mnt_sb->s_bdi);
mnt->mnt_sb->s_flags |= MS_BORN;
error = security_sb_kern_mount(mnt->mnt_sb, flags, secdata);
if (error)
goto out_sb;
WARN((mnt->mnt_sb->s_maxbytes s_maxbytes to "
"negative value (%lld)n", type->name, mnt->mnt_sb->s_maxbytes);
mnt->mnt_mountpoint = mnt->mnt_root;
mnt->mnt_parent = mnt;
up_write(&mnt->mnt_sb->s_umount);
free_secdata(secdata);
return mnt;
out_sb:
dput(mnt->mnt_root);
deactivate_locked_super(mnt->mnt_sb);
out_free_secdata:
free_secdata(secdata);
out_mnt:
free_vfsmnt(mnt);
out:
return ERR_PTR(error);
}

四、NFS形式挂载根文件系统

要使用NFS形式挂载根文件系统，则kernel必须支持NFS形式。编译配置kernel时须要makemenuconfig配置部份如下：

1、配置网路部份

Networkingsupport

Networkingoptions

TCP/IPnetworking

IP:kernellevelautoconfiguration

[*]IP:DHCPsupport

[*]IP:BOOTPsupport

2、NFS形式配置

Filesystems--->

NetworkFileSystems--->

NFSclientsupport

[*]NFSclientsupportforNFSversion3[*]NFSclientsupportfortheNFSv3ACLprotocolextension

[*]NFSclientsupportforNFSversion4(EXPERIMENTAL)

[*]NFSclientsupportforNFSv4.1(DEVELOPERONLY)

[*]RootfilesystemonNFS

3、kernel启动参数的设置

在uboot中设置kernel的启动参数：

setenvbootargsroot=/dev/nfsnfsroot=192.168.6.200:/home/nfs/rootfsip=192.168.6.210:192.168.6.200:192.168.6.1:255.255.255.0::eth0:offinit=/linuxrcconsole=ttySAC2,115200

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